射出成型中需要考慮的7個重要因素

熱力學的形式和計算塑膠成型 如上所述，熱塑性塑膠的收縮率主要受下列因素影響：

• 塑膠類型： 在熱塑性塑膠的成型過程中，由於結晶引起的體積變化、強烈的內應力、塑膠件中凍結的大殘餘應力、強烈的分子取向等因素，與熱固性塑膠相比，其收縮率更大、收縮範圍更寬、方向性更明顯。此外，熱塑性塑膠在成型、退火或濕度控制處理後的收縮率通常也大於熱固性塑膠。
• 塑膠零件的特性： 成型時，熔融材料接觸型腔表面，外層迅速冷卻形成低密度固體殼。由於塑膠導熱性差，塑膠件內層冷卻緩慢，形成高密度固體層，收縮幅度較大。因此，壁厚、冷卻緩慢、高密度層較厚的塑膠件收縮率較高。

此外，嵌件的存在與否、嵌件的佈局和數量直接影響材料的流動方向、密度分佈和抗收縮性。因此，塑膠零件的特性對收縮尺寸和方向性影響較大。

（3）進料口的形狀、尺寸和分佈等因素直接影響物料流動方向、密度分佈、保壓和供料效果、成型時間。直接進料口和橫斷面較大的進料口（尤其是橫斷面較厚的進料口）收縮率較小但方向性較強，而較寬較短的進料口方向性較弱。靠近進料口或與物料流動方向平行的進料口收縮率較大。

（4）成型條件：模具溫度高，熔融材料冷卻緩慢，密度大，收縮率高。特別是結晶性材料，由於結晶度高、體積變化大，收縮率較大。模具溫度分佈也與塑膠零件的內外冷卻和密度均勻性有關，直接影響各零件的收縮率和收縮方向性。

此外，保壓和保壓時間對收縮率的影響也較大。如果保壓壓力高且保壓時間長，收縮率雖小但具有方向性。注塑壓力高時，熔融材料的黏度差異小，層間剪切應力小，脫模後的彈性回彈大，因此可以適當降低收縮率。材料溫度高時，收縮率大但方向性小。因此，透過調整成型過程中的模具溫度、壓力、注射速度和冷卻時間等各種因素，也可以適當地改變塑膠件的收縮率。

在設計模具時，根據各種塑膠的收縮範圍、塑膠零件的壁厚和形狀、進料口的尺寸和分佈，根據經驗確定塑膠零件各部分的收縮率，然後計算型腔尺寸。

為了 高精度塑膠零件 當難以控制收縮率時，通常會採用以下方法設計模具：

• 塑膠零件外徑的收縮率應設定較小，內徑的收縮率應設定較大，以便在模具測試後留出修正空間。
• 試模用於確定澆注系統的形狀、尺寸和成型條件。
• 待後處理的塑膠零件的尺寸變化必須在後處理後確定（脫模後 24 小時進行測量）。
• 根據實際收縮率修正模具。
• 再次嘗試使用該模具，並適當改變製程條件，以稍微修正收縮值，從而滿足塑膠零件的要求。

（1）熱塑性塑膠的流動性通常可以透過一系列指標進行分析，例如分子量、熔融指數、阿基米德螺旋流動長度、表觀黏度和流動比（流動長度/塑膠零件壁厚）。

分子量小、分子量分佈寬、分子結構規則差、熔融指數高、螺旋流動長度長、表觀黏度小、流動比大等特徵塑膠具有良好的流動性。即使產品名稱相同，不同塑膠的流動性也應查閱其說明書，以確定其流動性是否適合射出成型。

根據 模具設計要求常用塑膠的流動性大致可分為三類：

• 良好的流動性： PA、PE、PS、PP、CA、聚（4）甲基戊烯；
• 介質流動性： 聚苯乙烯系列樹脂（如ABS、AS）、PMMA、POM、聚苯醚；
• 流動性差： PC、硬質PVC、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑膠。

（2）各種塑膠的流動性也會因各種成型因素而改變。主要影響因素如下：

① 溫度材料的流動性隨溫度升高而增加，但不同塑膠的流動性也有差異。 PS（尤其是抗衝擊和高熔體流動速率的PS）、PP、PA、PMMA、改性聚苯乙烯（如ABS、AS）、PC、CA等塑膠的流動性隨溫度變化較大。而PE和POM的流動性則受溫度影響較小。因此，PE和POM在成型過程中需要透過調節溫度來控制流動性。

② 隨著注塑壓力的增加，熔融材料受到的剪切力增大，流動性也隨之提高。特別是PE和POM等材料對流動性較為敏感，因此需要調節注塑壓力以控製成型過程中的流動性。

③ 模具結構、澆注系統、冷卻系統設計、熔融材料流動阻力（如表面光潔度、進料通道截面厚度、型腔形狀、排氣系統等）等因素直接影響型腔內熔融材料的實際流動性。如果熔融材料溫度降低，流動阻力增大，流動性也會降低。因此，在設計模具時，應根據所用塑膠的流動性選擇合理的結構。

在成型過程中，還可以控製材料溫度、模具溫度、注射壓力和注射速度等因素，以適當調整填充情況，滿足成型需求。

根據熱塑性塑膠在冷凝時不會結晶這一事實，它們可以分為兩類：結晶塑膠和非晶態（也稱為無定形）塑膠。

所謂結晶現象，是指塑膠從熔融狀態變成凝聚狀態時，分子原本獨立運動且完全無序，而當分子停止自由運動並穩定在略微固定的位置，並有趨向於排列成規則模型的現象。

區分這兩種塑膠的外觀標準取決於厚壁塑膠零件的透明度。通常，結晶材料是不透明或半透明的（例如POM等），而非晶態材料是透明的（例如PMMA等）。但是，也有例外。例如，聚(4)甲基戊烯是一種結晶塑料，但具有很高的透明度，而ABS是一種非晶態材料，但不透明。

在設計模具和選擇注塑機時，應注意結晶塑膠的以下要求和注意事項：

• 將材料溫度升高到成型溫度需要大量的熱量，因此需要使用塑化能力強的設備。
• 冷卻和恢復過程中會釋放大量熱量，因此需要冷卻。
• 熔融狀態和固態的比重差異很大，導致成型收縮率大，容易出現收縮和氣孔。
• 冷卻速度快、結晶度低、收縮率小、透明度高。結晶度與塑膠件的壁厚有關。壁厚越大，冷卻速度越慢，結晶度越高，收縮率越大，物理性能越好。因此，結晶材料的模具溫度必須根據需要進行控制。
• 顯著的各向異性和較大的內應力。脫模後未結晶的分子傾向於繼續結晶，處於能量不平衡狀態，容易發生變形和翹曲。
• 結晶溫度範圍較窄，容易出現未熔化材料注入模具或進料口堵塞的情況。

（1）熱敏性是指某些塑膠對熱較敏感的傾向。當長時間高溫加熱、進料口截面過小或剪切力過大時，材料溫度升高，容易發生變色、降解、分解。具有這種特性的塑膠稱為熱敏性塑膠。

例如硬質聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、醋酸乙烯酯共聚物、聚甲醛（POM）、聚三氟氯乙烯（CP3）等。熱敏塑膠分解時會產生單體、氣體、固體和其他副產物。特別是某些分解氣體對人體、設備和模具具有刺激性、腐蝕性或毒性。

因此，應注意以下事項： 模具設計注塑機的選擇和成型。應選擇螺桿式註塑機。澆注系統的橫截面應較大。模具和料筒應鍍鉻。邊角處不應有物料滯留。成型溫度必須嚴格控制，並且應在塑膠中添加穩定劑以降低其熱敏性。

（2）即使某些塑膠（例如聚碳酸酯）含有少量水分，它們在高溫高壓下也會分解。這種特性稱為水解性，必須事先加熱和乾燥處理。

（1）有些塑膠對應力很敏感。它們在成型過程中容易產生內應力，質地脆硬，也容易裂開。塑膠零件在外力或溶劑的作用下會發生開裂。

因此，除了在原料中添加添加劑以提高抗裂性外，還應注意原料的乾燥，並合理地選擇成型條件以降低內應力，提高抗裂性。應選擇合理的塑膠零件形狀，並避免安裝嵌件等措施，以盡量減少應力集中。

模具設計時，應增加脫模斜度，並選擇合理的進料口和頂出機構。成型過程中，應適當調整材料溫度、模具溫度、注射壓力和冷卻時間，避免塑膠零件在過冷過脆的情況下脫模。成型後，應對塑膠件進行後處理，以提高抗裂性、消除內應力並防止其與溶劑接觸。

（2）當具有一定熔體流速的聚合物熔體在恆溫下通過噴嘴孔時，熔體表面會出現明顯的橫向裂紋，稱為熔體破裂，這將損害塑膠零件的外觀和物理性能。因此，在選擇高熔體流速聚合物時，應增加噴嘴、流道和進料口的橫截面積，降低注射速度，並提高材料溫度。

（1）各種塑膠具有不同的熱性能，例如比熱容、導熱係數和熱變形溫度。塑化比熱容高的材料需要大量的熱量，因此應選擇塑化能力強的注塑機。熱變形溫度高的塑膠冷卻時間短，可以事先脫模，但脫模後必須防止冷卻變形。

導熱係數低的塑膠冷卻速度較慢（例如離子聚合物等，其冷卻速度極慢），因此必須將其完全冷卻，並且必須增強模具的冷卻效果。 熱流道模具 適用於比熱容低、導熱係數高的塑膠。比熱容高、導熱係數低、熱變形溫度低、冷卻速度慢的塑膠不利於高速成型。必須選擇合適的射出成型機，並加強模具冷卻。

（2）各種塑膠依其類型特性和塑膠零件形狀的不同，需要適當的冷卻速率。因此，模具必須根據成型要求配備加熱和冷卻系統，以維持一定的模具溫度。當材料溫度升高導致模具溫度升高時，應冷卻，以防止塑膠件脫模後變形，縮短成型週期，並降低結晶度。

當塑膠的廢熱不足以使模具保持在一定的溫度時，應在模具上安裝加熱系統，使模具保持在一定的溫度，以控製冷卻速度，保證流動性，改善填充條件，或者控制塑膠零件緩慢冷卻，防止厚壁塑膠零件內外冷卻不均勻，提高結晶度等。

對於流動性佳、成型面積大且材料溫度不均勻的塑料，可能需要根據塑膠件的成型條件交替使用加熱或冷卻，或同時使用局部加熱和冷卻。為此，模具應配備相應的冷卻或加熱系統。

由於塑膠中含有多種添加劑，因此它們對水分的親和力各不相同。因此，塑膠大致可分為兩類：吸濕型、親水性型和不吸水且不易親水性型。材料中的水分含量必須控制在允許的範圍內。否則，在高溫高壓下，水分會轉化為氣體或發生水解反應，導致樹脂起泡、流動性降低，並影響外觀和機械性能。

因此，吸濕性塑膠必須按照要求使用適當的加熱方法和規格進行預熱，以防止在使用過程中重新吸收水分。