塑料成型

塑料成型的選擇主要決定於塑料的類型(熱塑性還是熱固性)、起始形態以及製品的外形和尺寸。加工熱塑性塑料常用的方法有擠出、注射成型、壓延、吹塑和熱成型等，加工熱固性塑料一般採用模壓、傳遞模塑，也用注射成型。層壓、模壓和熱成型是使塑料在平面上成型。上述塑料加工的方法，均可用於橡膠加工。此外，還有以液態單體或聚合物為原料的澆鑄等。在這些方法中，以擠出和注射成型用得最多，也是最基本的成型方法。

塑件自模具中取出冷卻到室温後，發生尺寸收縮這種性能稱為收縮性。由於收縮不僅是樹脂本身的熱脹冷縮，而且還與各成形因素有關，所以成形後塑件的收縮應稱為成形收縮。

1、成形收縮的形式成形收縮主要表現在下列幾方面：

（1）塑件的線尺寸收縮由於熱脹冷縮，塑件脱模時的彈性恢復、塑性變形等原因導致塑件脱模冷卻到室温後其尺寸縮小，為此型腔設計時必須考慮予以補償。

（2）收縮方向性成形時分子按方向排列，使塑件呈現各向異性，沿料流方向（即平行方向）則收縮大、強度高，與料流直角方向（即垂直方向）則收縮小、強度低。另外，成形時由於塑件各部位密度及填料分佈不勻，故使收縮也不勻。產生收縮差使塑件易發生翹曲、變形、裂紋，尤其在擠塑及注射成形時則方向性更為明顯。因此，模具設計時應考慮收縮方向性按塑件形狀、流料方向選取收縮率為宜。

（3）後收縮塑件成形時，由於受成形壓力、剪切應力、各向異性、密度不勻、填料分佈不勻、模温不勻、硬化不勻、塑性變形等因素的影響，引起一系列應力的作用，在粘流態時不能全部消失，故塑件在應力狀態下成形時存在殘餘應力。當脱模後由於應力趨向平衡及貯存條件的影響，使殘餘應力發生變化而使塑件發生再收縮稱為後收縮。一般塑件在脱模後10小時內變化最大，24小時後基本定型，但最後穩定要經30-60天。通常熱塑性塑料的後收縮比熱固性大，擠塑及注射成形的比壓塑成形的大。

（4）後處理收縮有時塑件按性能及工藝要求，成形後需進行熱處理，處理後也會導致塑件尺寸發生變化。故模具設計時對高精度塑件則應考慮後收縮及後處理收縮的誤差並予以補償。

2、收縮率計算塑件成形收縮可用收縮率來表示，如公式（1-1）及公式（1-2）所示。

(1-1) Q實=（a-b）/b×100

(1-2) Q計=（c-b）/b×100

式中：Q實—實際收縮率（%）

Q計—計算收縮率（%）

a —塑件在成形温度時單向尺寸（mm）

b —塑件在室温下單向尺寸（mm）

c —模具在室温下單向尺寸（mm）

實際收縮率為表示塑件實際所發生的收縮，因其值與計算收縮相差很小，所以模具設計時以Q計為設計參數來計算型腔及型芯尺寸。

3、影響收縮率變化的因素在實際成形時不僅不同品種塑料其收縮率各不相同，而且不同批的同品種塑料或同 一塑件的不同部位其收縮值也經常不同，影響收縮率變化的主要因素有如下幾個方面。

（1）塑料品種各種塑料都有其各自的收縮範圍，同種類塑料由於填料、分子量及配比等不同，則其收縮率及各向異性也不同。

（2）塑件特性塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件，嵌件數量及佈局對收縮率大小也有很大影響。

（3）模具結構模具的分型面及加壓方向，澆注系統的形式，佈局及尺寸對收縮率及方向性影響也較大，尤其在擠塑及注射成形時更為明顯。

（4）成形工藝 擠塑、注射成形工藝一般收縮率較大，方向性明顯。預熱情況、成形温度、成形壓力、保持時間、填裝料形式及硬化均勻性對收縮率及方向性都有影響。

如上所述模具設計時應根據各種塑料的説明書中所提供的收縮率範圍，並按塑件形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件情況、分型面及加壓成形方向、模具結構及進料口形式尺寸和位置、成形工藝等諸因素綜合地來考慮選取收縮率值。對擠塑或注射成形時，則常需按塑件各部位的形狀、尺寸、壁厚等特點選取不同的收縮率。

另外，成形收縮還受到各成形因素的影響，但主要決定於塑料品種、塑件形狀及尺寸。所以成形時調整各項成形條件也能夠適當地改變塑件的收縮情況。

塑料在一定温度與壓力下填充型腔的能力稱為流動性。這是模具設計時必須考慮的一個重要工藝參數。流動性大易造成溢料過多，填充型腔不密實，塑件組織疏鬆，樹脂、填料分頭聚積，易粘模、脱模及清理困難，硬化過早等弊病。但流動性小則填充不足，不易成形，成形壓力大。所以選用塑料的流動性必須與塑件要求、成形工藝及成形條件相適應。模具設計時應根據流動性能來考慮澆注系統、分型面及進料方向等等。熱固性塑料流動性通常以拉西格流動性（以毫米計）來表示。數值大則流動性好，每一品種的塑料通常分三個不同等級的流動性，以供不同塑件及成形工藝選用。一般塑件面積大、嵌件多、型芯及嵌件細弱，有狹窄深槽及薄壁的複雜形狀對填充不利時，應採用流動性較好的塑料。擠塑成形時應選用拉西格流動性150mm以上的塑料，注射成形時應用拉西格流動性200mm以上的塑料。為了保證每批塑料都有相同的流動性，在實際中常用並批方法來調節，即將同一品種而流動性有差異的塑料加以配用，使各批塑料流動性互相補償，以保證塑件質量。常用塑料的拉西格流動性值詳見表1-1，但必須指出塑料的流動性除了決定於塑料品種外，在填充型腔時還常受各種因素的影響而使塑料實際填充型腔的能力發生變化。如粒度細勻（尤其是圓狀粒料），濕度大、含水分及揮發物多，預熱及成形條件適當，模具表面光潔度好，模具結構適當等則都有利於改善流動性。反之，預熱或成形條件不良、模具結構不良流動阻力大或塑料貯存期過長、超期、貯存温度高（尤其對氨基塑料）等則都會導致塑料填充型腔時實際的流動性能下降而造成填充不良。

比容為每一克塑料所佔有的體積（以釐米3/克計）。壓縮率為塑粉與塑件兩者體積或比容之比值（其值恆大於 1）。它們都可被用來確定壓模裝料室的大小。其數值大即要求裝料室體積要大，同時又説明塑粉內充氣多，排氣困難，成形週期長，生產率低。比容小則反之，而且有利於壓錠，壓制。各種塑料的比容詳見表1-1。但比容值也常因塑料的粒度大小及顆粒不均勻度而有誤差。

熱固性塑料在成形過程中在加熱受壓下轉變成可塑性粘流狀態，隨之流動性增大填充型腔，與此同時發生縮合反應，交聯密度不斷增加，流動性迅速下降，融料逐漸固化。模具設計時對硬化速度快，保持流動狀態短的料則應注意便於裝料，裝卸嵌件及選擇合理的成形條件和操作等以免過早硬經或硬化不足，導致塑件成形不良。

硬化速度一般可從保持時間來分析，它與塑料品種、壁厚、塑件形狀、模温有關。但還受其它因素而變化，尤其與預熱狀態有關，適當的預熱應保持使塑料能發揮出最大流動性的條件下，儘量提高其硬化速度，一般預熱温度高，時間長（在允許範圍內）則硬化速度加快，尤其預壓錠坯料經高頻預熱的則硬化速度顯著加快。另外，成形温度高、加壓時間長則硬化速度也隨之增加。因此，硬化速度也可調節預熱或成形條件予以適當控制。

硬化速度還應適合成形方法要求，例注射、擠塑成型時應要求在塑化、填充時化學反應慢、硬化慢，應保持較長時間的流動狀態，但當充滿型腔後在高温、高壓下應快速硬化。

各種塑料中含有不同程度的水分、揮發物含量，過多時流動性增大、易溢料、保持時間長、收縮增大，易發生波紋、翹曲等弊病，影響塑件機電性能。但當塑料過於乾燥時也會導致流動性不良成形困難，所以不同塑料應按要求進行預熱乾燥，對吸濕性強的料，尤其在潮濕季節即使對預熱後的料也應防止再吸濕。

由於各種塑料中含有不同成分的水分及揮發物，同時在縮合反應時要發生縮合水分，這些成分都需在成形時變成氣體排出模外，有的氣體對模具有腐蝕作用，對人體也有刺激作用。為此在模具設計時應對各種塑料此類特性有所瞭解，並採取相應措施，如預熱、模具鍍鉻，開排氣槽或成形時設排氣工序。

塑料製品是以合成樹脂和各種添加劑的混合料為原料，採用注射、擠壓、壓制、澆注等方法制成的。塑料產品在成型的同時，還獲得了最終性能，所以塑料的成型是生產的關鍵工藝。

注射成形也稱注塑成形，是利用注射機將熔化的塑料快速注入模具中，並固化得到各種塑料製品的方法。幾乎所有的熱塑性塑料（氟塑料除外）均可採用此法，也可用於某些熱固性塑料的成形。注射成形佔塑料件生產的 30%左右，它具有能一次成形形狀複雜件、尺寸精確、生產率高等優點；但設備和模具費用較高，主要用於大批量塑料件的生產。

注射成形機常用的有柱塞式和螺桿式兩種，圖1為螺桿式注射成形示意圖。注射成形原理:將粉粒狀原料從料斗加入料筒，柱塞推進時，原料被推入加熱區，繼而經過分流梭，通過噴嘴將熔融塑料注入模腔中，冷卻後開模即得塑料製品。注塑料製件從模腔中取出後通常需進行適當的後處理，以消除塑料製件在成形時產生的應力、穩定尺寸和性能。此外，還有切除毛邊和澆口、拋光、表面塗飾等。

擠出成形是利用螺桿旋轉加壓方式，連續地將塑化好的塑料擠進模具，通過一定形狀的口模時，得到與口模形狀相適應的塑料型材的工藝方法。擠出成形佔塑料製品的 30%左右，主要用於截面一定、長度大的各種塑料型材，如塑料管、板、棒、片、帶、材和截面複雜的異形材。它的特點是能連續成形、生產率高、模具結構簡單、成本低、組織緊密等。除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都能擠出成形，部分熱固性塑料也可擠出成形。

圖2為螺旋擠出成形示意圖，粒狀塑料從料斗送入螺旋推進室，然後由旋轉的螺桿送到加熱區熔融，並受到壓縮；在螺旋力的作用下，迫使其通過具有一定形狀的擠出模具，得到與口模截面形狀相一致的型材；落到輸送機皮帶後用噴射空氣或水使它冷卻變硬得到固 化的塑料製件。

壓制成形又稱壓縮成形、壓塑成形、模壓成形等，是將固態的粒料或預製的片料加入模具中，通過加熱和加壓方法，使其軟化熔融，並在壓力的作用下充滿模腔，固化後得到塑料製件的方法。壓制成形主要用於熱固性塑料，如酚醛、環氧、有機硅等；也能用於壓制熱塑性塑料聚四氟乙烯製品和聚氯乙烯（ PVC）唱片。與注射成形相比，壓制成形設備、模具簡單，能生產大型製品；但生產週期長、效率低，較難實現自動化，難以生產厚壁製品及形狀複雜的製品。

圖3為壓制成形示意圖，一般壓制成形過程可以分為加料、合模、排氣、固化和脱模幾個階段。塑料製件脱模後應進行後處理，處理方法與注射成形塑料製件方法相同。

吹塑成形（屬於塑料的二次加工）是藉助壓縮空氣使空心塑料型坯吹脹變形，並經冷卻定型後獲得塑料製件的加工方法。其方法主要有中空吹塑成形和薄膜吹塑成形。

圖4為中空製件的擠吹成形示意圖，將具有一定温度的擠出或注射的管狀型坯置於對開吹塑模中，合上模具，通過吹管吹入壓縮空氣，將型坯吹脹後使之緊貼模壁，經保壓、冷卻定型後開模取出中空製件。

塑料的澆鑄成形類似於金屬的鑄造成形。即將處於流動狀態的高分子材料或單體材料注入特定的模具中，在一定條件下使之反應、固化，併成形得到與模具形腔相一致的塑料製件的加工方法。這種成形方法設備簡單，不需或稍許加壓，對模具強度要求低，生產投資少，可適用於各種尺寸的熱塑性和熱固性塑料製件。但塑料製件精度低，生產率低，成形週期長。

氣體輔助注塑成形（簡稱氣輔成形）是塑料加工領域的一種新方法。氣輔成形工藝大致可分為 3種方式：（A）中空成形，即將塑料熔體射入模具型腔，充填到型腔體積的60%-70%時，停止注射，開始注入氣體，直至保壓冷卻定型。這種工藝主要適用於類似把手、手柄之類的厚壁塑料製品。（B）短射，即將塑料熔體充填到型腔體積的90%-98%時，開始進氣。該方法主要用於較大平面的厚壁或偏壁製品。（C）滿射，即將塑料熔體充填至完全充滿型腔時才注入氣體，由氣體填充因熔體體積收縮而產生的空間，並將氣體保壓和熔體保壓配合使用，使製品翹曲變形大大降低，用於較大平面的薄壁製品成型，其工藝控制較複雜。前兩種方法也稱為缺料氣輔注射法，後者稱為滿料氣輔注射法。

氣輔工藝包括如下四個階段：第一階段，塑料注射。熔體進入型腔，遇到温度較低的模壁，形成一個較薄的凝固層；第二階段：氣體入射。惰性氣體進入熔融的塑料，推動中心未凝固的塑料進入尚未充滿的型腔；第三階段：氣體入射。 氣體繼續推動塑料熔體流動直到熔體充滿整個型腔；第四階段：氣體保壓。 在保壓狀態下，氣道中的氣體壓縮熔體，進行補料確保製件的外觀質量。

氣輔成形具有如下優點：消除產品表面縮痕，改善產品表面質量；減少翹曲變形，減少流動條痕；降低產品內應力，提高產品強度；節省塑料原料，減輕製品重量（一般可減輕 20%-40%）；改善材料在製品斷面上的分佈，改善製品的剛性；縮短成型時間，提高生產效率； 延長模具使用壽命。

塑料成型通常使用注塑機 ^[1]  ，又名注射成型機或注射機。它是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具製成各種形狀的塑料製品的主要成型設備。分為立式、卧式、全電式。注塑機能加熱塑料，對熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔。

日常塑料製品一般由注塑機進行注塑成型的。