注塑工艺及其对产品的缺陷形成分析与解决方法

李永

摘 要：通过分析塑料产品的质量缺陷表现与注塑工艺和设备的关系，来分析其形成的原因或由缺陷分析来找出工艺参数的影响因素，进而总结出解决问题的方法和经验。试模是一项非常复杂的工作，要试出合格的产品，除了模具本身的因素之外，对注塑工艺熟练掌握也是至关重要的，尤其是对产品缺陷的分析。从结果表象来找出内在的原因。该文就是从注塑工艺的七大方面来分析它们对产品缺陷的影响，进而得出解决的方法。

关键词：注塑工艺 注射成型 缺陷形成 型腔 模温

中图分类号：TQ32 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（c）-0085-03

注塑成型是指将已加热熔融的塑料加压喷射注入模具型腔内，经冷却与固化后，得到各种预期形状塑料产品的方法。其一般过程是：将粒状或粉状塑料从注塑机的料斗送入料筒中加热，达到一定的温度塑化成熔融体，由螺杆施压而通过料筒端部的喷嘴和模具的流道压入闭合的模具型腔中，再经冷却硬化而形成模腔所赋予的形状，开模取出胶体后就完成了一个注塑周期。在这一过程中，材料处理不当，温度控制不好，压力设计不当，模具结构不合理，模具温度控制不恰当等等都有可能会影响到产品的最终结果，可能会出现各种各样的缺陷。下面我们就来分析一下每一步工艺可能对产品产生的影响以及解决的途径。

1 原料的干燥及对产品缺陷的影响

塑料在进行注塑成型前必须先干燥才行，根据注塑成型工艺要求，要保证塑料原料的充分干燥，水分含量符合注塑的要求。塑料的干燥可以通过干燥机进行干燥处理，不同的塑料设置不同的干燥温度和时间。例如，ABS塑料要控制水分在0.13%以下。注塑前的方法是：春夏季雨水或潮湿天在80 ℃～90 ℃干燥4～8 h；秋冬季或干燥天在75 ℃～80 ℃干燥2～3 h；如制品要达到特别优良的光泽或制件本身复杂，所需干燥时间更长，达8～16 h。如果干燥不到位或方法不当等则会产生以下的一些问题。

（1）吸水性强或对水敏感的塑料在高温下会大幅度地提高流动性，增加产品飞边的几率。解决的办法是对这种原料彻底干燥，如ABS。

（2）料斗干燥器干燥塑料，方法不当塑料容易在内局部熔化结块。使塑料在进入进料口压缩位置或螺杆起螺端深槽内过早地熔化，料粒与熔料互相黏结形成“过桥”，堵塞通道或包住螺杆，随同螺杆旋转作圆周滑动，不能前移，造成无法注射或注射量不稳定无法控制。只能通过凿通通道，去除结块后才能从根本上解决问题。

（3）原料中水分或其他易挥发物含量过高，注塑成型时挥发物在模具的型腔内壁与熔料间凝固，导致塑件表面光泽度达不到要求、出现水泡或充填不满等缺陷。

（4）预干燥处理过程中不同品级或特性（特别是回收的添加料和填充料）的原料混合在一起，或者料筒和料斗内的残留有其他物质，都有可能导致塑件粘模，脱模困难。所以在使用或配置混料前一定要充分考虑各种不同料的特性，干燥前要充分清洁设备以免出现问题。

（5）如果原料中水分或易挥发物质含量过高，就会引起制品烧焦及糊斑状的缺陷。

（6）塑料的干燥时间不能太长或温度太高。因为在这种过程中塑料分子会产生降解使分子结构疏松，经过高速、高压注射流动后破坏了整个塑料件排序结构，产生的直接后果就是注塑出来的塑件变脆，造成废品。

2 注射温度与产品缺陷的关系

塑料加压注塑前要加热，每一种塑料都会有它合适的熔融温度。温度过低或过高对于塑料的成型都会产生不良的影响。温度过高有时反而会使塑料的注塑变得困难。所以必须充分地控制注塑过程中各个部分的温度，例如机筒的前端、后端、模具温度、喷嘴等等的温度。

（1）模具和喷嘴的温度会影响到熔融塑料的黏度和流动性。太高温会使流动性大增，易造成飞边；太低温度会使熔料固化加快形成冷料堵塞流道使充不满或者形成熔接痕。

（2）进料段温度太高也会出现前面提到过的“过桥”现象。为了避免发生这一现象一定要控制好机筒进料段的温度使之适当。

（3）目前大多的注塑机足够的压力都采用直通式的喷嘴。容易出现机筒前端和喷嘴温度过高而导致“流涎”，即在模具没有合模之前，熔融塑料就流入了定模一侧，并在低温的模具流道内变硬而导致熔料不能顺畅地进入模具型腔。因此，应降低机筒前端和喷嘴的温度以及减少机筒的储料量，增加松退和减低背压压力就可以避免这一现象发生。

（4）塑料在偏低的温度环境下黏度较高，流动性变差就会出现熔接痕、充不满等缺陷。如果温度不是低很多可以通过加大注射压力和注射速度来进行弥补。

（5）温度太低流动性不足。机筒前端温度低，进入型腔的熔料由于模具的冷卻作用而使黏度过早地上升到难以流动的地步，使型腔远离浇口的末端难以充满；机筒后段温度低，黏度大的熔料流动性差，使螺杆向前移动的阻力增大，结果造成压力表显示的压力足够大，但实际上熔料是在低压低速下进入型腔；喷嘴温度低，是因为未注射前喷嘴与低温的模具接触的时间长散失了热量，也可能是喷嘴加热圈供热不足或接触不良造成喷嘴温度偏低，后果可能是堵塞模具的流道，为了使喷嘴较能保持必需的温度，应采用自锁喷嘴和后加料程序或模具设计冷料穴。

（6）冷却系统设计不合理或模具温度过低和嵌件温度太低，都会加快熔料的固化，容易出现低温熔料进入模腔产生熔接痕。解决的办法是提高模具温度和在模具内的主流道末端或分流道末端设计冷料穴。

（7）模具排气不畅，型腔内的空气不能顺利地排出，在模腔内形成高压气泡或压缩成一点。高压内的气体分子动能转化成热能使流料回合处的温度升高。当温度稍高于塑料的分解温度时，该处会出现黄点；当温度远高于分解温度时，该处出现黑点。解决办法就是在流料的汇合处开设排气通道。

3 注射压力及其对产品缺陷的影响

注射压力是指模具闭合后注塑机螺杆将熔料通过流道推入模腔内的压力，包括保压时的压力。注塑工艺中的注射压力对塑料制件的最终产品产生多方面的影响。例如形成飞边、表面雾化、难脱模、表面质量差和粘模等。所以适当地注塑压力是获得高质量产品的关键一环。

（1）对于型腔总投影面积大的模具，过高压力使模具受到的开模力大增，如果注塑机的锁模力不足或模具强度不够都会使产品变形或注塑失败。

（2）开模后如果脱模困难有可能是由于压力过大或保压时间过长所造成的。原因是过填充使塑料的成型收缩率比正常情况下的变小了。

（3）过大的压力使热熔料进入产品镶块和模具间的间隙形成飞边和脱模困难。如果压力不能降低只能通过鑲块和模具的更精密配合来解决。

（4）压力太大塑件表面容易产生搓痕或皱纹。这是由于一旦很薄的表壳被撕破或发生移动引起的。比如，在熔体指数较小的LPE塑件上，其表面经常可以看到明暗交替的条形区域，其产生的部位一般离浇口都较远，并且整个表面都是，特别是薄壁塑件最容易产生这类缺陷，这主要就是由于熔料在进入小型腔尚未结束前受到较高的局部压力，导致熔体破裂，所形成的表面斑纹缺陷。

（5）注射可能会产生在结晶性聚合物的塑件表面浑浊及斑纹等缺陷。主要原因是这类树脂的熔融温度相当高而且固化速度快（与非结晶性聚合物相比），加工温度区域窄。当塑件的壁厚急剧变化或者塑件的转角处使流动熔料的流动不规则而且与其余熔料在型腔中熔合的时间也比较短，很容易就产生上述所说的塑件表面缺陷。避免的办法就是：在工艺操作或注塑参数设置上适当提高模具、料筒和喷嘴的温度，降低注射速度和注射压力。

（6）注射压力太大会造成熔料沿螺旋槽回流太多和止逆环处有塑料滞留，这会出现熔料降聚分解。对付此现象的办法是：选用粘度较高的塑料；在许可的范围内适当降低注射压力；更换长径比更大的注塑机。

4 注射速度对注塑的影响

注射速度不但对注塑的效率有影响，而且对塑件的质量也会产生影响。注塑速度要根据不同的塑料种类和具体的注塑环境来综合考虑，在试模时反复设置确定。例如ABS塑料一般采用中等注射速度效果较好，但对于薄壁件又应采用较高的速度，否则难以充满。注射速度还会有下面的一些影响。

（1）注塑时的充满速度会影响到塑料分子的取向，凝结后会在塑料内部产生内应力。当内应力达到一定程度（或放置时间长了之后）塑件就会产生翘曲变形。所以注塑速度必须适当。

（2）注塑速度太快，对模具产生的张开力大增，如果锁模力不足，就会导致溢料产生飞边等缺陷。注塑速度确定要根据制品的厚薄来定，一般来说薄壁件要用高速，厚壁件采用低速。

（3）当注塑一些在偏低温度下黏度较高，流动性差的塑料制品时，应采用较大的注塑速度。例如，ABS中加入的着色剂不耐高温，所以注塑时的温度低，只能通过加快注塑速度来弥补。

（4）在注塑形状复杂，厚薄不均匀，流程长的塑件时，若采用高压注射仍充不满时，可采用加大注塑速度来克服。

（5）过高的注射速度不利于型腔内的空气排出在型腔内形成局部或气泡状的高压和高温使塑料分解，造成气泡和烧焦等缺陷。

（6）控制注射速度的快慢在试模时可以更便捷地调试制件是否充满和解决制件的收缩问题。

（7）必要时注塑速度可以采用分级控制的办法。例如，熔料流动太快会受大的剪切力作用而分解；太慢冲模又不及时或流动不畅使表面产生银纹或螺旋状波流痕；又或者熔料从小截面流入大截面的型腔速度慢就会形成湍流，就会使表面光洁度差或出现波流痕。这样的情况就可以采用分级注射的办法。

5 模具温度对注塑产品的影响

模具的温度对注塑的工艺过程会产生比较大的影响。不恰当的模温会使注塑不能顺利充模，例如太低的模温会使熔融料固化加快使充模困难或充不满；过高的模温会使注塑周期变长降低效率。因此在注塑过程中控制模具的温度是非常重要的。不合适的模具温度还会对塑料产品产生其他的一些质量问题。

（1）模温太低塑件表面的光泽度会下降。最好的处理方法是在模具的冷却回路中通入温水。这种方法不会延长成型周期，温度控制较容易。但是要注意过高的模具温度亦会使塑件表面变暗。

（2）降低模温可以减少由于分子取向性差异产生的内应力而导致的塑件翘曲变形缺陷。

（3）模具内的嵌件温度亦不能太低，应与模具基本一致。太低的嵌件温度会在其周围产生熔接痕。

（4）模温过低降低了熔料的流动性会产生熔接痕。可以采取提高模温或熔接痕产生处的局部模温。

（5）相对于厚壁件，注塑薄壁件时模具温度应当适当提高，以提高熔料的流动性以便充模顺利。相反厚壁件为了加速固化模温应较低。

（6）对于热流道模具，为了在模具的所有流道处要保持比较高的温度，所以模具会设置发热片。如果温度控制不好产生了局部的过高温注塑出来的产品浇口处会发白，所以在设计热流道模具时要在热流道交叉口处两侧开通水路循环来控制好温度。

（7）对于大型注塑件的模具必须保持模具的温度足够高，才能保证塑料具有足够的流动性和时间来进行充模。否则，模具的吸热作用将会使头料冷却凝固阻止充模的完成或出现熔接痕等缺陷。

（8）模具温度偏低会造成产品在浇口处或远离浇口的位置出现流痕。可以适当提高模具的温度或在浇口的局部位置设置加热器来提高局部的温度进行解决。还可以改进模具的设计来解决，例如加大流道或浇口使塑料流通顺畅减少阻力，充模更快。

6 一次注塑料量与产品缺陷

一次注塑料量是指完成一个注塑周期熔融塑料从料筒喷射进入模具内的质量。一般在设置一次注塑料量的时候不能大于注塑机标准注射量的75%，甚至有的塑料要是50%，例如ABS。这样才能提高制件质量及使塑件尺寸稳定、表面光泽、色调均匀。

（1）一次注塑料量不足降低熔料的流动能力和注射压力的形成，塑件除了充不满外，还有可能产生气泡。

（2）料筒供料不足加上螺杆磨损严重的情况下，就会出现注射及保压时熔料发生倒流现象，降低了充模压力和料量，造成充不满的情況。

（3）注射料量不足可能會使塑件表面产生的裂纹周围发黑，可以采用适当增加注射的供料量来进行解决。

（4）加料量过大容易产生飞边的缺陷。所以不要为了防止出现凹陷或充不满而注入过多的熔料，这样不能解决问题飞边反而会出现。这种情况应该用延长注射或保压时间来解决。

（5）注射料量不足也会影响熔料的流动性和成型压力的形成，制品出现气泡、充不满和凹陷等的缺陷。在设置参数时料量可以适当地比理论值稍大一些。

（6）一次注塑料量设置不变但是注塑出来的产品重量变化不定。这种情况的出现并非是参数设置的问题，而是因为注塑不实或者填充料不均匀所致。采用质量稳定、搅拌均匀的塑料来解决这个问题。

7 注塑机与产品质量

注塑机的品牌和型号很多，但是对于我们使用者来说主要是根据注塑的需要来选择注塑机。也就是根据注塑的压力、锁模力、注射压力、单次最大注塑的量和模具的大小等来选择即可。如有特殊情况也可以根据需要定做专门的注塑机。注塑机选择不当会对注塑成型产生很大的影响。

（1）注塑机的锁模力不足，有时可能是标称的锁模力没有达到，所以一般选择的时候要适当地选择锁模力大一点的注塑机。锁模力不足会造成涨模，产品出现飞边，所以选择注塑机时，注塑机的额定锁模力必须大于所计算出来的理论锁模力。

（2）注塑机塑化容量小（单次可注塑的熔融塑料质量不够），显然会出现模具充不满，塑件不完整的缺陷。如果注塑所需的质量与注塑机实际最大注塑质量相当时，也有可能出现塑化不够充分的问题，料在机筒内受热时间不足，结果不能及时地向模具提供适当的熔料，塑件产品的内部质量受到影响或者出现流道堵塞等情况。出现这种情况只有更换容量更大的注塑机才能解决问题。例如，尼龙（特别是尼龙66）熔融范围窄，比热较大，需用塑化容量大的注塑机才能保证料的供应。

（3）直通式喷嘴的注塑机虽然压力损失小，但是容易产生“流涎”的现象。就是塑料在注射前而且模具敞开时，熔料意外地流入主流道并冷却变硬，进而阻碍熔料顺畅地注射入型腔。解决的办法是降低机筒前端和喷嘴的温度及减少机筒内的熔料量，减低背压压力和增加松退。

（4）注塑机的各种参数过大也容易出现问题。例如，注射压力太大或注射保压时间太长，都会形成过量填充，造成成型收缩率比正常情况下的小，造成脱模困难。

（5）一般情况下选择（或设置）注塑机的螺杆每分钟的转数应小于90 r，背压应小于2 MPa。这样就可以避免出现料筒内产生过量的摩擦热引起熔料分解焦化，导致塑件表面产生糊斑状的缺陷。

（6）注塑机锁模机构的刚性也会对注塑的成败或模具的使用寿命产生影响。实践证明：额定锁模力相同的注塑机，选择刚性较小的锁模机构和刚性强的模具可以使模具的寿命更长，降低单个产品的成本。

总之，注塑工艺过程中的每一个步骤和参数都会影响到最终产品成型的质量。前面所述的这些缺陷产生的原因或处理的方法不是单一的使用就一定能立竿见影地解决问题，遇到问题我们要综合考虑各种因素，采用不断试错的方法才能最终解决问题。

参考文献

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