注塑件喷射纹的形成机理及其解决措施

注塑件喷射纹的形成机理及其解决措施

摘要：随着社会的发展与进步，重视注塑件喷射纹的形成机理及其解决措施对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍注塑件喷射纹的形成机理及其解决措施的有关内容。

关键词注塑；喷射纹；机理；制件；成型；模具；措施； 一、注塑成型的基本原理

1.1基本组成

1、注射装置—使塑料均匀塑化融熔，并以足够压力和速度将一定量的熔料注入模腔中。它主要由由螺杆、机筒、喷嘴、料斗、计量装置、传动装置、注射座、移动油缸等组成。

2、合模装置—实现模具启、闭动作，以及脱出制品，它主要由前、后固定模板移动模板、拉杆，合模油缸、边杆机构、调模装置、安全门等组成。

3、液压传动和电器控制系统一保证注射机按工艺过程中预定的压力、速度、时间等动作准确、顺利进行。

1.2工作过程

1、首先模具以低压快速进行闭合，当动模与定模快接近时，合模机构的动力系统将自动转换成低压、低速，在确认模内无异物且无嵌件松动后，再切换成高压，将模锁紧。

2、然后射座前移让喷嘴和模具流道口贴合，再向注射油缸充入压力油，使与油缸活塞杆相连的螺杆以高速高压，将已塑化好的熔料注入模腔。

3、一次压力，为防止熔料倒流，并对因遇冷收缩的熔料进行补料，螺杆仍对熔料保持一定压力，即保压。

4、当保压进行到模腔内，熔料失去回流的可能时，即可缸压，制品继续冷却定型。与此同时，螺杆在传送装置驭动下转动。再次落入料筒的料，塑化前送在机筒外加热和螺杆摩擦热共同作用下，物料被压实并呈粘状，并起一定压力反作用于螺杆，使螺杆边转动边后退其后移量即为下次注射的计量。

其工作循环图:合模→注射→保压→工冷却→开模

二、喷射纹的形成及其对制件的影响

喷射纹，又叫喷射痕、喷流纹或蛇形流，是指注塑件上从浇口沿着流动方向，

弯曲如蛇行一样的痕迹，如图 1 所示。

在正常情况下塑料熔体以 “喷泉流”的方式填充模具型腔，如图 2 所示，Schmidt对 “喷泉流”进行了详细的描述。但当塑料熔体高速流过喷嘴、流道和浇口等狭窄区域后，突然进入开放的、相对较宽的区域时，在没有阻挡的情况下，塑料熔体会从型腔的一端喷射到另一端，形成折叠的料条。随后进入型腔的熔体才以正常的喷泉流填充模腔中剩余的空间，并与喷射料条相熔接，由于熔胶一旦与温度相对低很多的型腔壁 ( 模面) 接触就发生冷却，使得喷射料条比随后到来的喷泉料流温度低，造成熔接不良，使得制件表面出现明显的喷射纹。

研究发现喷射的根本原因一方面与模具设计有关，另一方面与材料的黏弹性有关。从模具方面来看，由于熔融塑胶经过尺寸较大的流道到达浇口时，由于浇口尺寸通常较小，熔胶受到的流动阻力大大增加，为了通过浇口，注塑机输出压力陡增，相应的熔胶压力大增，发生较大的体积收缩，随后进入开放的、尺寸较大的模腔时，阻力突然减小，压力急剧释放，体积膨胀，产生喷射。浇口前后熔胶压力差越大，越容易发生喷射。把模具的浇注系统想象成水枪，就很容易理解喷射现象了。水枪的孔 ( 浇口)越小，该处的压力越大，速度越快，飞出去的能量越大，喷射也越严重。从材料方面来看，塑料熔体具有黏弹性，当聚合物熔体经口模挤出时，挤出物的截面面积比口模出口截面面积大，这种现象叫做出模膨胀( Dieswell) 。1893 年美国生物学家 Barus 首先观察到了这一现象，所以又称 Barus 效应，亦称出模膨胀效应。黏弹性越强，熔体在通过浇口时熔体膨胀越强烈，发生喷射的可能性越小，这是因为熔胶通过浇口进入模腔时发生膨胀能够迅速与浇口附近的模腔相接处，对熔体形成阻力，有利于形成稳定的喷泉流动，如图 3 阴影部分所示。对填充材料而言，由于填充物如滑石粉、碳酸钙以及各种玻纤的加入会使得材料的黏弹性大大降低，因此填充材料发生喷射的可能性大大增加，并且填充量越多越容易发生喷射。

蛇状发展的喷射流相互折叠包夹气体，如图 2 所示，喷射快速夹气难以顺利排出，形成空气泡或烧焦痕。熔接痕、喷射纹、烧焦、气泡都会导致制件表面缺陷及内部多重瑕疪，影响外观和制件的力学性能。对于玻纤增强材料喷射不但大大影响材料的强度，还会造成困气和浮纤并存的外观缺陷。针对喷射纹的形成原因，本文从模具设计、成型工艺、材料和产品设计等方面提出解决措施，避免或减少喷射纹的产生。

三、模具设计上的解决措施

3. 1 增大浇口的尺寸

由上述分析可知，浇口的尺寸过小是产生喷射纹的主要原因，那么浇口的尺寸多少才合适呢? 塑料熔体经过浇口后的膨胀效应与材料的种类、成型时的温度和压力等很多因素相关，这就给根据膨胀效应设计浇口尺寸带来了困难。根据经验，浇口的最佳厚度是与其接触的制件壁厚的 0. 7 ～0. 8 倍。

因浇口尺寸过小而导致喷射的案例很多。如国标样条模具上注塑得到的冲击样条做冲击测试时，冲击值波动范围很大，不能满足要求，而该材料做出来的成品是合格的。检查冲击样条发现表面有明显的喷射纹，样条的断面还有气孔。这一是由于浇口厚度过小导致成型时产生喷射，样条内部有较多缺陷，因此测试时试验结果波动很大。建议浇口厚度加大，并扩至与样条同宽，问题得到解决。

3. 2 更改浇口位置

熔胶通过浇口后所受阻力越小越容易喷射，喷射的目标空间越开阔就越严重。但如果从浇口喷射出去的熔体很快碰壁的话，喷射纹即可消除。即使在无法更改浇口位置的情况下，如果能够在型腔内的浇口正面另外设置阻流针或壁之类的东西，则有望获得同样的效果。

3. 3 改变浇口形式

侧浇口的进胶如果过薄，就可能造成喷射，如图4a 所示，更改浇口的形式，采用冲击型浇口，可以有效避免喷射的产生。冲击型浇口就是让熔体进入型腔的时候，受到足够的约束，使之遵规守矩，不致胡窜乱撞，避免缺陷产生。

图4改变浇口形式避免喷射

常用的冲击型浇口有搭接浇口 ( 也叫重迭浇口，如图 4b 所示) 、护耳浇口 ( 也叫凸片式浇口，如图 4c 所示) 、扇形浇口 ( 如图4d 所示) 、潜伏式浇口 ( 如图 4e、f) 和牛角式浇口 ( 也叫香蕉浇口，如图 4g) 。搭接浇口和护耳浇口的设计思想是在浇口区域设置足够的滞料区，用来稳定料流，避免喷射，其中护耳浇口的护耳厚度与制件同厚，成型后再将其切去。扇形浇口则是以逐渐扩张的熔胶流动面积来减低流动速度，使得熔体从浇口到型腔得到平缓过渡，喷射得以避免。潜伏式浇口和牛角式浇口是直接将熔体喷射向厚度方向的模壁，形成冲击，避免熔体喷射，其中潜伏式浇口又分为两种，一种是潜在顶杆上，一种是潜在侧壁上，分别如图 4e、f 所示。

四、成型工艺上的解决措施

4. 1 调整熔体温度

喷射与塑料熔体通过浇口后的出模膨胀效应以及塑料性质 ( 如黏度及表面张力) 的变化有关。对大部分的塑料而言，料温降低时使得出模膨胀效应更为明显，而某些材料，例如硬质 PVC，反而是当温度提高时膨胀效应更明显。

4.2 提高模具温度

模具温度的提高可以减缓熔体与型腔表面接触时的冷却速度，减小喷射料条和正常喷泉流熔胶之间温度差。

4.3提高保压

实际经验表明保压在一定程度上会使喷射纹变得太不明显，对喷射纹有掩盖的作用。

五、材料上的解决措施

1) 提高材料的黏弹性。通常而言材料黏度越大，流动性越低，黏弹性越强，越不容易产生喷射。但如前所述，对填充材料而言，增加填充量使得黏弹性降低，同时流动性也会降低，容易出现喷射。

2) 减少材料中气体的含量。塑料在共混改性过程中，各种助剂的添加，螺杆的剪切混炼以及设备对小分子物的处理都会影响里面的气体含量，气体含量较多时，会导致熔胶前沿附上一层小分子物，产生喷射时气体更难以排出，严重时熔胶前沿被烧焦或气蚀。

六、产品设计上的解决措施

制件厚度由小到大突变时，塑料熔体别无选择的自薄处快速地流向厚处，会使得流动不稳，产生喷射纹。

图5 壁厚的过渡设计

设计一定长度的厚度过渡段将有利于避免喷射，如图5所示，过渡段的长度一般为厚度差的 3 倍，随着塑料颜色黑度的增加，过渡段的长度也应随之增加，当过渡段的长度为壁厚差的 20倍时最为安全。

结束语

综上所示，介绍了注塑成型中经常出现的喷射现象，分析了形成喷射的根本原因，并通过结合大量实例，提出了从模具设计、成型工艺、材料、产品设计几方面避免或减少喷射纹的产生的方法。其中一些方法另辟蹊径，摆脱了传统解决喷射的经验束缚，并在工作中多次使用解决此问题，被实践证明是行之有效，这些方法为相关从业人员提供了新的思路，具有一定的指导意义。

参考文献

［1］ COSTAS G G，HUANG C F，SCHMIDT L R． The processof cavity filling including the fountain flow in injectionmolding ［J］． Polym Eng Sci， 1986， 26 ( 20 ) : 1457－1466．

［2］ 何曼君． 高分子物理 ［M］． 上海: 复旦大学出版社，2002: 288－289．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。