塑料成型工艺模具方案教程.docx

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塑料成型工艺模具方案教程

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第1章概述

模具是制造技术的核心。

掌握模具，就意味着掌握技术，从而把握了降低生产成本、获得竞争优势的命门。

1.1模具及模具的发展简况

1、模具（基本概念>

是指利用其本身特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。

2、特点

1）模具----是一种工具；

2）模具与塑件-----“一模一样”；

3）订货合同-----单件生产

4）模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。

3、模具的地位和作用

模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

美国工业界认为：

模具是美国工业的基石

日本工业界认为：

模具是促进社会繁荣的动力

国外将模具比喻为“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”。

模具工业是我国国民经济的基础产业，是技术密集的高技术行业。

模具是制造过程中的重要工艺装备。

模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才。

1.2现代模具分类

<1）冲压模具

冲裁模、级进模、复合模、精冲模、拉深模、弯曲模、成型模、切断模、其它冲压模

<2）塑料模

热塑性塑料注射模、热固性塑料注射模、热固性塑料压塑模、挤塑模、真空吸塑模、其它塑料模

<3）锻造模

热锻模、冷锻模、金属挤压模、切边模、其它锻造模

<4）铸造模

压力铸造模、低压铸造模、石蜡铸造模、翻砂金属模

<5）粉末冶金模

非金属粉末冶金模、金属粉末冶金模

<6）橡胶模

橡胶注射成型模、橡胶压胶成型模、橡胶挤胶成型模、橡胶浇注成型模、橡胶封装成型模其它橡胶模<7）拉丝模:

热拉丝模、冷拉丝模

<8）无机材料成型模

玻璃成型模、陶瓷成型模、水泥成型模、其它无机材料成型模

<9）其它模具:

食品成型模具、包装材料模具、复合材料模具、合成纤维模具、其它类未包括的模具

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1.3塑料成型

第2章塑料

2.1塑料的成分及其配制

2.1.1塑料及其特性

1、塑料的定义及组成

定义：

塑料是指以高分子合成树脂为主要成份、在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。

组成：

聚合物合成树脂<40~100%）+辅助材料：

增塑剂、填充剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、发泡剂、增强材料。

辅助材料作用：

改善材料使用性能与加工性能，节约树脂材料<贵）。

2、塑料的特性

1、密度小。

密度为约为0.83～2.2g/cm3，但大多数为1.0～1.4g/cm3，密度最小塑料0.83g

甲基丁烯-1）泡沫塑料0.189g/cm3。

2、比强度和比刚度高：

单位质量计算的强度称为比强度，是金属材料强度的1/10，玻璃钢强度更高

/cm3<聚4-

3、化学稳定性好

4、电气绝缘、绝热、隔声性能优良

5、耐磨和自润滑性能好

6、粘结性能好

7、成型加工性能好，比金属易

8、多种防护性能<防水、防潮、防透气、防震、防辐射等）

9、不足：

强度，刚度不如金属，不耐热。

1000C以下热膨胀系数大，易蠕变，易老化。

2.1.2塑料的成分

1、树脂

塑料主要成份是树脂﹐树脂有天然树脂和合成树脂两种。

1、定义：

指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。

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2、分类

天然树脂：

是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。

合成树脂：

是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。

如聚乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂等。

树脂均属于高分子化合物，称为高聚物。

3、合成树脂制备方法：

聚合反应、缩聚反应

2、塑料的成份

<1）树脂﹕主要作用是将塑料的其它成份加以粘合﹐并决定塑料的类型（热塑性或热固性>和主要性能﹐如机

械﹑物理﹑电﹑化学性能等。

树脂在塑料中的比例一般为40~65%。

<2）填充剂﹕又称填料﹐通常对聚合物呈惰性

作用：

改善塑料的成型性能，减少树脂的含量及提高塑料性能。

正确地选择填充剂﹐可以改善塑料的性能和扩大它的使用范围。

<3）增塑剂﹕有些树脂的可塑性很小﹐柔软性也很差﹐为了降低树脂的熔融粘度和熔融温度﹐改善其成型加工性能﹐改进塑料的柔韧性﹐弹性以及其它各种必要的性能﹐通常加入能入树脂相容的不易挥发的高沸点的有机化合物。

这类物质称增塑剂。

增塑剂常是一种高沸点液纳或熔点固体的酯类化合物。

<4）着色剂﹕又称色料﹐主要是起美观和装饰作用﹐包括涂料两部分。

<5）稳定剂﹕凡能阴缓塑料变质的物质称稳定剂﹐分光稳定剂﹑热稳定剂﹑抗氧化剂。

<6）润滑剂﹕改善塑料熔体的流动性﹐减少或避免对设备或模具的磨擦和粘附﹐以及改进塑件的表面光洁度

。

2.1.3成型用物料及其配制简介

1、粉料和粒料

2、溶液

3、分散体

2.1.4塑料的制造和树脂合成方法

（一>塑料的制造

20年代起转向以煤和煤焦油产品为主，从

50年代起逐渐

塑料的基础原料，最初是以农副产品为主，从本世纪

转向以石油和天然气为主。

（树脂或半成品及助剂>的生产，塑料制品的生产，塑料成型机械

（包

塑料工业包括三个生产系统：

塑料原料

括模具>的制造。

（二>树脂的合成方法

1．缩聚反应：

单体分子间脱掉水或其它简单分子键合成聚合物的化学反应。

可分为均缩聚反应和共缩聚反应。

（1>均缩聚反应：

带有两个官能团的一种单体进行的缩聚反应。

（2>共缩聚反应：

两种或两种以上的双官能团单体进行的缩聚反应。

2．加聚反应：

由不饱和或环状单体分子加成聚合生成聚合物的一种化学反应。

反应中没有水或其它低分子副产物的释出，而且所生成的聚合物元素成分与原用单体的成分相同。

按参加反应的单体种类和聚合物本身的构型，可分为均聚合反应、共聚合反应和定向聚合反应。

2.1.5塑料的用途

塑料巳被广泛用于农业、工业、建筑、包装、国防尖端工业以及人们日常生活等各个领域。

农业方面：

大量塑料被用于制造地膜、育秧薄膜、大棚膜和排灌管道、鱼网、养殖浮漂等。

工业方面：

电气和电于工业广泛使用塑料制作绝缘材料和封装材料；在机械工业中用塑料制成传动齿轮、轴承、轴瓦及许多零部件代替金属制品；在化学工业中用塑料作管道、各种容器及其它防腐材料；在建筑工业中作门窗、楼梯扶手、地板砖、天花板、隔热隔音板、壁纸、落水管件及坑管、装饰板和卫生洁具等。

在国防工业和尖端技术中，无论是常规武器、飞机、舰艇，还是火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船和原子能工业等，塑料都是不可缺少的材料。

在人们的日常生活中，塑料的应用更广泛，如市场上销售的塑料凉鞋、拖鞋、雨衣、手提包、儿童玩具、牙刷、肥皂盒、热水瓶壳等等。

目前在各种家用电器，如电视机、收录机、电风扇、洗衣机、电冰箱等方面也

获得了广泛的应用。

塑料作为一种新型包装材料，在包装领域中已获得广泛应用，例如各种中空容器、注塑容器（周转箱、集装

箱、桶等>，包装薄膜，编织袋、瓦楞箱、泡沫塑料、捆扎绳和打包带等。

2.1.6塑料工业的发展历史及现状

早在19世纪以前，人们就已经利用沥青、松香、琥珀、虫胶等天然树脂。

1868年将天然纤维素硝化，用樟脑

作增塑剂制成了世界上第一个塑料品种，称为赛璐珞，从此开始了人类使用塑料的历史。

1909年出现了第一

种用人工合成的塑料-酚醛塑料。

1920年又一种人工合成塑料-

氨基塑料（苯胺甲醛塑料>诞生了。

这两种塑料当时为推动电气工业和仪器制造工业的发展起了积极作用。

到20世纪20、30年代，相继出现了醇酸树脂、聚氯乙烯、丙烯酸酯类、聚苯乙烯和聚酰胺等塑料。

从40年代

至今，随着科学技术和工业的发展，石油资源的广泛开发利用，塑料工业获得迅速发展。

品种上又出现了聚

乙烯、聚丙烯、不饱和聚酯、氟塑料、环氧树脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰亚胺等等。

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2.2塑料的分类

2.2.1按塑料中树脂的分子结构和热性能分类

热塑性塑料和热固性塑料

1.热塑性塑料

这类塑料的合成树都是线型或支链型高聚物﹐因而受热变软﹐甚至成为可流动的稳定粘稠液体﹐在此状态时具有可塑性﹐可塑制成一定形状的塑件﹐冷却后保持既得的形状﹐如再加热又可变软成另一种形状﹐如此可

以进行反复多次。

这一过程中只有物理变化﹐而无化学变化﹐其变化是可逆的。

<反复多次成型）塑料种类﹕

a.聚氯乙烯（PVC>———产量大，有毒不能用作食品包装。

b.聚苯乙烯（PS>———最早的工业化塑料品种之一。

c.聚乙烯（PE>

d.聚炳烯（PP>

e.尼龙（PA>

f.聚甲醛（POM>

g.聚碳酸脂（PC>———可用于食品包装﹐镜片。

h.ABS塑料

j.聚苯醚（PPO>

i.聚砚（PSU>

k.氟塑料

l.聚酯树脂

n.有机玻璃

）

2.热固性塑料

这类塑料的合成树脂是体型高聚物﹐因而在加热之初﹐因分子呈线型构具有可熔性和可塑性﹐可塑制成一定形状的塑件﹐当继续加热时﹐分子呈现风状结构﹐当温度达到一定程度后﹐树脂变成不溶和不熔的体型结构﹐使形状固定下来﹐不再变化。

如有加热也不软化﹐不再具有可。

在一定变化过程中﹐既有物理变化﹐又有

化学变化﹐因此﹐变化过程中不可逆的。

<一次成型）

种类﹕A.酚酸塑料PF

B.氨基塑料

C.环氧树脂EP

D.酚醛塑料

2.2.2按塑料的性能及用途分类

1、通用塑料

<酚醛塑料、氨基塑料、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙稀等六大

指产量大、用途广、价格低的塑料。

品种塑料）

2、工程塑料

一般指能承受一定外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以

作为工程结构件的塑料。

如

ABS、尼龙、聚矾等。

机械性能、耐磨、耐腐蚀、尺寸稳定性均较高。

3、特种<增强）塑料

一般指具有特种功能<如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。

如氟塑料、有机硅等。

在塑料中加入

玻璃纤维等填料作为增强材料，以进一步改善塑料的机电性能，这种新型复合材料称为增强塑料。

增强塑料

具有优良的机械性能，比强度和比刚度高。

2.2.3按塑料成型方法分类

模压塑料：

供模压用的树脂混合料。

如一般热固性塑料。

层压塑料：

指浸有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而成为整体材料。

注射、挤出和吹塑塑料：

-

般指能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬化的树脂混合科。

如一般热塑性塑料。

MC

浇铸塑料：

能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料。

如

尼龙。

反应注射模塑料：

一般指液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化制得成品。

如聚氨脂类。

2.2.4按塑料半制品和制品分类

<如酚醛）和填料等经充分混合、按压、粉碎而得。

如酚醛塑料粉

模塑粉：

又称塑料粉，主要由热固性树脂

。

增强塑料：

加有增强材料而某些力学性能比原树脂有较大提高的一类塑料。

泡沫塑料：

整体内含有无数微孔的塑料。

薄膜：

一般指厚度在0.25毫M以下的平整而柔软的塑料制品。

2.3塑料的性能

2.3.1塑料的使用性能

1、塑料的物理性能

密度、表观密度、透气性、透湿性、吸水性、透明性、透光率。

2、塑料的化学性能

耐化学性、耐候性、耐老化性、光稳定性、抗霉性等。

3、塑料的机械性能

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抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、断裂伸长率、冲击韧度、抗疲劳强度、耐蠕变性、摩擦系数及磨耗、硬度等。

4、塑料的热性能

线膨胀系数、导热系数、玻璃化温度、耐热性、热变形温度、熔体指数、热稳定性、热分解温度、耐热性等

。

5、塑料的电性能

表面电阻率、体积电阻率、介电常数、介电强度、耐电弧性、介电损耗等。

2.3.2热塑性塑料的工艺特性

热塑性塑料品种极多，即使同一品种也由于树脂分子及附加物配比不同而使其使用及工艺特性也有所不同。

另外，为了改变原有品种的特性，常用共聚、交链等各种化学聚合方法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的异种单体或高分子相等树脂，以改变原有树脂的结构成为具有新的使用及工艺特性的改性品种。

例如，ABS即为在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为改性共聚物，也可称为改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯优越的使用，工艺特性。

由于热塑性塑料品种多、性能复杂，即使同一类的塑料也有仅供注射用或挤出用之分，故本章节主要介绍各种注射用的热塑性塑料。

<一）收缩性

1、定义

塑件自模具中取出冷却到室温后，发生尺寸收缩这种性能称为收缩性。

收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。

由于成型模具与塑料的线膨胀系数不同，收缩率分为实际收缩率和计算收缩率两种。

Q实=

Q计=

式中：

Q实—实际收缩率<%）；

Q计—计算收缩率<%）；

a—模具或塑件在成型温度时单向尺寸

<毫M）；

b—塑件在室温下单向尺寸

<毫M）；

c—模具在室温下单向尺寸

<毫M）。

Q计为设计参数

实际收缩率为表示塑件实际所发生的收缩，因其值与计算收缩相差很小，所以模具设计时以

来计算型腔及型芯尺寸。

2、影响因素

影响热塑性塑料成形收缩的因素如下：

1．塑料品种。

热塑性塑料成形过程中由于还存在结晶化形起的体积变化，内应力强，冻结在塑件内的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比则收缩率较大，收缩率范围宽、方向性明显，另外成形后的收缩、退火或调湿处理后收缩一般也都比热固性塑料大。

2．塑件结构。

成形时融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。

由于塑料的导热性差，使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。

所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。

另外，有无嵌件及嵌件布局、数量都直接影响料流方向，密度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的特性对收缩大小，方向性影响较大。

3．模具结构。

进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成形时间。

直接进料口、进料口截面大<尤其截面较厚的）则收缩小但方向性大，进料口宽及长度短的则方向性小。

距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。

4．成型工艺条件。

模具温度高，融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结晶料则因结晶度高，体积变化大，故收缩更大。

模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关，直接影响到各部分收缩量大小及方向性。

另外，保持压力及时间对收缩也影响较大，压力大、时间长的则收缩小但方向性大。

注射压力高，融料粘度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性回跳大，故收缩也可适量的减小，料温高、收缩大，但方向性小。

因此在成形时调整模温、压力、注射速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。

3、收缩性对模具设计的影响

模具设计时按经验确定塑件各部位的收缩率，再来计算型腔尺寸。

对高精度塑件及难以掌握收缩率时，一般用如下方法设计模具：

<1）对塑件外径取较小收缩率，内径取较大收缩率，以留有试模后修正的余地。

<2）试模确定浇注系统形式、尺寸及成形条件。

<3）要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况<测量时必须在脱模后24小时以后）。

<4）按实际收缩情况修正模具。

<5）再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。

<二）塑料状态与加工性

1、玻璃态<坚硬的固体）：

变形可逆，不宜进行大变形量的加工。

成型方法：

可进行车、铣、刨、钻等切削加工。

2、高弹态<橡皮状弹性体）：

变形能力增大，变形仍具有可逆性。

成型方法：

真空成型、压延成型、中空成型、冲压、锻压等

3、粘流态<粘性液体）：

变形不可逆。

成型方法：

注射、吹塑、挤出等

<三）流动性

1．定义及性能指标

塑料在一定温度、压力下充填模具型腔的能力，称为塑料的流动性。

熔融指数：

将被测塑料装入加热料筒中并进行加热，在一定的温度和压力下，测定塑料熔体在10min内从料

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孔挤出的质量，单位g，则该值称为熔融指数，简写为MI。

熔融指数越大，流动性越好。

2．影响因素

<尤其耐冲击型及MI值较高的）、聚丙

<1）温度。

料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异，聚苯乙烯

烯尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯

<例ABS·AS）、聚碳酸酯、醋酸纤维等塑料的流动性随温度变化较大。

对

聚乙烯、聚甲醛、则温度增减对其流动性影响较小。

所以前者在成形时宜调节温度来控制流动性。

<2）压力。

注射压力增大则融料受剪切作用大，流动性也增大，特别是聚乙烯、聚甲醛较为敏感，所以成形

时宜调节注射压力来控制流动性。

<3）模具结构。

浇注系统的形式，尺寸，布置，冷却系统设计，融料流动阻力

<如型面光洁度，料道截面厚

度，型腔形状，排气系统）等因素都直接影响到融料在型腔内的实际流动性，凡促使融料降低温度，增加流

动性阻力的则流动性就降低。

2、常用塑料流动性

流动性好

尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素

流动性中等

改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等

流动性差

聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料

模具设计时应根据所用塑料的流动性，选用合理的结构。

成形时则也可控制料温，模温及注射压力、注射速

度等因素来适当地调节填充情况以满足成形需要。

<四）相容性

定义：

相容性<又称为共混性）是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相互分离现象的

能力。

若两种塑料不相容，则混熔后塑件会出现分层、脱皮等表面缺陷。

相容性与分子结构有一定关系，分子结构相似者较易相容，结构不同时较难相容。

<五）吸湿性

1、定义

吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。

按吸湿或粘附水分能力的大小，可将塑料塑料分为吸湿性和不吸湿性塑

料两大类。

2、吸湿性塑料的缺陷

料中含水量必须控制在允许范围内，不然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂起泡、流动

性下降、外观及机电性能不良。

所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及规范进行预热，在使用时

还需用红外线照射以防止再吸湿。

3、常用塑料吸湿性

吸湿性塑料

聚酰胺、ABS、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜等

不吸湿性塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、氟塑料等

<五）结晶性

<又称无定形）塑料两大类。

热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶形塑料与非结晶形

所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次序状态，变成分子停止自由运

动，按略微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的一种现象。

作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定，一般结晶性料为不透明或半透明

<如聚

甲醛等），无定形料为透明

<如有机玻璃等）。

但也有例外情况，如聚

4-甲基戍烯-

1为结晶性塑料却有高透明性，

ABS为非结晶形塑料但却并不透明。

在模具设计及选择注射机时应注意对结晶料有下列要求：

<1）料温上升到成形温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。

<2）冷凝时放出热量大，要充分冷却。

<3）熔态与固态的比重差大，成形收缩大，易发生缩孔、气孔。

<4）冷却快结晶度低，收缩小，透明度高。

结晶度与塑件壁厚有关，壁厚冷却慢结晶度高，收缩大，物性好

。

所以结晶性料应按要求必须控制模温。

<5）各向异性显著，内应力大。

脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向，处于能量不平衡状态，易发生变

形，翘曲。

<6）结晶熔点范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。

<六）热敏性及水敏性

1．热敏性塑料系指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降聚，分解的倾向，具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。

如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物，聚甲醛，聚三氟氯乙烯等。

热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物，特别是有的分解气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或毒性。

因此，模具设计、选择注射机及成形时都应注意，应选用螺杆式注射机，浇注系统截面宜大，模具和料筒应镀铬，不得有死角滞料，必须严格控制成形温度、塑料中加入稳定剂，减弱热敏性能。

2．有的塑料<如聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高温、高压下也会发生分解，这种性能称为水敏性，对此必须预先加热干燥。

<七）应力开裂及熔融破裂

1．有的塑料对应力敏感，成形时易产生内应力并质脆易裂，塑件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。

为此，除了在原料内加入附加剂提高抗裂性外，对原料应注意干燥，合理的选择成形条件，以减少内

应力和增加抗裂性。

并应选择合理的塑件形状，不宜设置嵌件等尽量减少应力集中。

模具设计时应增大脱模斜度，选用合理的进料口及顶出机构，成形时应适当的调节料温、模温、注射压力及冷却时间，尽量避免塑件过于冷脆时脱模，成形后塑件还宜进行后处理提高抗裂性，消除内应力并禁止与溶剂接触。

2．当一定融熔指数的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔体表面发生明显横向裂纹

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称为熔融破裂，有损塑件外观及物性。

故在选用熔融指数高的聚合物等，应增大喷嘴、浇道、进料口截面，减少注射速度，提高料温。

<八）热性能及冷却速度

1．各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。

比热高的塑化时需要热量大，应选用塑化能力大的注射机。

热变形温度高的冷却时间可短，脱模早，但脱模后要防止冷却变形。

热传导率低的冷却速度慢

<如离子聚合物等冷却速度极慢）必须充分冷却，要加强模具冷却效果。

热浇道模具适用于比热低，热传导率高的塑料。

比热大、热传导率低，热变形温度低、冷却速度慢的塑料则不利于高速成形，必须用适当的注射机及加强模具冷却