PP的六大注塑成型工艺及13种常见注塑缺陷解决一览

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专注注塑工厂降本增效改善：杨建宏

一、PP注塑成型说明要点

塑料原料的成型工艺加工过程主要是塑化，充模，冷却定型后成为成品，是一个加温后再冷却的过程，也是塑料从颗粒改变到各不同形状的过程，以下将就各个不同阶段的角度去说明加工过程:、






1、螺杆
PP加工绝大部份都是靠螺杆带动流动性，所以螺杆的设计影响非常大，口径大小影响产出量，压缩比大小影响压力值也影响产出量及成品效果，这也包括多种材料(色母、添加剂及改质剂)的混炼效果。
原料流动主要靠加温器，但原料翻动磨擦也会产生磨擦热能促使流动性加快，所以螺杆压缩比小带动流动小，转速必须加大所造成磨擦热能必较压缩比大的螺杆多。
所以常说塑料加工无师傅，用心了解机器性能的人就是师傅。原料受热不只是加温器而已，必须连摩擦热及滞留时间都并算在内。所以这是实务问题，经验有助于生产问题解决及效率。螺杆如果需要混炼效果特别好，有时会设计二段式不同螺杆或双轴螺杆并分设各段不同形式螺杆以达各式混炼效果。

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2、熔融
装置加温器(Heater)让原料颗粒逐渐熔解成流体状流动，主要以各不同原料适合温度调节，调高温度会趋使原料流动加快，可增加效率但不一定能保证良率，必须取得合适的平衡。
另良好的效果与PP遇高热裂解的特性，都是生产时最好能让原料顺利流畅到模头，以避免充料不足或回流现象的产生，回流代表原料流动较产出速率快，最后会造成平均流动效率加大等于MFR提高，是加工可利用的方法之一，但却也造成MFR分布非常态可能导致不稳定性加大，导致不良率可能加大。
不过PP成品因为应用的关系都不是尺寸精密度很高的产品，所以影响还不大。



3、模具或模头
塑料重新定型依靠的是模具或模头，射出成型成品是立体的，模具也比较复杂更要考虑收缩率问题，其它皆为平面、条状、针状连续式产品模头，若为特殊形状则归为异型，需要注意立即冷却定型问题。
塑料机器的设计大部份皆像注射针筒，螺杆带动的挤压力量都会在小小出口造成巨大压力，提高生产效率。当模头设计为平面时如何让原料平均分布整个面上，衣架模头的设计就十分重要，讲究的压出机会增加鱼鳃式帮浦稳定原料供应量。
4、冷却
射出模具除了浇道浇口灌注原料外，也有冷却水道冷却原料设计。压出成型则靠滚轮内冷却水道来达成冷却效果，除外也有风刀，冷却水直接淋在吹袋上，以及中空吹气等冷却方式。
5、延伸
成品再加工延伸会增强效果，例如打包带靠前后滚轮带动速率不一即造成延伸效果，成品配向延伸部份抗张拉力加强不易撕断，但横向就极容易撕开。
分子量分布也会影响高速生产时的延伸效果，所有压出成品包括纤维都有不等的延伸，真空及压空成型也可视为延伸的另一种形式。



6、收缩
任何原料都有收缩率的问题，收缩原因来自热胀冷缩与结晶形成时产生内应力所造成。一般而言热胀冷缩较易克服，可在加工上以延长冷却时间，持续保压即可做好，结晶原料较非结晶往往有更大的收缩差异。
以PP而言约在千分之十六，但ABS仅千分之四左右，差异很大这部份要在模具上克服，或者往往添加减少收缩率的添加剂克服，压出平板也常添加LDPE去改善颈缩的问题。



7、典型应用范围
汽车工业(主要使用含金属添加剂的PP：挡泥板、通风管、风扇等)，器械(洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等)，日用消费品(草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等)。

二、PP常见的注塑成形缺陷

1、欠注
故障分析及排除方法：
（1）工艺条件控制不当。应适当调整。
（2）注塑机的注射能力小于塑件重量。应换用较大规格的注塑机。
（3）流道和浇口截面太小。应适当加大。
（4）模腔内熔料的流动距离太长或有薄壁部分。应设置冷料穴。
（5）模具排气不良，模腔内的残留空气导致欠注。应改善模具的排气系统。
（6）原料的流动性能太差。应换用流动性能较好的树脂。
（7）料筒温度太低，注射压力不足或补料的注射时间太短也会引起欠注。应相应提高有关工艺参数的控制量。
2、溢料飞边
故障分析及排除方法：
（1）合模力不足。应换用规格较大的注塑机。
（2）模具的销孔或导销磨损严重。应采用机加工方法进行修复。
（3）模具的合模面上有异物杂质。应进行清除。
（4）成型模温或注射压力太高。应适当降低。


3、表面气孔
故障分析及排除方法：
（1）厚壁塑件的模具流道及浇口尺寸较小时容易产生表面气孔。应适当放大流道和浇口尺寸。
（2）塑件壁太厚。在设计时应尽量减少壁厚部分。
（3）成型温度太高或注射压力太低都会导致塑件表面产生气孔。应适当降低成型温度，提高注射压力。


4、流料痕
故障分析及排除方法：
（1）熔料及模温太低。应适当得高料筒和模具温度。
（2）注射速度太慢。应适当加快注射速度。
（3）喷嘴孔径太小。应换用孔径较大的喷嘴。
（4）模具内未设置冷料穴。应增设冷料穴。



5、银条丝
故障分析及排除方法：
（1）成型原料中水分及易挥发物含量太高。应对原料进行预干燥处理。
（2）模具排气不良。应增加排气孔，改善模具的排气性能。
（3）喷嘴与模具接触不良。应调整两者的位置及几何尺寸。
（4）银条丝总是在一定的部位出现时，应检查对应的模腔表面是否有表面伤痕。如有表面伤痕的复映现象，应采取机加工方法去除模腔表面伤痕。
（5）不同品种的树脂混合时，会产生银条痕。应防止异种树脂混用。


6、熔接痕
故障分析及排除方法：
（1）熔料及模具温度太低。应提高料筒及模具温度。
（2）浇口位置设置不合理。应改变浇口位置。
（3）原料中易挥发物含量太高或模具排气不良。应除去原料内的易挥发物质及改善模具的排气系统。
（4）注射速度太慢。应适当加快。
（5）模具内未设置冷料穴。应增设冷料穴。
（6）模腔表面有异物杂质。应进行清洁处理。
（7）浇注系统设计不合理。应改善浇注系统的充模性能，使熔料在模腔中流动顺畅。


7、黑条及烧焦
故障分析及排除方法：
（1）注塑机规格太大。应换用规格较小的注塑机。
（2）树脂的流动性能较差。应使用适量的外部润滑剂。
（3）注射压力太高。应适当降低。
（4）模具排气不良。应改善模具的排气系统，增加乔气孔或采用镶嵌结构，以及适当降低合模力。
（5）浇口位置设置不合理。应改变浇口位置，使模腔内的熔料均匀流动。、

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8、气泡
故障分析及排除方法：
（1）浇口及流道尺寸太小。应适当加大。
（2）注射压力太低。应适当提高。
（3）原料内水分含量太高。应对原料进行预干燥处理。
（4）塑件的壁厚变化太大。应合理设计塑件的形体结构，避免壁厚急变。


9、龟裂及白化
故障分析及排除方法：
（1）熔料及模具温度太低。应提高料筒及模具温度。
（2）模具的浇注系统结构设计不合理。应改善模具流道及浇口结构，使熔料在充模时不产生紊流。
（3）冷却时间太短。应适当延长冷却时间。
（4）脱模的顶出装置设计不合理。最好采用气动脱模装置。
（5）注射速度和压力太高。应适当降低。


10、弯曲变形
故障分析及排除方法：
（1）模具温度太高或冷却不足。应适当降低模具温度或延长冷却时间，对于细长塑件可采取胎具固定后冷却的方法。
（2）冷却不均匀。应改善模具的冷却系统，保证塑件冷却均匀。
（3）浇口选型不合理。应针对具体情况，选择合理的浇口形式。一般情况下，可采用多点式浇口。
（4）模具偏芯。应进行检查和校正。


11、脱模不良
故障分析及排除方法：
（1）注射速度和压力太高。应适当降低。
（2）模具型腔表面光洁度太差。应通过研磨及电镀等方法提高其表面光洁度。
（3）模具温度及冷却条件控制不当。当塑件在模芯处粘模时，应提高模具温度和缩短冷却时间；如果塑件在型腔表面处粘模时，应降低模具温度和延长冷却时间。
（4）脱模机构的顶出面积太小。应加大顶出面积。

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12、收缩变形
故障分析及排除方法：
（1）保压不足。应适当延长补料的注射时间。
（2）注射压力不足。应适当提高。
（3）模具温度太高。应适当降低。
（4）浇口截面积太小。应适当加大。
（5）加工温度太低。应适当提高料筒温度。


13、真空孔
故障分析及排除方法：
（1）保压不足。应适当延长补料的注射时间。
（2）模具温度太低，料筒温度太高。应适当提高模具温度，降低料筒温度。
（3）注射压力不足。应适当提高。
（4）原料的流动性能太好。应换用熔体指数较低的树脂。

三、长玻纤增强PP注塑工艺及方式

长玻纤增强型聚丙烯（PP）部件通常由注塑长玻纤粒料制成。一种新型一步式工艺可将聚丙烯和玻璃纤维配混在一起，直接生产注塑部件。两种方法各具特色，采取何种方式，应根据部件生产的特性而定。
在汽车工程中，仪表板、前端部件和车身底部元件越来越多地采用玻纤增强型聚丙烯制成。聚丙烯具有密度低、材料成本低、便於回用等特点，因此，在上述应用领域逐渐取代工程塑料和金属。但是，如果长玻纤增强材料增强弹性模量和冲击强度，聚丙烯只能满足机械规范。
部件由注塑或压塑玻纤增强型PP制成。在压塑工艺中，起始材料通常是玻纤毡热塑性塑料（GMT）增强型PP制成的半成品板材。由於其纤维较长且具有各向同性特点，传统型GMT压塑通常能生产出机械特性优良的部件。但是，GMT生产工艺十分复杂。因此，半成品成本相对较高。
借助最新的技术发展，现可对PP和玻璃纤维进行在线配混，然後进行直接压塑。随着工艺技术的各项发展，压塑与注塑相比具有诸多弊端。多数情况下，部件必须进行再次加工。压塑部件中的开孔通常只能在下游冲压过程中形成。这样，就会造成废料，从而增加总体成本。
1、玻纤增强注塑的表现
纤维和基材之间良好的粘合，对於部件的机械特性十分关键。与直接加工模塑料和长玻纤粒料相比，GMT可提供更高的强度和冲击强度。由於纤维和纤维长丝能很好地粘固，长丝分布均匀，从而形成针刺毡结构，具有多种优势。
但是，与直接注射或通过长纤维粒料注射的模塑料相比，如果压塑过程中流径过长，上述优势就不复存在。由於注塑能在部件中形成纤维取向，如果针对产生的应力进行合理设计，可部分抵消缺乏针刺性能的弊端。



现以复合材料中纤维结构破损对加工方法作出结论。纤维结构破损包括纤维断裂、纤维脱粘、纤维拔脱等形式。全面利用纤维强度时，必须确保纤维长度长於所谓的临界纤维长度。
对於PP和玻璃构成的纤维/基材复合材料，临界纤维长度（LC）的相应文献值为1.3毫米~3.1毫米。采用特别偶联剂，可产生高达0.9毫米的数值。
可根据实际纤维长度和临界纤维长度之间的比例推断纤维基材偶联的质量。如果部件的实际纤维长度大於临界纤维长度，则纤维易於断裂。如果低於临界纤维长度，则可能出现纤维拔脱。
这主要是指纤维/基材界面出现断裂，这一现象通常发生於纤维长度一般为0.2毫米~0.6毫米的切断纤维配混料。
严格来说，纤维中残馀的增强纤维的长度与设计无关。对於部件设计来说，强度、刚性、冲击强度等机械特性更加重要。这些特性虽然是纤维长度的一部份功能，但是，其关系十分复杂。
因此，仅通过纤维长度分析，只能达到目前的目标，不过，对於获取趋势信息而言，确实是一种十分实用的参数。
2、部件中纤维长度
在长玻纤增强型聚丙烯的加工过程中，必须确保将最长的纤维混入部件中，这样才能在复合材料中产生最佳的机械特性。
但是，目前尚无可靠的方法避免纤维在施加机械应力时断裂，无法避免由此引起纤维在配混和注塑过程中缩短。含纤维的熔体注入模具时，会对纤维造成最大的损坏。
然而，合理的设计可降低纤维缩短的幅度。同时，熔融过程也会大幅度影响纤维的长度。就此而言，注塑机和注塑配混机（IMC）具有极大的差别。
采用注塑机加工时，最初纤维长度受粒料的尺寸（一般为10毫米~25毫米）限制。长玻纤厂商提供护套粒料和拉挤粒料。在拉挤粒料中，纤维在熔体槽中由基材浸润，然後集结成小捆。
这一方式可令基材均匀浸泡所有纤维。在护套粒料中，纤维和基材共挤在一起。注塑机必须在熔融过程中溶解纤维块，然後用基材彻底浸润纤维。

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熔融过程中，纤维的受损程度随流阻降低而下降。流道断面较大时，对纤维的损害较小。因此，加工长玻纤粒料时，应对螺杆构型和止逆阀进行相应改进。
当粒料进行注塑时，纤维经历整个熔融过程。机械应力将在纤维上维持相当长的时间。塑化开始时会在纤维上产生很大的力度，因为基材在这一阶段尚未完全熔融。有些纤维被夹入并承受巨大的剪切力。
相比之下，注塑配混机在没有纤维的前提下熔融纯基材。纤维在基材熔融後才加入，因此，承受的机械应力较小。
这一方法对纤维的损害与注塑机熔融相比较小，纤维的平均长度增大。采用注塑配混机可将无接头粗纱（不是切断的线材）直接混入熔体中。虽然螺杆旋转会将粗纱搅断为较短的碎片，但是，纤维的最终长度相对较长。
3、经济角度
起始材料的价格是生产纤维增强型PP部件的关键。与GMT半成品相比，用於注塑的长玻纤粒料的价格较低。然而，加工商比购买独立部件时却支付更高的粒料价格。对於二次加工商来说，注塑配混机的主要优势之一是，起始材料价格比长纤维粒料价格低，材料成本在部件生产成本中占有的比例降低。
在注塑机上将玻纤增强型聚丙烯作为粒料加工所占的投资较注塑配混机较小。然而，也可对现有注塑机上的塑化装置进行改造或更换，使之适合於加工长玻纤粒料。即使不能进行改造而必须安装新机械，注塑所需的投资也相对较低。增设注塑配混机所需的双螺杆挤塑机只会使设备复杂化。



4、注塑机还是注塑配混机
除了上述关於纤维长度在部件中均匀分布的优势之外，注塑配混机还能在起始材料方面节省成本，但是，这一潜力只能在追加投资的前提下才能实现。
因此，是选择注塑机还是注塑配混机，应由生产部件的重量和产量决定。如果产量较高，注塑配混机可体现其优势。
原因在於，购买起始材料时所节省的成本很快就会超过购买设备的基本投资，因此，短时间内就会完成投资分摊。如果部件较小且产量较低，用注塑机进行长玻纤加工较为合算，因为注塑机的投资较小。
注塑配混机可提高加工商的生产灵活性，能根据具体要求而定制材料。加工商可对基材/纤维/定型系统进行修改，使部件中的纤维含量完全符合各项技术规定的要求。加工粒料时，只有在某种条件下才能进行这一选择性修改，原因在於厂商只提供特定纤维含量的粒料。
如果要改变纤维含量才进行传统注塑，加工商必须将长玻纤粒料与未增强的聚丙烯混合，这一步骤会对机械和材料供给系统提出附加要求。
然而，由於注塑配混机在材料组分方面向加工商提供了较高的自由度，这样，会增加产品责任和加工商责任。现在，加工商必须承担质量保证责任，还需承担先前加诸於粒料厂商的担保责任。但是，这也存在巨大的未来机遇。采用注塑配混机，加工商可实现大幅度增值。
总结来说，长玻纤增强PP部件可由改性注塑机和配混机生产，何者较佳视乎生产条件而定。注塑配混的优点是初始原料投资较低，对纤维的损害较小，也可保留较长的纤维，但较适用於产量大、要求符合很高机械规格的部件。如果部件尺寸小、产量细，则以使用传统注塑机为佳。



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