注塑知识介绍

1 注塑知识介绍
目前，延锋生产的外饰件基本都采用注塑成型，部分产品还使用了气体辅助注射成型。

注射成型是一项较综合的技术，要获得高品质合格的注塑产品，就需要了解注塑机、注射模具及注塑材料等多方面的知识。

下文将就此展开较系统全面的介绍。

1.1 注塑材料介绍
1.1.1 注塑原材料组成以及材料性能
目前，延锋所产保险杠等外饰零件主要采用的材料是PP＋EPDM以及滑石粉的改性产品。

PP是一种结晶性的聚合物，具有一定的收缩性，其收缩性受模具温度影响。

PP主要提供保险杠产品一定的强度，但由于其结晶性使得PP在低温时呈脆性，须对其进行增韧改性。

EPDM是一种橡胶，可起到一定的吸收撞击能量的作用，与PP共混，改善材料的拉伸性能和弯曲性能。

添加滑石粉使材料的强度增加，以达到一定的性能要求。

同时在材料中还添加了其它助剂，起到改善材料的反应机理和调整收缩率的作用。

在注塑工程中部分助剂还可起到一定的交联作用，提高EPDM与PP之间的相互的结合，进一步提高产品的机械性能，使PP合金有更高的刚度和抗蠕变性能。

此外，用于汽车保险杠的材料主要还有PC/PBT、TPO、
TPOMF（矿物填充改性TPO）、PU（RIM）、SMC等聚合物或聚合物合金。

PC/PBT具有PC和PBT二者的综合特性，例如PC的高韧性和几何稳定性以及PBT的化学稳定性、耐候性、热稳定性和润滑特性等。

PU制备保险杠一般采用反应注射成型（RIM），这是直接从低粘度的单体或齐聚物快速制造复杂制件的一种工艺技术。

PU（RIM）的原料主要是聚醚多元醇或聚酯多元醇与异氰酸酯及其改性物。

PU制品具有优良的物理机械性能，与PC/PBT都具有同样的特点，即具有较高表面张力，故拥有良好的涂装性能。

SMC(Sheet Molding Compound,)在保险杠中也有使用，它是由纤维、树脂、固化剂、增稠剂、低吸收缩添加剂、填料等多种材料组成的柔软片状模塑料。

保险杠用SMC一般为
高冲击韧性SMC。

此种SMC有使用聚胺酯增粘剂的，耐冲击性好。

也有使用丁二烯－苯乙烯共聚物作冲击改性剂。

用它生产保险杠时可减少表面波纹，提高SMC的韧性、柔性、弹性。

表1列出了不同的汽车保险杠材料的使用情况。

表1 不同的汽车保险杠材料的使用情况
材料生产
地区
车型举例
PC/PBT 欧洲
美国
日本
Mercedes，
BMW
Ford,Escort
Peatha
冲击强度高，流动性好，注射成
PP合金欧洲
美国
日本
Golf,Audi,Citroen
Chrysler-86,P-
Car
Acod,花冠
成本低，成型性好、无需用脱模
少，可涂装，可回收
PU（RIM）欧洲
美国
日本
Porsche
Fellow,Sunda-
bado
Savanna,Soara
富有弹性，整体感好，需用脱
制品飞边多，需人工砂磨,
SMC 欧洲
美国
日本
Renault-25
Ｐontiac Ｂ
onneville 公司卡
车
较好的强度、耐候性，但价
有较好的可设计性,模压
一次加工后不能加工，不
尼桑FairladyZ型
1.1.2 材料的干燥和成型条件
PP＋EPDM的吸水性较弱，干燥要求为80℃－100℃，干燥时间2－4小时。

成型的工艺范围较宽，通常的塑化温度为210℃－260℃之间，注塑压力在50－100Kgf/cm2左右。

1.1.3 注塑材料对油漆和装配性能的影响
PP＋EPDM的油漆性能在很大程度上取决与材料本身的性质。

由于PP本身的极性很弱，因此主要的油漆结合力取决于EPDM的分布情况，要求EPDM均匀地分布在产品表面，保证各个表面的油漆结合力一致。

工艺中，要求在流体的流动过程中形成适当的剪切力，通过PP和EPDM在流动速度上的差异，将EPDM留在产品的外表面来达到油漆要求。

但在实际的工艺控制中由于要求兼顾其它方面的产品质量，这方面比较容易被忽略。

在前期的涂装工艺确认中，需验证注塑件对涂装性能的影响。

PP＋EPDM对于产品尺寸上的影响主要是由于材料的模具收缩率引起。

EPDM作为橡胶体，在压力的作用下存在一定的可收缩性，因此在注塑压力的作用下，EPDM有一定的收缩，而开模后产品又存在一定的弹性释放。

而PP作为结晶材料，在不同的温度下，结晶的速度不同，会造成收缩率存在变化。

在油漆过程中，二次烘烤会引起PP的再结晶，因此对产品的尺寸而言，存在的变数比较多。

1.1.4 材料主要性能对注塑产品质量的影响
熔融指数：熔融指数考察的是材料的流动性，熔融指数低，材料流动困难不但会造成产品表面的诸多缺陷，还会形成局部的尺寸偏小等问题。

而熔融指数过高，流动性过好，会使一定的压力下，型腔内熔体的量对注塑和保压压力十分敏感，用于控制尺寸的工艺的稳定性变差。

材料收缩率：材料收缩率的偏差必然导致产品的尺寸不良。

对于PP
＋EPDM而言除了材料本身的性质外，收缩率还取决于产品形状、模具结构、注塑速度、压力和温度。

通常材料供应商提供的材料收缩率是一个范围，如果是某个定值是指对于某个形状的产品而言，有较大工艺窗口的模具收缩率参考值。

EPDM的含量：由于EPDM的流动性较差，会引起表面和尺寸上的缺陷。

EPDM可被压缩，会造成局部的应力集中，过多的EPDM含量会造成工艺上控制的困难。

滑石粉含量：滑石粉同样会起到降低流动性的作用，主要会对产品表面造成不利影响，同时如果滑石粉如果共混不均匀，还会对降低产品的油漆性能。

虽然，一般而言材料供应商不会提供材料的各种成分含量。

但是从材料的部分其它性能上可以进行判断。

断裂伸长率的大小，相当部分取决于材料中EPDM的含量，含量越高，延伸率越大。

同时，滑石粉含量越高，强度也越高。

因此，在同等的材料性能下，还需要考虑材料的工艺性能。

通常理想的材料选择，应该考虑工艺窗口尽量变宽。

随着目前对产品尺寸要求的提高，相对会采用收缩率比较高的材料，因为收缩高，工艺上的变动使产品尺寸的影响也会变小。

1.2 注塑工艺
1.2.1 干燥
使用热风干燥机对原材料进行干燥，通常要求注塑用的PP＋EPDM 的粒子含水率低于0.03%。

造成含水率无法满足这个指标的可能性，在于干燥温度或干燥时间无法满足要求。

除去设备故障因素外，可能造成的原因在于：干燥设备的容量无法满足生产的要求，随着生产的延续，干燥时间越来约少，干燥温度越来越低。

这样容易造成的产品缺陷主要为产品表面容易出现气泡、银纹、缩瘪等缺陷。

干燥不足还会引起，产品的机械性能下降。

1.2.2 塑化和计量
塑化是在一定的温度下，通过注塑机的螺杆转动，在一定的背压作用下，塑料粒子熔融受剪切，形成熔体的过程。

在该过程中螺杆向后旋
转，将熔体“推”向螺杆前端，此时注塑机对熔体的数量进行计量。

由此可见，这个过程可以决定材料的塑化程度和注塑量。

熔体必须达到一定的塑化程度，才能保证制品的质量，以下参数对熔体的塑化程度起到较大的作用：
1. 料桶温度
熔体在一定的温度下，才能塑化完全。

如果温度过低，材料的流动性能会下降，造成产品的缩瘪或缺料，同时材料成分不均匀，影响零件的机械和油漆性能。

通常的料桶有效位置温度设定在200℃至250℃之间。

而温度过高或材料在料桶内的停留时间过长，会造成高温使材料分解，分解的材料引起材料中夹杂大量的气体和机械性能的下降。

对于料桶大小的选用决定了材料在料桶内的停留时间，零件的重量应在料桶容量25％－75％之间。

但是由于外饰零件的注塑的通常为薄壁产品，相对的重量较轻，而目前外饰厂的注塑机之间规格差异较大，如果零件重量低于料桶容量的25％，应该在保证塑化完全的情况下，降低料桶后段的温度。

2.螺杆转速
螺杆转速过快，可能降低粒子受剪切作用的时间，原料的塑化程度下降，同时夹带气体，从而降低材料的流动性增加气体的含量。

而螺杆转速过慢，将影响注塑周期。

通常螺杆的转速应该与冷却时间相配合。

3.背压
使用背压，可以提高对塑料粒子的剪切力，提高塑料的塑化程度。

同时，背压可以防止在浇口封闭之前零件浇口附近的材料应力释放产生的缩瘪。

但是背压过高，同样可能延长塑化时间，影响生产效率，还可能对螺杆造成损坏。

对于PP+EPDM的材料的背压设定，应在10－20Bar 之间。

4.松退
在计量完成之后，螺杆要进行松退，由于在背压和剪切作用下，熔体内部会产生一定的压力。

压力的存在使注塑时需要额外的压力才能推动
螺杆向前，同时会造成熔体的压力在模具型腔内释放产生不稳定的流动。

松退之后，可以释放一定的压力，以保证熔体顺利进入型腔。

但是如果松退过度，可能在松退过程中带入大量的气体，在注塑过程中形成气泡。

5.计量熔体数量
必须保证计量的熔体有足够的数量，以保证产品不出现缺料，同时在保压过程中有足够的熔体可以进入。

1.2.3 注射
注射是整个注塑过程中最关键的部分，也是最难控制的部分。

UBE 注塑机的注射过程控制部分采用5段速度和一段压力控制。

其过程为，在注塑过程中，按设定的速度进行注射，如果所需的注射压力不超过设定的注射压力，注射过程按设定的速度进行控制，如果所需的压力高于设定的压力，注射过程由速度控制转为压力控制，直至进入VP转换点。

1. 注射速度
注射速度对产品的表面质量和产品尺寸有着较大的影响。

注塑速度过快，熔体流动过程中会夹杂部分气体，在产品表面形成气泡等，同时产品的致密度下降，容易形成缩瘪和尺寸偏小。

但是，如果速度过慢，熔体的流动会在注塑后期受到阻碍，容易形成注射过程后期的缺料和缩瘪，同时产品应力相对集中在浇口附近，烘烤后应力释放，可能造成局部变形和压力线，影响外观和产品尺寸。

2. 注射压力
注射压力的设定主要起到保护模具和设备的作用，注射过程控制是以速度控制为主。

如果注塑压力过低，无法满足速度控制所需的压力时，会按设定的注塑压力以恒定的压力进行注射，此时熔体的流动速度会失控。

有时在低压力的条件下，反而会形成飞边，这是由于通常在注射后期需要将降低注射速度，所需的压力反而要求很低，而在压力控制的情况下，压力无法下降，形成飞边。

因此注射压力的设定应该略高于实际
所需的压力，以保证产品质量处于受控状态。

3. VP转换点
VP转换点是指由注塑转为保压的切换位置。

这个位置的设定，既要求有足够的熔体在保压过程中补入，又不能因为缓冲垫过厚而造成压力损失。

1.2.4 补缩和保压
补缩和保压是克服产品缩瘪和保证产品尺寸的重要步骤。

熔体遇冷后固化收缩，其收缩的程度随模具温度、壁厚和形状等不同而各不相同，在补缩和保压过程中，在一定的时间内以一定的压力将熔体补入型腔，保证产品的成型后各部分表面尽量饱满。

该过程通过压力和时间两个参数进行控制。

补缩和保压压力：在补缩和保压过程中，过低的压力无法保证熔体可以流到远离浇口的位置，而过高的压力除了会产生飞边之外，还可能在浇口附近形成较大的应力，形成局部过饱和的现象。

补缩和保压时间：同样如果保压时间过短，压力没有足够时间传递到远端。

而时间过长也可能形成过饱和。

1.2.5 冷却
产品冷却不足会造成产品在取件和摆放时发生变形和其它损伤。

而冷却时间过长又会降低设备的使用效率。

因此，模具温度起到了至关重要的作用，模温高有利于熔体流动的稳定，产品的外观可以得到改善，工艺也更容易控制，但是高模温势必造成冷却时间的延长。

1.2.6 开模和取件
对开模和取件过程的控制，可以有效地防止产品的擦刮伤和变形。

这种现象在生产边开模边顶出的设备时，特别明显。

开模速度过快，使顶出速度低于开模速度时，产品无法与模具型腔贴合，无法满足模具设计要求，产品会在开模过程中，与模具发生擦刮造成损坏。

而如果产品顶出速度过慢，产品局部始终受到挤压，时间过长也会产生产品的损坏。

因此控制开模速度，尤其起始阶段的速度，将对产品质量和合格率产生重要影响。

在取件过程中，由于产品的温度仍比较高，可能产生变形的可能性也比较高。

因此，取件的方式应该合理，尽量保持产品的平衡状态，避免握持产品的分型面附近。

1.2.7 修边和火焰处理
对于产品表面的毛边可采用火焰处理，处理时，火焰的方向应由外表面向内表面，保持匀速，均匀扫过所需处理的部位。

如果速度过慢，可能造成局部结构的“坍塌”，速度过快又容易使效果下降。

而修边工序，要求操作工有足够熟练的修边技术。

具体的后处理技术将视产品的要求和实际处理效果决定。

整体而言，对于产品的非外观表面，只需进行简单处理或不进行处理，以不影响其它表面的涂装效果为标准，而重要表面，要求处理到表面情况符合产品的技术要求。

1.2.8 顺序阀ValveGate
ValveGate的技术引入，大大提高了产品的质量，扩大了注塑的工艺窗口。

由于多浇口位置的设置而造成的产品表面熔结痕的问题，可以得到解决。

根据熔体在型腔内的流动情况和模具设计要求，决定浇口打开的先后位置和具体位置。

为防止产品表面出现流体滞留现象的发生，后一个浇口的打开应早于前一个浇口关闭。

根据具体情况还可以解决其它的工艺问题。

例如，如果产品局部的尺寸发生偏差，可以通过调整
V/G的开关位置调整注射过程和保压过程的熔体数量。

解决部分浇口的过饱和和缩瘪问题，也可以通过调整保压时间进行解决。

但是V/G技术同样可能带来了部分产品缺陷，由于浇口的不同时开闭，在整个注塑过程中，各浇口附近的熔体的加热和冷却情况不一致，在部分浇口附近可能产生冷料也可能带入气泡。

尤其对于窄长型且冷流道较长的产品。

因为在熔体流动过程中，前一个浇口的熔体在流经下一个浇口的冷流道内，将气体困在冷流道内，在下一个浇口打开时，熔体无法将气体顺利推动，并包裹在熔体内形成气泡和冷料。

1.2.9 注塑常见工艺问题分析及解决方法
在注塑成型过程中，由于塑料、模具、注射机、辅助设备、成型环境等多种因素的影响，注塑件的内在及外观质量经常会出现各种各样的问
题。

一般来说，制品成型质量主要包括制品外观、尺寸精度以及物理力学性能等。

制品外观质量与注射工艺条件密切相关：制品的尺寸精度是制品作为各种零部件使用时需要重点考虑的因素；而制品的物理性能除力学性能外，还有耐热性、耐化学药品性、导电性等等，原则上这些性能只取决于树脂的种类，但在成型过程中，也常会发生破坏或损害树脂特性的情况。

下面就一些典型注射成型缺陷的成因进行了分析，并提出了相应的解决方案。

1.2.9.1 欠注
熔料进入型腔后没有充填完全，导致产品缺料叫做欠注或短射，如图1所示。

故障分析及排除方法：
(1)设备选型不当。

在选用注塑设备时，注塑机的最大注射量必须大于塑件重量；在验核时，一次注射总量（包括塑件、浇道及飞边）不能超出注射机塑化量的85％。

(2)供料不足、加料口底部可能有“架桥”现象。

可适当增加射料杆注射行程，增加供料量。

(3)原料流动性能太差。

应设法改善模具浇注系统的滞流缺陷，如合理设置浇道位置、扩大浇口、流道和注料口尺寸以及采用较大的喷嘴等。

同时，可在原料配方中增加适量助剂，改善树脂的流动性能。

(4)润滑剂超量。

应减少润滑剂用量及调整料筒与射料杆间隙，修复设备。

(5)冷料杂质阻塞流道。

应将喷嘴拆卸清理或扩大模具冷料穴和流道的截面。

(6)浇注系统设计不合理。

设计浇注系统时：要注意浇口平衡，各型腔内塑件的重量要与浇口大小成正比，使各型腔能同时充满，浇口位置要选择在厚壁部位，也可采用分流道平衡布置的设计方案。

若浇口或流道小、薄、长，熔料的压力在流动过程中沿程损失太大，流动受阻，容易产生填充不良（如图2）。

对此应扩大流道截面和浇口面积，必要的可采用多点进料的方法。

(7)模具排气不良。

应检查有无冷料穴，或其位置是否正确，对于型腔较深的模具应在欠注部位增设排气沟槽或排气孔，在合模面上，可开设深度为0.02-0.44mm，宽度为5－10mm的排气槽,排气孔应设置在型腔的最终充填处。

使用水分及易挥发物含量超标的原料时也会产生大量气体，导致模具排气不良（如图3）,此时应对原材料进行干燥及清除易挥发物。

此外，在模具系统的工艺操作方面，可通过提高模具温度，降低注射速度、减小浇注系统流动阻力、以及减小合模力，加大模具间隙等辅助措施改善排气不良。

(8)模具温度太低。

开机前必须将模具预热至工艺要求的温度。

刚开机时，应适当节制模具内冷却剂的通过量。

若模具温度升不上去，应检查模具冷却系统设计是否合理。

(9)熔料温度太低。

在适当的成型范围内料温与充模长度接近于正比例关系，低温熔料的流动性能下降，充模长度减短。

应注意将料筒加热到仪表温度后还需恒温一段时间才能开机。

如果为了防止熔料分解不得不采取低温注射时，可适当延长注射循环时间，克服欠注。

(10)喷嘴温度太低。

在开模时应使喷嘴与模具分离。

减少模温对喷嘴温度的影响，使喷嘴处的温度保持在工艺要求的范围内。

(11)注射压力或保压不足。

注射压力与充模长度接近于正比例关系，注射压力太小，充模长度短，型胶充填不满、对此，可通过减慢射料杆前进速度，适当延长注射时间等办法来提高注射压力。

(12)注射速度太慢。

注射速度与充模速度直接相关。

如果注射速度太慢，熔料充模缓慢，而低速流动的熔体很容易冷却，使其流动性能进一步下降产生欠注。

对此，应适当提高注射速度。

(13)塑件结构设计不合理。

当塑件厚度与长度不成比例，形体十分复
杂且成型面积很大时，熔体很容易在塑件薄壁部位的入口处流动受阻，使型腔很难充满（如图4）。

因此，在设计塑件的形体结构时，应注意塑件厚度与熔料极限充模长度有关。

在注射成型时，塑件的厚度应采用1－3mm，大型塑件为3－6mm。

通常，塑件厚度超过8mm或小于
0.5mm都对注塑成型不利，设计时应避免采用这样的厚度。

1.2.9.2 飞边
当塑料熔料被迫从分型面挤压出模具型腔产生薄片时便形成了飞边，薄片过大时叫做披风。

故障分析及排除方法：
（1）合模力不足。

应检查增压器是否增压过量，同时应检验塑件投影面积与成型压力的乘积是否超出了设备的合模力。

成型压力为模具内的平均压力，常规情况下以40MPa计算。

如果计算结果为合模力小于乘积，则表明合模力不足或者注射压力太高，应降低注射压力或减小注料
口截面积，也可缩短保压及增压时间，减小射料杆行程，或考虑减少型腔数及改用合模吨位大的注塑机。

（2）料温太高。

应适当降低料筒、喷嘴及模具温度，缩短注射周期。

对于聚酰胺类等粘度较低的熔料，如果仅靠改变成型条件来解决溢料飞边缺陷是很困难的，应在适当降低料温的同时，尽量精密加工及研修模具，减小模具间隙。

（3）模具缺陷。

模具缺陷是产生溢料飞边的主要原因。

必须认真检查模具，应重新检验分型面，使动模与定模对正,并检查分型面是否贴合，型腔及模具型芯部分的滑动件磨损间隙是否超差,分型面上有无粘附物或落入异物，模板间是否平行，有无弯曲变形，模板的开距有无按模具厚度调节到正确的位置，锁模块表面是否损伤，拉杆有无变形不均，排气槽孔是否太大太深。

（4）工艺条件控制不当。

如果注射速度太快，注射时间过长，注射压力在模腔中分布不均，充模速率不均衡，以及加料量过多，润滑剂使用过量等都会导致移料飞边，操作时应针对具体情况采取相应的措施。

1.2.9.3 熔接痕
在塑料熔料填充型腔时，如果两股或更多的熔料在相遇时前沿部分已经冷却，使他们不能完全融合，使在汇合处产生线性凹槽，形成熔接痕，如图6所示。

故障分析及排除方法：
（1）料温太低。

低温熔料的分流汇合性能较差，容易形成熔接痕。

如果塑件的内外表面在同一部位产生熔接细纹时，往往是由于料温太低引起的熔接不良。

对此，可适当提高科筒及喷嘴的温度，或者延长注射周期，促使料温上升。

同时，应节制模具内冷却剂的通过量，适当提高模具温度。

一般情况下，塑件熔接痕处的强度较差，如果对模具中产生熔接痕的相应部位进行局部加热，提高成型件熔接部位的局部温度，往往可以提高塑件熔接处的强度、如果由于特殊需要，必须采用低温成型工艺时，可适当提高注射速度及注射压力，从而改善熔料的汇合性能。

也可在原料配方中适当增用少量润滑剂．提高熔料的流动性能。

（2）模具缺陷。

应尽量采用分流少的浇口形式并合理选择浇口位置，尽量避免充模速度不一致及充模料流中断。

在可能的条件下，应选用一点进胶。

为了防止低温熔料注入模腔产生熔接痕，可在提高模具温度的同时，在模具内设制冷料穴。

（3）模具排气不畅。

首先应检查模具排气孔是否被熔料的固化物或其它物体阻塞，浇口处有无异物、如果阻塞物清除后仍出现炭化点，应在模具汇料点处增加排气孔，也可通过重新定位烧口，如图7。

或适当降低合模力，增大排气间隙来加速汇料合流。

在工艺操作方面，也可采取降低料温及模具温度，缩短高压注射时间，降低注射压力等辅助措施。

（4）脱模剂使用不当。

在注塑成型中，一般只在螺纹等不易脱模的部位才均匀地涂用少量脱摸剂，原则上应尽量减少脱模剂的用量。

（5）塑件结构设计不合理。

如果塑件壁厚设计得太薄或厚薄悬殊以及嵌件太多，都会引起熔接不良。

在设计塑件形体结构时，应确保塑件的最薄部件必须大于成型时允许的最小壁厚。

此外，应尽量减少嵌件的使用且壁厚尽可能趋于一致。

壁厚对熔接痕的影响见图8。

（6）熔接角度太小。

不同的塑料都有自己的极限熔接角度。

两股料流汇合时，如果汇合角度小于极限熔接角度，就会出现熔接痕；如果大于极限熔接角度，熔接痕便消失。

极限熔接角度一般在135℃左右。

（7）其它原因。

使用的原料水分或易挥发物含量太高；模具中的油渍未清除干净；模腔中有冷料或熔料内的纤维填料分布不良；模具冷却系统设计不合理，熔料固化太快；嵌件温度太低；喷咀孔太小；注射机塑化能力不够；柱塞或注射机料筒中压力损失大等等，都会导致不同程度的熔接不良。

对此，在操作过程中，应针对不同情况，分别采取一下措施：原料预干燥；定期清理模具；改变模具冷却水道设计；控制冷却水的流量；提高嵌件温度；换用较大孔径的喷嘴；改用较大规格的注射机等措施予以解决。

1.2.9.4 气穴。