双色注塑的应用研究

李庭军

（珠海市保税区光联通讯技术有限公司 珠海 519030）

前言

双色注塑成型，是指将两种不同色泽的注塑材料注入同一模具的成型方法。它能使塑件出现两种不同的颜色，并能使塑件呈现有规则的图案或无规则的云纹状花色，以提高塑件的实用性和美观性，实现零件的立体效果。

1 双色注塑的特点

双色注塑因为要在一套模具中进行两次注塑，且需要将两种不同的材料进行融合，所以双色注塑成型模具的模具具有流道较长，结构较复杂，因此双色注塑相对与普通注塑存在溶料温度高、注塑压力大的特点。同时为了让两种不同注塑原材料完全融合不出现分层异常，所以要求两次注塑的原材料溶料温度、注塑压力和注射量等注塑工艺参数基本相同。

双色注塑要求两次注塑的原材料既要可以完全融合不分层，又不能熔融冲坏内部立体纹理，所以双色注塑成型注塑件要选用热稳定性好、熔体黏度低的原料，以避免因熔料温度高、在流道内停留时间较长而分解。应用较多的塑料是聚烯烃类树脂、聚苯乙烯和ABS等。同时双色塑料件在注塑成型时，为了使两种不同颜色的熔料在成型时能很好地在模具中熔接，保证注塑制品的成型质量，应采用较高的熔料温度、较高的模具温度、较高的注射压力和注射速率。

2 双色注塑模具设计和材料选型

双色注塑模具设计有正装和倒装两种，正装就是先注塑有特征结构侧，再注塑外观表面侧；倒装是先注塑外观表面侧，再注塑内部有结构特征侧。两种方式各有优缺点。

2.1 双色注塑模具设计

正装模具设计的优点：①可以较好地控制第一侧的变形；②动模转动过程中，第一侧不易脱落；缺点：胶口放置较困难，胶口难去除。倒装模具设计的优点：①胶口放置方便，胶口较小，去除方便；缺点：动模转动过程中，第一侧注塑件易从模具脱落，造成二次注塑不良。

2.2 双色注塑材料选型

现有使用双色注塑的产品，倒装模设计时，材料选型有两种，①外观层为透明PC（熔融温度为260～300 ℃）；结构层为ABS原料+色母（熔融温度为210～240 ℃）；②外观层为透明PMMA+7 %的填充物（熔融温度为260～300 ℃）；结构层为ABS（熔融温度为210～240 ℃）；正装模设计时，材料选型为：外观层为透明PMMA（熔融温度为200～230 ℃），结构层为PC（熔融温度为260～300 ℃）。

3 双色注塑零件设计

根据对市场上的双色注塑零件的分析得出：模具为倒装模具设计时，当外观面层为PMMA时，零件的整体料厚为4.5 mm，外观层PMMA材料侧的料厚为2.8 mm，结构层ABS材料侧料厚为1.7 mm；当外观面层为PC时，零件的整体料厚为4.5 mm，外观层PMMA材料侧的料厚为2.5 mm，结构层ABS材料侧料厚为2.0 mm；模具为正装模具设计时，零件的整体料厚为4.5 mm，外观层PMMA材料侧的料厚为2.5 mm，结构层PC材料侧料厚为2.0 mm。

3.1 双色注塑零件料厚分析

注塑变形分析：双色零件在成品去除过程中，第一侧注塑零件是处于常温冷却状态，此时零件会因为温差开始收缩变形，当再次注塑第二侧时，第一侧零件会和第二侧零件同时冷却，已达到稳定状态，而因为第一侧前期已经冷却过一段时间，无法与第二侧同步达到稳定状态，两侧的冷却变形不统一就会造成变形无规律等异常。

当双色注塑零件，采用外观层PMMA和结构层PC进行注塑时，因为外观透明层PMMA料厚为2.5 mm，结构层PC料厚为2.0 mm；PMMA熔融温度为200～230 ℃，注塑温度为220 ℃；PC熔融温度为260～300 ℃，注塑温度为270 ℃，双色注塑零件拱起变形为较大;将内层PC更换为ABS后（熔融温度为210～240 ℃，注塑温度为230 ℃），面板变形较小。分析原因，因为两侧料厚相差较小，在采用熔融温度相近的材料时，两种材料可以共同达到冷却状态，保证变形较好。结论：双色料厚的分层，是根据材料的熔融温度进行划分，两侧料厚的差值与两层材料的熔融温度差值成正比。

3.2 双色注塑结构设计分析

双色注塑由于其零件料厚和注塑形式的特殊性，在设计双色注塑零件时，需要注意以下问题：①因为双色注塑正装模具需要保证第一侧的良好变形，需要零件在模具打开和转动过程中，保证与模具紧密贴合，不脱开，零件周圈应该设计有保证模具卡紧的特征；②为保证双色注塑零件的变形，配合边应设计较高且厚度较厚的加强特征；③双色注塑零件因为打开时不易变形，结构层的配合特征应设计小于普通注塑零件的配合受力；④双色注塑零件应该尽量避免设计有显示的配合。⑤透明层材料对温度较敏感，注塑时温度过高会出现丝状体，划伤模具；⑥外观层材料中添加有片状珠光粉（主要材料为石英），液态胶流动过程中划伤模具。

4 双色注塑纹理设计及异常分析

4.1 双色注塑零件的纹理设计

双色注塑在两种材料分层面增加有纹理，以增加外观的美观度，纹理设计有两种：一种是纹理和进胶方向垂直；一种是纹理和进胶方向平行或存在一定夹角。双色注塑零件的的纹理深度，经验值为：无灯光显示的区域纹理深度为0.7～1 mm，有灯光显示区域纹理为0.3～0.5 mm，纹理的宽度最窄为1.5 mm。

4.2 双色注塑零件的异常及整改优化

现有的双色注塑零件多会出现以下异常：①零件立体纹理图案出现熔融，失真问题；②产品变形严重，且不可控；③外观层出现刮花、黑纹等异常；④零件立体纹理图案出现断点，亮暗异常，造成立体纹理视觉问题；⑤有灯光显示的区域会出现光源发散，光斑等异常；⑥零件尺寸收缩严重，尺寸偏短。针对以上双色注塑零件的异常，通过注塑验证，汇总以下异常问题的优化方案：

1）零件立体纹理图案出现熔融，失真的优化

①纹理与面板长度方向平行，A值不小于2 mm，B值不小于2 mm设计；纹理与面板长度方向垂直，A值不小于2 mm，B值不小于1.5 mm（图1）；

②纹理与面板垂直设计时，在距离胶口30 mm内不能设计纹理；在距离胶口80 mm内，纹理不能与流胶方向存在夹角；

③内层材料与外层材料需要选择适当的熔融温度差；

④纹理应都采用梯形纹理设计；

⑤ABS/PC，ABS/PC+ABS，ABS/PMMA双色注塑时，需要先注塑温度较高的PC，PC+ABS或者PMMA；

⑥如果是透明面壳模具时首选倒装模。

2）针对长条板状零件长度方向变形严重，且不可控问题的优化（见图2）

①透明层和非透明层料厚需要根据模具正装和倒装进行封层，原则是第一色注塑层厚度大于第二色注塑厚度，第一色强度大于第二色强度；根据和模具模流分析，后续建议第一色厚度为总厚度的60 %以上；

②内层材料和外层材料需要选择适当的熔融温度差，两种熔融温度相近的材料，变形量很好。

3）针对外观层出现刮花、黑纹问题的优化

双色注塑零件为了保证外观的时尚性，外表面层增加珠光粉，因为此种材料参数不稳定且易划伤模具，且注塑参数不稳定，建议外表面层不使用增加有闪粉效果的材料。

4）零件立体纹理图案出现断点，亮暗异常，造成立体纹理视觉问题的优化

①面板纹理深度建议设计为0.8 mm以下，以免造成液态塑胶，未完全注满凹槽底面，凸面的进胶已经与凹面进行形成压力平衡；

②根据样件实际分析，亮斑和视觉唐突，均因为冲花时的料未留到纹理根部，同步局部压力平衡，胶位不再流动造成；

③建议纹理深度更改为0.8以下mm,纹理上下两个斜面有一定的光线折射角度；

④灯光显示区域的纹理深度建议设计为0.3 mm以内，以保证冲融后的区域料厚，可清晰反射光线。显示字母和数字的线条，必须与纹理完全重合，避免造成显示出现不同的亮和暗，造成视觉不舒服；

⑤纹理方向与进胶方向一致，避免纹理表面亮斑、冲花等问题。

5）针对有灯光显示的区域会出现光源发散，光斑等异常问题的优化

①双色注塑用于存在灯光显示的材料基本都为白色，白色有标准白、高亮白、冷白、格力白，这几种白色的B值都为负值，材料颜色均偏蓝，现在所使用的显示灯为冷光灯，光线为蓝光，所以光线穿透非透明层后容易在透明层产生光晕，建议将面膜更换为半透白的面膜，以消除光晕；② 显示区域纹理深度0.3 mm，非显示区域0.5 mm，R0.3；纹理宽度尽量均匀，纹理显示区料厚建议1.6 mm，以免透光率超标；

6）零件尺寸收缩严重，尺寸偏短等异常问题的优化

对于存在配合的零件，对于尺寸比的设计时，必须在模具设计时就应该进行将配合尺寸缩小。

图1 纹路宽度示意图

图2 零件变形示意图

5 结束语

通过对双色注塑零件设计中，模具设计的优缺点、不同模具设计材料的选型、双色注塑零件的料厚设计、双色注塑零件设计和生产中出现的问题进行了总结分析，最终达到了可以在满足外观要求的前提下，双色注塑零件的结构设计。达到了指导双色注塑产品设计的目的。