塑膠射出後成品發生縮水、凹陷的原因與解決方法

首先要瞭解,大部分物體都有所謂「熱脹冷縮」的現象,塑膠製品也是一樣,塑膠射出時必須使用高溫來熔融樹脂,注塑入模具後,冷卻塑形。所以塑膠製品從模具內成型後一定會有縮水(shrinkage)的情形發生,這本來就是天經地義的事,而且所有的塑膠原料的規格書中也都會註明其縮水率,更專業的還會提供橫向及縱向的縮水率。

所以一般我們看到的塑膠縮水問題應該是屬於局部縮水不均所造成的外觀現象,另外兩種現象:「射不飽料」與「包風」,則因為外觀現象與「局部縮水不均」相似,所以也常被歸為「縮水」問題。

下面就針對這三種不同原因所造成的縮水、凹陷現象,說明其原因與解決方法(這裡的部份資料來自網路收集,有些則是自己的經驗整理):







1. 射不飽料

塑膠模腔內填料不足所造成的縮水,通常是由於入料量不足所引起,而入料量一般又由於射出壓力、或是塑膠製品的剖面太厚或厚薄不均差異太大所造成。

其慣用的解決的方法通常如下,目的就是增加注膠量:

  • 增加射出的壓力、延長射出的時間。 (架設同一模具,射出壓力小的條件,比射出壓力大的容易縮水。)
  • 增加入料量。
  • 提高保壓、延長保壓時間。(假設相同的模具結構,離注澆口遠的地方比較容易發生縮水的問題,因為距離注澆口越遠,其注塑壓力就越小,注塑的時候就很難保壓,自然也就所得厲害些。)
  • 加大料道澆口尺寸。
  • 將料口移到容易縮水的地方
  • 加快射出的速度。有些模具沒有預熱的系統,這時候必需要加快塑膠射出的速度,以防止塑料在模具中過早冷卻,以致於阻擋了後續的注膠量。
  • 降低射出速度。適用在有預熱系統的模具,目的是讓塑膠可以完全注塑到模據內的每個地方。
  • 通過肉厚的部位時減速。

2. 包風(Entrapped-air, Air-traps) 

「包風」是因為空氣無法有效逃離模腔以致塑膠無法有效注射入模具中的某個角落所形成的缺料問題。一般「包風」最常用的解決方法就是增加逃氣孔(vent),但是逃氣孔的地方久了會容易生成毛邊(flash)。

下列的手法也可以改變「包風」的位置或降低包風的現象:

  • 降低射出的速度。讓空氣可以有時間可以逃離模腔內,也可以將低轉角的地方射不飽料的問題,適合用在有預熱系統的模具。
  • 改變注膠道口的位置。讓塑膠料在模具內流動的路徑改變,空氣殘留的位置也會跟著變化。

3.塑膠射出後冷卻速率不均勻

大部分的物體都有所謂「熱脹冷縮」的現象,塑膠成品也是一樣,依照一定的縮水率,塑膠肉越厚的地方其縮水的尺寸也會越大。

想像一塊厚2.0cm的圓條狀塑膠成品射出後,塑膠外圍的地方因為接觸空氣,所以會先冷卻,體積也最先縮小,但是塑膠成品中間的溫度因為被包在裡面,所以一時還無法冷卻下來,這時候外邊已經開始冷卻的部份因為體積縮小了,就會去拉扯內部還沒冷卻的塑膠部份,所以越晚冷卻的地方,其體積就會變得越少。結果就是在其上下夾層的中間內外兩個圓圈的地方產生縮水痕。

想像一塊厚2.0cm的圓條狀塑膠成品射出後,塑膠外圍的地方因為接觸空氣,所以會先冷卻,體積也最先縮小,但是塑膠成品中間的溫度因為被包在裡面,所以一時還無法冷卻下來,這時候外邊已經開始冷卻的部份因為體積縮小了,就會去拉扯內部還沒冷卻的塑膠部份,所以越晚冷卻的地方,其體積就會變得越少。結果就是在其上下夾層的中間內外兩個圓圈的地方產生縮水痕。比如說一片5cm見方的成品,一樣給它厚2cm好了,其外面的四周正中心處長了一道0.5cm厚0.5cm寬的凸緣。比較薄的地方(0.5cm × 0.5cm凸緣)會先冷卻,體積也跟著縮小定型,可是比較厚的地方(中間5cm × 5cm )則在之後才慢慢冷卻下來,體積也跟著縮小,這時候就縮水就會發生上下兩面正中間的表面,因為外凸緣的地方已經先冷卻下來了,沒有地方偷肉,只好偷上下表面的肉了。

把這樣的觀念應用在某些塑膠成品厚薄不均且相差很大的設計上,比如說一片5cm見方的成品,一樣給它厚2cm好了,其外面的四周正中心處長了一道0.5cm厚0.5cm寬的凸緣。比較薄的地方(0.5cm ×0.5cm凸緣)會先冷卻,體積也跟著縮小定型,可是比較厚的地方(中間5cm×5cm)則在之後才慢慢冷卻下來,體積也跟著縮小,這時候就縮水就會發生上下兩面正中間的表面,因為外凸緣的地方已經先冷卻下來了,沒有地方偷肉,只好偷上下表面的肉了。

針對這類因為塑膠射出後冷卻速率不均勻所造成的縮水問題,其解決方法有:

  • 延長冷卻時間。有些模具會設計冷卻用的水路,水路的位置最好安置在塑膠肉比較厚的地方,也可以延長在模具內的冷卻時間。目的都是為了用來平衡塑膠各處冷卻的速度。
  • 在縮水的地方設計凹槽。既然縮水是由於冷卻比較慢所造成,偷掉一下塑膠肉(凹槽)就可以讓其接觸空氣的面積加大,也就可以加快冷卻的速度,縮水也就不會發生在這個地方。
  • 降低模溫。這樣射出後的成品溫度到冷卻後室溫的溫差可以變小。

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塑膠射出成型的三要素
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訪客留言內容(Comments)

小弟個人經驗值:在sink mark問題上,分三個方向(機構設計變更/模具設計變更/成型調整)在這中再依緊急程度來決定以哪種方式去解決它。
成型調整往往是最容易作調整驗証的階段。不同機台細分不同的成型段數,個人認為調劑量調整螺桿位置會更有效,射速/射壓比較不容易呈現出差異。最後保壓一段壓力調整塑料後縮現象。
再來從模具上確認進膠口與sink mark相對位置,遠離膠口產生要增加肉厚導流。接近膠口但產生的,就要設法阻流(可以減肉,或者設法讓塑料流程路徑變更)
最後 從 設計上考量,是否可取消此一結構,採其它方式。
以上小小經驗 也提供也大大參考…

Johnson;
謝謝您的經驗分享!

你好熊大,想請問塑膠射出造成硬力紋這情況有解嗎..因小弟不是專業但目前在內地工廠有遇到此問題需要解決,不知熊大有無此經歷能指教指點下?謝謝

小劉,
既然叫應力痕,所以消除應力痕就是要消除應力,你的應力來自何處就該去除,減少段差、均勻厚薄、順暢模流…

了解,謝謝提點

請問光滑表面要看到縮水的痕跡 大約是幾mm 肉眼才易看見

小陳,
Sorry! 你的問題無法回答。
而且這個問題對每個人的觀感也不同,還要規定多少距離,看多久,多少角度不會發現。

因為在做模流分析時 有一項數據為縮痕評估
客人都會問 到底幾條內 才算合理

小陳,
這個應該沒有統一標準,完全是客人的需求而定,因為通常會跟價錢有關係。

請問大大所言是否適用於吹氣成型?

奶瓶家,
應該有部份可以適用,理論上也是厚薄不均所造成,但吹氣成型的模具包風的現象可能會更明顯,不過個人沒有實際經驗,所以只能參考。

謝謝.


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