注塑工藝及其對產(chǎn)品的缺陷形成分析與解決方法

李永

摘 要：通過分析塑料產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷表現(xiàn)與注塑工藝和設(shè)備的關(guān)系，來分析其形成的原因或由缺陷分析來找出工藝參數(shù)的影響因素，進而總結(jié)出解決問題的方法和經(jīng)驗。試模是一項非常復(fù)雜的工作，要試出合格的產(chǎn)品，除了模具本身的因素之外，對注塑工藝熟練掌握也是至關(guān)重要的，尤其是對產(chǎn)品缺陷的分析。從結(jié)果表象來找出內(nèi)在的原因。該文就是從注塑工藝的七大方面來分析它們對產(chǎn)品缺陷的影響，進而得出解決的方法。

關(guān)鍵詞：注塑工藝 注射成型 缺陷形成 型腔 模溫

中圖分類號：TQ32 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（c）-0085-03

注塑成型是指將已加熱熔融的塑料加壓噴射注入模具型腔內(nèi)，經(jīng)冷卻與固化后，得到各種預(yù)期形狀塑料產(chǎn)品的方法。其一般過程是：將粒狀或粉狀塑料從注塑機的料斗送入料筒中加熱，達到一定的溫度塑化成熔融體，由螺桿施壓而通過料筒端部的噴嘴和模具的流道壓入閉合的模具型腔中，再經(jīng)冷卻硬化而形成模腔所賦予的形狀，開模取出膠體后就完成了一個注塑周期。在這一過程中，材料處理不當，溫度控制不好，壓力設(shè)計不當，模具結(jié)構(gòu)不合理，模具溫度控制不恰當?shù)鹊榷加锌赡軙绊懙疆a(chǎn)品的最終結(jié)果，可能會出現(xiàn)各種各樣的缺陷。下面我們就來分析一下每一步工藝可能對產(chǎn)品產(chǎn)生的影響以及解決的途徑。

1 原料的干燥及對產(chǎn)品缺陷的影響

塑料在進行注塑成型前必須先干燥才行，根據(jù)注塑成型工藝要求，要保證塑料原料的充分干燥，水分含量符合注塑的要求。塑料的干燥可以通過干燥機進行干燥處理，不同的塑料設(shè)置不同的干燥溫度和時間。例如，ABS塑料要控制水分在0.13%以下。注塑前的方法是：春夏季雨水或潮濕天在80 ℃～90 ℃干燥4～8 h；秋冬季或干燥天在75 ℃～80 ℃干燥2～3 h；如制品要達到特別優(yōu)良的光澤或制件本身復(fù)雜，所需干燥時間更長，達8～16 h。如果干燥不到位或方法不當?shù)葎t會產(chǎn)生以下的一些問題。

（1）吸水性強或?qū)λ舾械乃芰显诟邷叵聲蠓鹊靥岣吡鲃有?，增加產(chǎn)品飛邊的幾率。解決的辦法是對這種原料徹底干燥，如ABS。

（2）料斗干燥器干燥塑料，方法不當塑料容易在內(nèi)局部熔化結(jié)塊。使塑料在進入進料口壓縮位置或螺桿起螺端深槽內(nèi)過早地熔化，料粒與熔料互相黏結(jié)形成“過橋”，堵塞通道或包住螺桿，隨同螺桿旋轉(zhuǎn)作圓周滑動，不能前移，造成無法注射或注射量不穩(wěn)定無法控制。只能通過鑿?fù)ㄍǖ溃コY(jié)塊后才能從根本上解決問題。

（3）原料中水分或其他易揮發(fā)物含量過高，注塑成型時揮發(fā)物在模具的型腔內(nèi)壁與熔料間凝固，導(dǎo)致塑件表面光澤度達不到要求、出現(xiàn)水泡或充填不滿等缺陷。

（4）預(yù)干燥處理過程中不同品級或特性（特別是回收的添加料和填充料）的原料混合在一起，或者料筒和料斗內(nèi)的殘留有其他物質(zhì)，都有可能導(dǎo)致塑件粘模，脫模困難。所以在使用或配置混料前一定要充分考慮各種不同料的特性，干燥前要充分清潔設(shè)備以免出現(xiàn)問題。

（5）如果原料中水分或易揮發(fā)物質(zhì)含量過高，就會引起制品燒焦及糊斑狀的缺陷。

（6）塑料的干燥時間不能太長或溫度太高。因為在這種過程中塑料分子會產(chǎn)生降解使分子結(jié)構(gòu)疏松，經(jīng)過高速、高壓注射流動后破壞了整個塑料件排序結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的直接后果就是注塑出來的塑件變脆，造成廢品。

2 注射溫度與產(chǎn)品缺陷的關(guān)系

塑料加壓注塑前要加熱，每一種塑料都會有它合適的熔融溫度。溫度過低或過高對于塑料的成型都會產(chǎn)生不良的影響。溫度過高有時反而會使塑料的注塑變得困難。所以必須充分地控制注塑過程中各個部分的溫度，例如機筒的前端、后端、模具溫度、噴嘴等等的溫度。

（1）模具和噴嘴的溫度會影響到熔融塑料的黏度和流動性。太高溫會使流動性大增，易造成飛邊；太低溫度會使熔料固化加快形成冷料堵塞流道使充不滿或者形成熔接痕。

（2）進料段溫度太高也會出現(xiàn)前面提到過的“過橋”現(xiàn)象。為了避免發(fā)生這一現(xiàn)象一定要控制好機筒進料段的溫度使之適當。

（3）目前大多的注塑機足夠的壓力都采用直通式的噴嘴。容易出現(xiàn)機筒前端和噴嘴溫度過高而導(dǎo)致“流涎”，即在模具沒有合模之前，熔融塑料就流入了定模一側(cè)，并在低溫的模具流道內(nèi)變硬而導(dǎo)致熔料不能順暢地進入模具型腔。因此，應(yīng)降低機筒前端和噴嘴的溫度以及減少機筒的儲料量，增加松退和減低背壓壓力就可以避免這一現(xiàn)象發(fā)生。

（4）塑料在偏低的溫度環(huán)境下黏度較高，流動性變差就會出現(xiàn)熔接痕、充不滿等缺陷。如果溫度不是低很多可以通過加大注射壓力和注射速度來進行彌補。

（5）溫度太低流動性不足。機筒前端溫度低，進入型腔的熔料由于模具的冷卻作用而使黏度過早地上升到難以流動的地步，使型腔遠離澆口的末端難以充滿；機筒后段溫度低，黏度大的熔料流動性差，使螺桿向前移動的阻力增大，結(jié)果造成壓力表顯示的壓力足夠大，但實際上熔料是在低壓低速下進入型腔；噴嘴溫度低，是因為未注射前噴嘴與低溫的模具接觸的時間長散失了熱量，也可能是噴嘴加熱圈供熱不足或接觸不良造成噴嘴溫度偏低，后果可能是堵塞模具的流道，為了使噴嘴較能保持必需的溫度，應(yīng)采用自鎖噴嘴和后加料程序或模具設(shè)計冷料穴。

（6）冷卻系統(tǒng)設(shè)計不合理或模具溫度過低和嵌件溫度太低，都會加快熔料的固化，容易出現(xiàn)低溫熔料進入模腔產(chǎn)生熔接痕。解決的辦法是提高模具溫度和在模具內(nèi)的主流道末端或分流道末端設(shè)計冷料穴。

（7）模具排氣不暢，型腔內(nèi)的空氣不能順利地排出，在模腔內(nèi)形成高壓氣泡或壓縮成一點。高壓內(nèi)的氣體分子動能轉(zhuǎn)化成熱能使流料回合處的溫度升高。當溫度稍高于塑料的分解溫度時，該處會出現(xiàn)黃點；當溫度遠高于分解溫度時，該處出現(xiàn)黑點。解決辦法就是在流料的匯合處開設(shè)排氣通道。

3 注射壓力及其對產(chǎn)品缺陷的影響

注射壓力是指模具閉合后注塑機螺桿將熔料通過流道推入模腔內(nèi)的壓力，包括保壓時的壓力。注塑工藝中的注射壓力對塑料制件的最終產(chǎn)品產(chǎn)生多方面的影響。例如形成飛邊、表面霧化、難脫模、表面質(zhì)量差和粘模等。所以適當?shù)刈⑺軌毫κ谦@得高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵一環(huán)。

（1）對于型腔總投影面積大的模具，過高壓力使模具受到的開模力大增，如果注塑機的鎖模力不足或模具強度不夠都會使產(chǎn)品變形或注塑失敗。

（2）開模后如果脫模困難有可能是由于壓力過大或保壓時間過長所造成的。原因是過填充使塑料的成型收縮率比正常情況下的變小了。

（3）過大的壓力使熱熔料進入產(chǎn)品鑲塊和模具間的間隙形成飛邊和脫模困難。如果壓力不能降低只能通過鑲塊和模具的更精密配合來解決。

（4）壓力太大塑件表面容易產(chǎn)生搓痕或皺紋。這是由于一旦很薄的表殼被撕破或發(fā)生移動引起的。比如，在熔體指數(shù)較小的LPE塑件上，其表面經(jīng)常可以看到明暗交替的條形區(qū)域，其產(chǎn)生的部位一般離澆口都較遠，并且整個表面都是，特別是薄壁塑件最容易產(chǎn)生這類缺陷，這主要就是由于熔料在進入小型腔尚未結(jié)束前受到較高的局部壓力，導(dǎo)致熔體破裂，所形成的表面斑紋缺陷。

（5）注射可能會產(chǎn)生在結(jié)晶性聚合物的塑件表面渾濁及斑紋等缺陷。主要原因是這類樹脂的熔融溫度相當高而且固化速度快（與非結(jié)晶性聚合物相比），加工溫度區(qū)域窄。當塑件的壁厚急劇變化或者塑件的轉(zhuǎn)角處使流動熔料的流動不規(guī)則而且與其余熔料在型腔中熔合的時間也比較短，很容易就產(chǎn)生上述所說的塑件表面缺陷。避免的辦法就是：在工藝操作或注塑參數(shù)設(shè)置上適當提高模具、料筒和噴嘴的溫度，降低注射速度和注射壓力。

（6）注射壓力太大會造成熔料沿螺旋槽回流太多和止逆環(huán)處有塑料滯留，這會出現(xiàn)熔料降聚分解。對付此現(xiàn)象的辦法是：選用粘度較高的塑料；在許可的范圍內(nèi)適當降低注射壓力；更換長徑比更大的注塑機。

4 注射速度對注塑的影響

注射速度不但對注塑的效率有影響，而且對塑件的質(zhì)量也會產(chǎn)生影響。注塑速度要根據(jù)不同的塑料種類和具體的注塑環(huán)境來綜合考慮，在試模時反復(fù)設(shè)置確定。例如ABS塑料一般采用中等注射速度效果較好，但對于薄壁件又應(yīng)采用較高的速度，否則難以充滿。注射速度還會有下面的一些影響。

（1）注塑時的充滿速度會影響到塑料分子的取向，凝結(jié)后會在塑料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當內(nèi)應(yīng)力達到一定程度（或放置時間長了之后）塑件就會產(chǎn)生翹曲變形。所以注塑速度必須適當。

（2）注塑速度太快，對模具產(chǎn)生的張開力大增，如果鎖模力不足，就會導(dǎo)致溢料產(chǎn)生飛邊等缺陷。注塑速度確定要根據(jù)制品的厚薄來定，一般來說薄壁件要用高速，厚壁件采用低速。

（3）當注塑一些在偏低溫度下黏度較高，流動性差的塑料制品時，應(yīng)采用較大的注塑速度。例如，ABS中加入的著色劑不耐高溫，所以注塑時的溫度低，只能通過加快注塑速度來彌補。

（4）在注塑形狀復(fù)雜，厚薄不均勻，流程長的塑件時，若采用高壓注射仍充不滿時，可采用加大注塑速度來克服。

（5）過高的注射速度不利于型腔內(nèi)的空氣排出在型腔內(nèi)形成局部或氣泡狀的高壓和高溫使塑料分解，造成氣泡和燒焦等缺陷。

（6）控制注射速度的快慢在試模時可以更便捷地調(diào)試制件是否充滿和解決制件的收縮問題。

（7）必要時注塑速度可以采用分級控制的辦法。例如，熔料流動太快會受大的剪切力作用而分解；太慢沖模又不及時或流動不暢使表面產(chǎn)生銀紋或螺旋狀波流痕；又或者熔料從小截面流入大截面的型腔速度慢就會形成湍流，就會使表面光潔度差或出現(xiàn)波流痕。這樣的情況就可以采用分級注射的辦法。

5 模具溫度對注塑產(chǎn)品的影響

模具的溫度對注塑的工藝過程會產(chǎn)生比較大的影響。不恰當?shù)哪貢棺⑺懿荒茼樌淠?，例如太低的模溫會使熔融料固化加快使充模困難或充不滿；過高的模溫會使注塑周期變長降低效率。因此在注塑過程中控制模具的溫度是非常重要的。不合適的模具溫度還會對塑料產(chǎn)品產(chǎn)生其他的一些質(zhì)量問題。

（1）模溫太低塑件表面的光澤度會下降。最好的處理方法是在模具的冷卻回路中通入溫水。這種方法不會延長成型周期，溫度控制較容易。但是要注意過高的模具溫度亦會使塑件表面變暗。

（2）降低模溫可以減少由于分子取向性差異產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致的塑件翹曲變形缺陷。

（3）模具內(nèi)的嵌件溫度亦不能太低，應(yīng)與模具基本一致。太低的嵌件溫度會在其周圍產(chǎn)生熔接痕。

（4）模溫過低降低了熔料的流動性會產(chǎn)生熔接痕?？梢圆扇√岣吣鼗蛉劢雍郛a(chǎn)生處的局部模溫。

（5）相對于厚壁件，注塑薄壁件時模具溫度應(yīng)當適當提高，以提高熔料的流動性以便充模順利。相反厚壁件為了加速固化模溫應(yīng)較低。

（6）對于熱流道模具，為了在模具的所有流道處要保持比較高的溫度，所以模具會設(shè)置發(fā)熱片。如果溫度控制不好產(chǎn)生了局部的過高溫注塑出來的產(chǎn)品澆口處會發(fā)白，所以在設(shè)計熱流道模具時要在熱流道交叉口處兩側(cè)開通水路循環(huán)來控制好溫度。

（7）對于大型注塑件的模具必須保持模具的溫度足夠高，才能保證塑料具有足夠的流動性和時間來進行充模。否則，模具的吸熱作用將會使頭料冷卻凝固阻止充模的完成或出現(xiàn)熔接痕等缺陷。

（8）模具溫度偏低會造成產(chǎn)品在澆口處或遠離澆口的位置出現(xiàn)流痕。可以適當提高模具的溫度或在澆口的局部位置設(shè)置加熱器來提高局部的溫度進行解決。還可以改進模具的設(shè)計來解決，例如加大流道或澆口使塑料流通順暢減少阻力，充模更快。

6 一次注塑料量與產(chǎn)品缺陷

一次注塑料量是指完成一個注塑周期熔融塑料從料筒噴射進入模具內(nèi)的質(zhì)量。一般在設(shè)置一次注塑料量的時候不能大于注塑機標準注射量的75%，甚至有的塑料要是50%，例如ABS。這樣才能提高制件質(zhì)量及使塑件尺寸穩(wěn)定、表面光澤、色調(diào)均勻。

（1）一次注塑料量不足降低熔料的流動能力和注射壓力的形成，塑件除了充不滿外，還有可能產(chǎn)生氣泡。

（2）料筒供料不足加上螺桿磨損嚴重的情況下，就會出現(xiàn)注射及保壓時熔料發(fā)生倒流現(xiàn)象，降低了充模壓力和料量，造成充不滿的情況。

（3）注射料量不足可能會使塑件表面產(chǎn)生的裂紋周圍發(fā)黑，可以采用適當增加注射的供料量來進行解決。

（4）加料量過大容易產(chǎn)生飛邊的缺陷。所以不要為了防止出現(xiàn)凹陷或充不滿而注入過多的熔料，這樣不能解決問題飛邊反而會出現(xiàn)。這種情況應(yīng)該用延長注射或保壓時間來解決。

（5）注射料量不足也會影響熔料的流動性和成型壓力的形成，制品出現(xiàn)氣泡、充不滿和凹陷等的缺陷。在設(shè)置參數(shù)時料量可以適當?shù)乇壤碚撝瞪源笠恍?/p>

（6）一次注塑料量設(shè)置不變但是注塑出來的產(chǎn)品重量變化不定。這種情況的出現(xiàn)并非是參數(shù)設(shè)置的問題，而是因為注塑不實或者填充料不均勻所致。采用質(zhì)量穩(wěn)定、攪拌均勻的塑料來解決這個問題。

7 注塑機與產(chǎn)品質(zhì)量

注塑機的品牌和型號很多，但是對于我們使用者來說主要是根據(jù)注塑的需要來選擇注塑機。也就是根據(jù)注塑的壓力、鎖模力、注射壓力、單次最大注塑的量和模具的大小等來選擇即可。如有特殊情況也可以根據(jù)需要定做專門的注塑機。注塑機選擇不當會對注塑成型產(chǎn)生很大的影響。

（1）注塑機的鎖模力不足，有時可能是標稱的鎖模力沒有達到，所以一般選擇的時候要適當?shù)剡x擇鎖模力大一點的注塑機。鎖模力不足會造成漲模，產(chǎn)品出現(xiàn)飛邊，所以選擇注塑機時，注塑機的額定鎖模力必須大于所計算出來的理論鎖模力。

（2）注塑機塑化容量?。▎未慰勺⑺艿娜廴谒芰腺|(zhì)量不夠），顯然會出現(xiàn)模具充不滿，塑件不完整的缺陷。如果注塑所需的質(zhì)量與注塑機實際最大注塑質(zhì)量相當時，也有可能出現(xiàn)塑化不夠充分的問題，料在機筒內(nèi)受熱時間不足，結(jié)果不能及時地向模具提供適當?shù)娜哿?，塑件產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量受到影響或者出現(xiàn)流道堵塞等情況。出現(xiàn)這種情況只有更換容量更大的注塑機才能解決問題。例如，尼龍（特別是尼龍66）熔融范圍窄，比熱較大，需用塑化容量大的注塑機才能保證料的供應(yīng)。

（3）直通式噴嘴的注塑機雖然壓力損失小，但是容易產(chǎn)生“流涎”的現(xiàn)象。就是塑料在注射前而且模具敞開時，熔料意外地流入主流道并冷卻變硬，進而阻礙熔料順暢地注射入型腔。解決的辦法是降低機筒前端和噴嘴的溫度及減少機筒內(nèi)的熔料量，減低背壓壓力和增加松退。

（4）注塑機的各種參數(shù)過大也容易出現(xiàn)問題。例如，注射壓力太大或注射保壓時間太長，都會形成過量填充，造成成型收縮率比正常情況下的小，造成脫模困難。

（5）一般情況下選擇（或設(shè)置）注塑機的螺桿每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)小于90 r，背壓應(yīng)小于2 MPa。這樣就可以避免出現(xiàn)料筒內(nèi)產(chǎn)生過量的摩擦熱引起熔料分解焦化，導(dǎo)致塑件表面產(chǎn)生糊斑狀的缺陷。

（6）注塑機鎖模機構(gòu)的剛性也會對注塑的成敗或模具的使用壽命產(chǎn)生影響。實踐證明：額定鎖模力相同的注塑機，選擇剛性較小的鎖模機構(gòu)和剛性強的模具可以使模具的壽命更長，降低單個產(chǎn)品的成本。

總之，注塑工藝過程中的每一個步驟和參數(shù)都會影響到最終產(chǎn)品成型的質(zhì)量。前面所述的這些缺陷產(chǎn)生的原因或處理的方法不是單一的使用就一定能立竿見影地解決問題，遇到問題我們要綜合考慮各種因素，采用不斷試錯的方法才能最終解決問題。

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