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1.1 概述
塑料是通过制造成各种制品来实现其使用价值的。塑料的主要成型方法有挤出成型、注射成型、吹塑成型、压延成型等，其中注射成型因可以生产较为复杂的制品，在塑料的成型中一直占有极其重要的位置，是热塑性塑料制件成型最主要的一种方法。
注塑也称注射成型或注射模塑，是利用注射成型机将粒状或粉状的塑料原料熔融后使其快速进入温度较低的模具内冷却固化形成与模腔形状一致的塑料制品的加工过程。目前，几乎所有的热塑性塑料都有相应的注射品种。注射成型工艺可制备不同形状、尺寸、质量、满足各种使用要求的工程制件（如结构件、传动件、外观件、光学件等）和日用件。近年来，注射成型已成功地用来成型某些热固性塑料，更显其应用之广泛。
从注射成型的定义可以看出，注射成型由成型前的准备（选配干燥的原料、清洗料筒等）、注射过程和制件后处理三阶段组成，如图1-1所示。三个阶段的具体情况是：首先，将粉、粒状物料从注射机料斗送入高温的料筒内加热熔融塑化，使其达到塑化均匀变为黏流态熔体；然后，在螺杆（或柱塞）的高压推动下以很大的流速通过料筒前端的喷嘴并注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压、冷却定型后，开启模具便可从型腔中顶出具有一定形状和尺寸的制件；最后，为使制件质量稳定可靠，需经检验和后处理。
图1-1 注射成型生产工艺过程
注射成型工艺的特点是：
①成型周期短；随着制件的形状、大小、厚度不同以及注塑机的类型、物料品种和成型工艺条件等不同，周期为几秒钟至几分钟不等。
②能一次成型外形复杂、尺寸精度高、表面质量好、带有金属或非金属嵌件的制件；制品的大小由钟表齿轮到汽车保险杠，品种之多是其它任何塑料成型方法都无法比拟的。
③能适应各种塑料的成型，除聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯等极少数品种外，几乎所有的热塑性塑料（通用塑料、纤维增强塑料、工程塑料）、热固性塑料和弹性体都能用这种方法方便地成型制品。
④成型过程自动化程度高，生产率高，其成型过程的合模、加料、塑化、注射、开模和制品顶出等全部操作均由注射机自动完成。
⑤模具的磨损小、体积不大，便于装卸。
总体来说，注射成型的优点很多，是较为优异的塑料成型加工方法之一。
注塑制品是通过注射成型方法生产出来的塑料制品。与其它塑料成型方法所生产的制品相比较，注塑制品的特点主要体现在可成型原料种类多、制品的结构及外形复杂、精度高、应用范围广泛等方面。
（1）注射制品的可选用的材料种类较其它成型方法多 塑料有热固性塑料和热塑性塑料之分。几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法生产，热固性塑料也因为注塑设备水平和工艺水平的提高而可以用注射成型的方法生产。随着化学工业的发展，人们通过利用新的合成工艺或多种材料共混复合的方法，开发了非常多的新型塑料材料；而这之中的绝大部分都可以用注射成型的方法生产。比如ABS经共混改性后有几十个品种，其中绝大部分都可用于注射成型。其它非注射成型工艺所能生产的塑料品种要少得多。
（2）注塑制品外形和结构复杂，可以带有金属或非金属嵌件 注塑制品是与模具外形相一致的制品，由于模具的外形可以很复杂，所以采用注射成型技术可制造形状非常复杂的热塑性或热固性塑料制品。这些制品可以批量生产而且很少需要二次修整。例如在注塑制品上直接成型孔洞、凸台和扣梁等组装性零件是常见的做法，这种整体设计技术大大简化甚至避免了二次组装工序。带有金属或非金属嵌件可以提升注塑制品的性能。
（3）注塑制品精度高 在精密成型、超精密成型注塑机未出现的情况下，注塑制品的精度就比用其它成型方法得到的塑料制品精度要高；随着精密成型、超精密成型注塑机的出现，塑料制品的尺寸精度范围可以达到0.01～0.001mm，而超精密成型则可以达到0.001～0.0001mm。当然这也与塑料材料有关，由于大多数塑料具有收缩的特性，所以要达到较高的精度要求，就要求塑料的收缩特性较为均匀。
（4）注塑制品的应用非常广泛，一些特殊功能可以根据使用场合而设计 注塑制品广泛应用在国防、交通运输业、建筑材料、农业、科教卫生和日常生活用品中，用注塑机成型的塑料制品的量接近整个塑料制品总质量的1/4。在一些特定的场合，比如用在电器元件的注塑制品通常要求制品具有防静电、能屏蔽电磁波等功能，人们就可以利用不同的树脂为基料，通过添加炭黑、金属氧化物、金属微粒、导电有机物等复合而得到所需要的功能。有些制品要求具有组合功能，人们可以通过结构上的复合而得到所期望的功能。比如多色注射成型的化妆品盒子，两种色彩的搭配比喷涂的效果更使人感到新奇。
注塑制品随着所用注塑材料的不同，可以具有人们所需要的各种优良的使用性能，这使注塑制品已广泛应用于农业、建筑业、汽车、航空航天、电子电器、医疗卫生及物流包装等各个领域。由于各个行业的相互交融，一些注塑制品在各个行业的应用并不具有特异性，其作用可能相同。如电子仪器的外壳在仪表行业当然是不可或缺，但在各个行业都可能应用，所以本书只就使用注塑制品最多的几个行业中的常见或相对特殊一些的注塑制品的功能要求、选材及生产等进行简单的叙述。
塑料在农业中的应用主要以薄膜为主。但随着农业现代化发展的要求，在实际应用中，注塑制品的用量也很大。如手动喷雾器部件、农机的连接与联运部件、挤乳机的活动部件、排灌水泵壳、进出水阀座、自动浇水的旋转喷头、套管等。
农机用塑料一般为尼龙，另外就是聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS、聚氨酯、有机玻璃等，制品的精度要求同其它机械产品基本一致。而对于大多数非农机用农用塑料制品一般使用聚乙烯、聚氯乙烯、ABS等，其制品精度要求一般不高。当然，随着厂家占领市场的欲望的提升，农用制品的质量比过去有了很大的改进，几乎与其它行业的注塑制品的质量不相上下。
目前，我国有较大规模的硬PVC管材生产企业近1000家，行业生产能力达到每年1000万吨；到2013年，塑料管道的应用量约1210万吨。现在，塑料门窗型材每年也达到220万吨，市场占有率超过了50%。再加上高分子防水材料、装饰装修材料、各种保温材料及其它建筑用塑料制品，总需求量非常大。由此可见，塑料在建筑方面的应用总量很大。对于其中注塑制品来说，也将占有较大的份额。在建筑行业，注塑制品主要作为一些其它建筑材料的辅件而存在。一般要使用注塑制品辅件的建材有：给排水管系统的管件、槽系统配件、电气系统、塑料门窗配件、装修装饰注塑件、家具连接件等。其中以给排水管件用量最大。
塑料给水系统，一般用材料为无毒硬聚氯乙烯和聚乙烯。
对于硬聚氯乙烯注塑管件要注意其毒性，我国有相应的国家标准GB10002.2—88对此进行了规定。标准规定。
①不得使水产生气味、味道和变色。
②铅的萃取值第一次小于1.0mg/L，第三次小于0.3mg/L；锡的萃取值第一次小于1.0mg/L，第三次小于0.02mg/L；镉的三次萃取值每次都要不大于0.01mg/L；汞的三次萃取值每次都要不大于0.001mg/L；氯乙烯单体的含量不大于1.0mg/L。
③所用原料中的氯乙烯单体含量应小于5.0mg/L，所用助剂应能确保管件长期卫生性能。
所以在通常情况下，硬PVC给水管要从原料和生产工艺等多方面控制管件的质量。原料而言，因为PVC的分解温度比其黏流温度要高，所以必须加入增塑剂，在此过程中要注意尽量少用或不用含铅、镉、锡、汞的增塑剂；加工中应尽量使用较低的成型温度，并保证熔料在料筒内加热的时间较短，以免PVC分解放出过多的氯乙烯单体。
由于聚乙烯较软，所以对于聚乙烯管件，由于聚乙烯通常作为金属管件的共注塑材料，从而使卫生性要求不涉及聚乙烯本身。
相对而言，塑料排水系统管件对卫生性要求相对低些。生产原料也只有硬PVC。图1-2是卫生间合流制管路示意图。图中除了直管1～7为挤塑成型之外，其余的都为注塑件。由此可见在给排水管系统中，注塑管件数量占有很大的比重。
图1-2 卫生间合流制管路示意图
试验表明，汽车质量的轻重与汽车的能耗有着直接的关系，在相同情况下，轿车的质量每减轻100kg，每百公里的燃油消耗将减少0.4～1L，汽车的自身质量每减少10%，燃油的消耗可降低6%～8%，同时汽车的废气排放也有明显降低。由于汽车轻量化对节能增效的卓越贡献，国际各大汽车生产商都在尽可能的情况下减轻车身质量，因此各种新型轻量化材料的开发与应用已成为汽车材料的应用研究热点。塑料及其复合材料是当前最重要的汽车轻质材料，它不仅可减轻零部件约40%的质量，而且还可以使生产成本降低40%左右，近年来，国际上非常重视新型车用塑料材料与配件的开发，塑料在汽车中的用量也迅速上升。数据显示，目前国外发达地区车用塑料已占塑料总消耗量的7%～11%。总之，汽车使用塑料件已越来越广泛。在所有汽车用塑料制品中，注塑制品的品种是最多的。
由于汽车用材料的特殊性，车用塑料配件对原料的要求很高，在其加工性、冲击性、强度等方面都有特殊要求。由于高温高强度和低温耐冲击韧性是汽车安全的要求，而这两种性能所希望的外部条件却对立，如高强度则需较低温度，而高的冲击韧性则希望较高的温度环境，所以选择材料时要加以综合考虑。
通常所用的材料有聚甲醛、聚砜、尼龙、聚酯、ABS、聚芳醚酮类塑料、改性聚丙烯、聚乙烯等。其中聚甲醛在汽车工业中的应用量最大，改性聚丙烯的用量有上升趋势。
聚甲醛不仅能代替锌、铜、铝等有色金属，而且还能取代铸铁件和钢冲压件。用聚甲醛制作的汽车零件具有减少润滑点、耐磨、便于维修、简化结构、提高效率、降低成本、节约铜材等良好效果。例如用聚甲醛代替铜制作汽车上的半轴、行星齿轮垫等不但节约了铜，且提高了使用寿命。在汽车发动机燃料油系统，可用聚甲醛制造散热器水管阀门、散热器箱盖、冷却液的备用箱、水阀体、燃料油箱盖、水泵叶轮、汽化器壳体、油门踏板等零部件；还可用来制造加热器风扇、控制杆、各式开关、齿轮外壳、轴承支架、调节器手柄、制动器及洗涤泵等零部件。
表1-1是某汽车常用注塑件及其所用材料一览表。
表1-1 汽车常用注塑件及其所用材料表
续表
注：由于各种型号的汽车其部件构成不同，所采用的材料不一定相同。本表只是某国产型号汽车所用注塑件及材料一般情况以说明注塑件在汽车中的应用情况。
注塑制品在电子电气领域的应用极为广泛，其作用主要有两个方面：一方面是作为电气绝缘部件；另一方面方面作为结构支撑部件。如电位计的外部底座﹑按钮式开关﹑可控硅的绝缘体﹑电动工具马达的绝缘体﹑打印机﹑送风机﹑继电器等的线圈骨架等。通常作为电气结构材料的注塑制品更多一些。
由于电气工业制品往往会产生热量，所以在选择用于注塑电气工业制品的材料时，除了要注意其强度和绝缘性以外，还要注意其耐热性。绝缘材料在使用时按其长期使用温度不同而分级。中国国家标准GB11021—89《电气绝缘的耐热性评定和分级》对耐热等级进行了划分，见表1-2。在对电气工业制品的注塑件进行材料选择时要充分考虑这个标准。
表1-2 GB11021—89规定的电气绝缘的耐热性等级
电子工业的发展是现代社会发展的重要标志，在此基础上发展起来的通信、计算机产业正以惊人的速度高速发展。电子工业的发展，除了微电子技术的发展以外，还有其它许多相关领域的发展与提高。注塑技术及制品在电子工业的发展中也起到了很大的作用。在绝大多数电子品中，都采用了注塑制品为其提供了很多的功能，如保护性壳体、支架、绝缘部件以及功能化部件。
制造电子设备的各种元器件的材料除了机械强度、耐温、易成型等基本要求外，对电性能的要求因用途不同而差异很大。电子工业中大量的塑料用作绝缘材料，希望在高温、高频下的绝缘电阻高、介电性能稳定；对有电磁波发射的电子设备既要不让电磁波射向周围环境，又要阻隔外界电磁波对电子设备正常工作的干扰，所以需要一种有一定导电性的塑料来传导和屏蔽电磁波。
塑料的优点是质轻、易加工，但是高分子化合物均有不导电性，若能从组成或分子结构上作改进赋予良好的导电性，则使用塑料将使电子设备轻巧。赋予塑料导电性是延伸塑料功能而成为新颖材料方法。另外，用一定磁场强度的磁性塑料能代替天然的磁铁，也是电子工业所追求的新材料。因此把具有绝缘、屏蔽、导电、导磁功能的塑料在电子工业中的应用进行罗列和分析，对材料的开发者是一种促进，对材料的使用者是一种互通和借鉴。不过，具有上述功能材料的发展是不平衡的，诸如导电、导磁塑料尚处起步发展阶段。
在选择电子产品的各种注塑部件的材料时，要根据电子制品的特征要求进行选择。如光盘因为要求透光且不易变形，所以选择透明度较高的PC或PMMA；而对于制作移动电话机的塑料要求高强度、耐热、具电磁屏蔽特性、尺寸稳定且外观好，所以通常采用ABS、PPO、PC工程塑料合金与碳纤维或玻璃纤维的复合塑料制作其各种部件和机壳。当然在一个电子产品中有多个注塑件时，所用材料不一定相同。
表1-3所列为某品牌台式PC机所用的注塑件名称及所用材料。
表1-3 台式PC机常用注塑件名称及其所用材料一览表
家用电器是耐用消费品的主要领域，在市场上具有举足轻重的地位。中国自实施改革开放政策以来，家用电器工业取得了飞速发展，电冰箱、电视机、洗衣机、电风扇等一大批家用电器的产量名列世界前茅。中国已成为世界上主要家用电器生产国。今后，中国的家用电器与世界家用电器一道，进一步向着多功能、高档次、智能化、节能化、无污染的方向发展。
家用电器品种繁多，按大小可分为：
①大（型）家电。电冰箱、冰柜、洗衣机。
②小（型）家电。咖啡机、电吹风、电熨斗、电热毯、驱蚊器等。
按原理可分为：
①电子产品。彩色电视机、黑白电视机、录像机、摄像机、录像磁盘等。
②音响产品。收音机、录音机、立体声音响设备、电话机等。
③电器产品。冰箱、洗衣机、空调器、电风扇、吸尘器、微波炉、电熨斗、电热毯等。
按用途可分为：
①厨房机械。电冰箱、冰柜、电饭锅、微波炉、电烤箱、电炊具、咖啡机、食品干燥机、果汁压榨机、豆浆机、绞肉机、电蒸锅、烤面包机、电油炸锅等。
②家务机械。洗涤机（包括洗衣机、脱水机、洗碗机）、吸尘器、电熨斗等。
③视听设备。彩色电视机、黑白电视机、录像机、摄像机、录像磁盘、收音机、录音机、立体声音响设备、电话机等。
④空调设备。电风扇、空调机、加湿器、抽油烟机、排气扇等。
用于家用电器的塑料大部分是热塑性塑料，约占90%，其中大部分为通用塑料，主要有如下几类。
（1）通用塑料 聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）等。
（2）工程塑料 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）、聚酰胺（PA，常使用其商品名“nylon，尼龙”）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚氨酯（PUR）等。
（3）功能塑料 磁性塑料、阻燃塑料、导电塑料等。其中苯乙烯系塑料（包括PS、ABS、AS）和PP约占总用量的80%，聚酰胺、聚碳酸酯和聚甲醛等的用量为5%～10%。随着家用电器的发展，对塑料性能的要求越来越高，尤其是对耐热性的要求，正向着高性能和耐高温方向不断提高。
（4）热固性塑料 酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等。对于大多数家用电器而言，注塑制品在其中的应用主要是做一些结构件，如冰箱的抽屉、空调的外壳、洗衣机的内胆、各种家电的把手等。由于家电是一个完整的小系统，其中必然有许多电子电器产品作为其部件，从而更使家用电器的注塑件的用量大增。由于篇幅所限，本书不再罗列各种家用电器注塑部件的详细内容。
近年来随着塑料性能的提高和加工工艺的创新，注塑制品在医疗卫生行业的运用得到了很大的扩展。传统的玻璃药品包装逐步被塑料所取代，如传统的片剂包玻璃瓶已经接近退出历史舞台；在新的医疗器械上塑料的应用与其它机电产品一样逐步取代金属，如防毒面具、消毒器皿、内视镜零件、反射镜支架；在一次性医疗用品方面，塑料制品取代原有玻璃器械或全金属器械的比例逐渐增加，如一次性医用注射器、注射针头等。
由于医疗卫生用品关系到人的生命健康，所以在原料的选择上，要注意材料的卫生性，并能够经受高温、溶剂、γ射线等消毒过程。
目前塑料制品应用最多的行业是包装行业与建筑行业，其中包装用塑料占全部塑料制品用量的30%，占塑料制品的首位。但其中注塑制品所占份额并不是很大。塑料包装制品用量大在于大多数塑料包装制品的生命周期较短，如包装袋、包装膜等；而注塑制品有些因为生命周期长，如塑料周转箱，有些由于只作为包装制品的小部件，如盖类产品，所以相对用量不大。但作为包装制品的一部分，不可或缺。同时，随着注、拉、吹工艺的应用，瓶坯的注塑量较大，其中以PET瓶坯用量最大。