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專注注塑工廠降本增效改善：楊建宏

一、PP注塑成型說明要點

塑料原料的成型工藝加工過程主要是塑化，充模，冷卻定型後成為成品，是一個加溫後再冷卻的過程，也是塑料從顆粒改變到各不同形狀的過程，以下将就各個不同階段的角度去說明加工過程:、

1、螺杆

PP加工絕大部份都是靠螺杆帶動流動性，所以螺杆的設計影響非常大，口徑大小影響産出量，壓縮比大小影響壓力值也影響産出量及成品效果，這也包括多種材料(色母、添加劑及改質劑)的混煉效果。

原料流動主要靠加溫器，但原料翻動磨擦也會産生磨擦熱能促使流動性加快，所以螺杆壓縮比小帶動流動小，轉速必須加大所造成磨擦熱能必較壓縮比大的螺杆多。

所以常說塑料加工無師傅，用心了解機器性能的人就是師傅。原料受熱不隻是加溫器而已，必須連摩擦熱及滞留時間都并算在内。所以這是實務問題，經驗有助于生産問題解決及效率。螺杆如果需要混煉效果特别好，有時會設計二段式不同螺杆或雙軸螺杆并分設各段不同形式螺杆以達各式混煉效果。

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2、熔融

裝置加溫器(Heater)讓原料顆粒逐漸熔解成流體狀流動，主要以各不同原料适合溫度調節，調高溫度會趨使原料流動加快，可增加效率但不一定能保證良率，必須取得合适的平衡。

另良好的效果與PP遇高熱裂解的特性，都是生産時最好能讓原料順利流暢到模頭，以避免充料不足或回流現象的産生，回流代表原料流動較産出速率快，最後會造成平均流動效率加大等于MFR提高，是加工可利用的方法之一，但卻也造成MFR分布非常态可能導緻不穩定性加大，導緻不良率可能加大。

不過PP成品因為應用的關系都不是尺寸精密度很高的産品，所以影響還不大。

3、模具或模頭

塑料重新定型依靠的是模具或模頭，射出成型成品是立體的，模具也比較複雜更要考慮收縮率問題，其它皆為平面、條狀、針狀連續式産品模頭，若為特殊形狀則歸為異型，需要注意立即冷卻定型問題。

塑料機器的設計大部份皆像注射針筒，螺杆帶動的擠壓力量都會在小小出口造成巨大壓力，提高生産效率。當模頭設計為平面時如何讓原料平均分布整個面上，衣架模頭的設計就十分重要，講究的壓出機會增加魚鰓式幫浦穩定原料供應量。

4、冷卻

射出模具除了澆道澆口灌注原料外，也有冷卻水道冷卻原料設計。壓出成型則靠滾輪内冷卻水道來達成冷卻效果，除外也有風刀，冷卻水直接淋在吹袋上，以及中空吹氣等冷卻方式。

5、延伸

成品再加工延伸會增強效果，例如打包帶靠前後滾輪帶動速率不一即造成延伸效果，成品配向延伸部份抗張拉力加強不易撕斷，但橫向就極容易撕開。

分子量分布也會影響高速生産時的延伸效果，所有壓出成品包括纖維都有不等的延伸，真空及壓空成型也可視為延伸的另一種形式。

6、收縮

任何原料都有收縮率的問題，收縮原因來自熱脹冷縮與結晶形成時産生内應力所造成。一般而言熱脹冷縮較易克服，可在加工上以延長冷卻時間，持續保壓即可做好，結晶原料較非結晶往往有更大的收縮差異。

以PP而言約在千分之十六，但ABS僅千分之四左右，差異很大這部份要在模具上克服，或者往往添加減少收縮率的添加劑克服，壓出平闆也常添加LDPE去改善頸縮的問題。

7、典型應用範圍

汽車工業(主要使用含金屬添加劑的PP：擋泥闆、通風管、風扇等)，器械(洗碗機門襯墊、幹燥機通風管、洗衣機框架及機蓋、冰箱門襯墊等)，日用消費品(草坪和園藝設備如剪草機和噴水器等)。

二、PP常見的注塑成形缺陷

1、欠注

故障分析及排除方法：

（1）工藝條件控制不當。應适當調整。

（2）注塑機的注射能力小于塑件重量。應換用較大規格的注塑機。

（3）流道和澆口截面太小。應适當加大。

（4）模腔内熔料的流動距離太長或有薄壁部分。應設置冷料穴。

（5）模具排氣不良，模腔内的殘留空氣導緻欠注。應改善模具的排氣系統。

（6）原料的流動性能太差。應換用流動性能較好的樹脂。

（7）料筒溫度太低，注射壓力不足或補料的注射時間太短也會引起欠注。應相應提高有關工藝參數的控制量。

2、溢料飛邊

故障分析及排除方法：

（1）合模力不足。應換用規格較大的注塑機。

（2）模具的銷孔或導銷磨損嚴重。應采用機加工方法進行修複。

（3）模具的合模面上有異物雜質。應進行清除。

（4）成型模溫或注射壓力太高。應适當降低。

3、表面氣孔

故障分析及排除方法：

（1）厚壁塑件的模具流道及澆口尺寸較小時容易産生表面氣孔。應适當放大流道和澆口尺寸。

（2）塑件壁太厚。在設計時應盡量減少壁厚部分。

（3）成型溫度太高或注射壓力太低都會導緻塑件表面産生氣孔。應适當降低成型溫度，提高注射壓力。

4、流料痕

故障分析及排除方法：

（1）熔料及模溫太低。應适當得高料筒和模具溫度。

（2）注射速度太慢。應适當加快注射速度。

（3）噴嘴孔徑太小。應換用孔徑較大的噴嘴。

（4）模具内未設置冷料穴。應增設冷料穴。

5、銀條絲

故障分析及排除方法：

（1）成型原料中水分及易揮發物含量太高。應對原料進行預幹燥處理。

（2）模具排氣不良。應增加排氣孔，改善模具的排氣性能。

（3）噴嘴與模具接觸不良。應調整兩者的位置及幾何尺寸。

（4）銀條絲總是在一定的部位出現時，應檢查對應的模腔表面是否有表面傷痕。如有表面傷痕的複映現象，應采取機加工方法去除模腔表面傷痕。

（5）不同品種的樹脂混合時，會産生銀條痕。應防止異種樹脂混用。

6、熔接痕

故障分析及排除方法：

（1）熔料及模具溫度太低。應提高料筒及模具溫度。

（2）澆口位置設置不合理。應改變澆口位置。

（3）原料中易揮發物含量太高或模具排氣不良。應除去原料内的易揮發物質及改善模具的排氣系統。

（4）注射速度太慢。應适當加快。

（5）模具内未設置冷料穴。應增設冷料穴。

（6）模腔表面有異物雜質。應進行清潔處理。

（7）澆注系統設計不合理。應改善澆注系統的充模性能，使熔料在模腔中流動順暢。

7、黑條及燒焦

故障分析及排除方法：

（1）注塑機規格太大。應換用規格較小的注塑機。

（2）樹脂的流動性能較差。應使用适量的外部潤滑劑。

（3）注射壓力太高。應适當降低。

（4）模具排氣不良。應改善模具的排氣系統，增加喬氣孔或采用鑲嵌結構，以及适當降低合模力。

（5）澆口位置設置不合理。應改變澆口位置，使模腔内的熔料均勻流動。、

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8、氣泡

故障分析及排除方法：

（1）澆口及流道尺寸太小。應适當加大。

（2）注射壓力太低。應适當提高。

（3）原料内水分含量太高。應對原料進行預幹燥處理。

（4）塑件的壁厚變化太大。應合理設計塑件的形體結構，避免壁厚急變。

9、龜裂及白化

故障分析及排除方法：

（1）熔料及模具溫度太低。應提高料筒及模具溫度。

（2）模具的澆注系統結構設計不合理。應改善模具流道及澆口結構，使熔料在充模時不産生紊流。

（3）冷卻時間太短。應适當延長冷卻時間。

（4）脫模的頂出裝置設計不合理。最好采用氣動脫模裝置。

（5）注射速度和壓力太高。應适當降低。

10、彎曲變形

故障分析及排除方法：

（1）模具溫度太高或冷卻不足。應适當降低模具溫度或延長冷卻時間，對于細長塑件可采取胎具固定後冷卻的方法。

（2）冷卻不均勻。應改善模具的冷卻系統，保證塑件冷卻均勻。

（3）澆口選型不合理。應針對具體情況，選擇合理的澆口形式。一般情況下，可采用多點式澆口。

（4）模具偏芯。應進行檢查和校正。

11、脫模不良

故障分析及排除方法：

（1）注射速度和壓力太高。應适當降低。

（2）模具型腔表面光潔度太差。應通過研磨及電鍍等方法提高其表面光潔度。

（3）模具溫度及冷卻條件控制不當。當塑件在模芯處粘模時，應提高模具溫度和縮短冷卻時間；如果塑件在型腔表面處粘模時，應降低模具溫度和延長冷卻時間。

（4）脫模機構的頂出面積太小。應加大頂出面積。

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12、收縮變形

故障分析及排除方法：

（1）保壓不足。應适當延長補料的注射時間。

（2）注射壓力不足。應适當提高。

（3）模具溫度太高。應适當降低。

（4）澆口截面積太小。應适當加大。

（5）加工溫度太低。應适當提高料筒溫度。

13、真空孔

故障分析及排除方法：

（1）保壓不足。應适當延長補料的注射時間。

（2）模具溫度太低，料筒溫度太高。應适當提高模具溫度，降低料筒溫度。

（3）注射壓力不足。應适當提高。

（4）原料的流動性能太好。應換用熔體指數較低的樹脂。

三、長玻纖增強PP注塑工藝及方式

長玻纖增強型聚丙烯（PP）部件通常由注塑長玻纖粒料制成。一種新型一步式工藝可将聚丙烯和玻璃纖維配混在一起，直接生産注塑部件。兩種方法各具特色，采取何種方式，應根據部件生産的特性而定。

在汽車工程中，儀表闆、前端部件和車身底部元件越來越多地采用玻纖增強型聚丙烯制成。聚丙烯具有密度低、材料成本低、便於回用等特點，因此，在上述應用領域逐漸取代工程塑料和金屬。但是，如果長玻纖增強材料增強彈性模量和沖擊強度，聚丙烯隻能滿足機械規範。

部件由注塑或壓塑玻纖增強型PP制成。在壓塑工藝中，起始材料通常是玻纖氈熱塑性塑料（GMT）增強型PP制成的半成品闆材。由於其纖維較長且具有各向同性特點，傳統型GMT壓塑通常能生産出機械特性優良的部件。但是，GMT生産工藝十分複雜。因此，半成品成本相對較高。

借助最新的技術發展，現可對PP和玻璃纖維進行在線配混，然後進行直接壓塑。随着工藝技術的各項發展，壓塑與注塑相比具有諸多弊端。多數情況下，部件必須進行再次加工。壓塑部件中的開孔通常隻能在下遊沖壓過程中形成。這樣，就會造成廢料，從而增加總體成本。

1、玻纖增強注塑的表現

纖維和基材之間良好的粘合，對於部件的機械特性十分關鍵。與直接加工模塑料和長玻纖粒料相比，GMT可提供更高的強度和沖擊強度。由於纖維和纖維長絲能很好地粘固，長絲分布均勻，從而形成針刺氈結構，具有多種優勢。

但是，與直接注射或通過長纖維粒料注射的模塑料相比，如果壓塑過程中流徑過長，上述優勢就不複存在。由於注塑能在部件中形成纖維取向，如果針對産生的應力進行合理設計，可部分抵消缺乏針刺性能的弊端。

現以複合材料中纖維結構破損對加工方法作出結論。纖維結構破損包括纖維斷裂、纖維脫粘、纖維拔脫等形式。全面利用纖維強度時，必須确保纖維長度長於所謂的臨界纖維長度。對於PP和玻璃構成的纖維/基材複合材料，臨界纖維長度（LC）的相應文獻值為1.3毫米~3.1毫米。采用特别偶聯劑，可産生高達0.9毫米的數值。

可根據實際纖維長度和臨界纖維長度之間的比例推斷纖維基材偶聯的質量。如果部件的實際纖維長度大於臨界纖維長度，則纖維易於斷裂。如果低於臨界纖維長度，則可能出現纖維拔脫。

這主要是指纖維/基材界面出現斷裂，這一現象通常發生於纖維長度一般為0.2毫米~0.6毫米的切斷纖維配混料。

嚴格來說，纖維中殘馀的增強纖維的長度與設計無關。對於部件設計來說，強度、剛性、沖擊強度等機械特性更加重要。這些特性雖然是纖維長度的一部份功能，但是，其關系十分複雜。

因此，僅通過纖維長度分析，隻能達到目前的目标，不過，對於獲取趨勢信息而言，确實是一種十分實用的參數。

2、部件中纖維長度

在長玻纖增強型聚丙烯的加工過程中，必須确保将最長的纖維混入部件中，這樣才能在複合材料中産生最佳的機械特性。

但是，目前尚無可靠的方法避免纖維在施加機械應力時斷裂，無法避免由此引起纖維在配混和注塑過程中縮短。含纖維的熔體注入模具時，會對纖維造成最大的損壞。

然而，合理的設計可降低纖維縮短的幅度。同時，熔融過程也會大幅度影響纖維的長度。就此而言，注塑機和注塑配混機（IMC）具有極大的差别。

采用注塑機加工時，最初纖維長度受粒料的尺寸（一般為10毫米~25毫米）限制。長玻纖廠商提供護套粒料和拉擠粒料。在拉擠粒料中，纖維在熔體槽中由基材浸潤，然後集結成小捆。

這一方式可令基材均勻浸泡所有纖維。在護套粒料中，纖維和基材共擠在一起。注塑機必須在熔融過程中溶解纖維塊，然後用基材徹底浸潤纖維。

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熔融過程中，纖維的受損程度随流阻降低而下降。流道斷面較大時，對纖維的損害較小。因此，加工長玻纖粒料時，應對螺杆構型和止逆閥進行相應改進。

當粒料進行注塑時，纖維經曆整個熔融過程。機械應力将在纖維上維持相當長的時間。塑化開始時會在纖維上産生很大的力度，因為基材在這一階段尚未完全熔融。有些纖維被夾入并承受巨大的剪切力。

相比之下，注塑配混機在沒有纖維的前提下熔融純基材。纖維在基材熔融後才加入，因此，承受的機械應力較小。

這一方法對纖維的損害與注塑機熔融相比較小，纖維的平均長度增大。采用注塑配混機可将無接頭粗紗（不是切斷的線材）直接混入熔體中。雖然螺杆旋轉會将粗紗攪斷為較短的碎片，但是，纖維的最終長度相對較長。

3、經濟角度

起始材料的價格是生産纖維增強型PP部件的關鍵。與GMT半成品相比，用於注塑的長玻纖粒料的價格較低。然而，加工商比購買獨立部件時卻支付更高的粒料價格。對於二次加工商來說，注塑配混機的主要優勢之一是，起始材料價格比長纖維粒料價格低，材料成本在部件生産成本中占有的比例降低。

在注塑機上将玻纖增強型聚丙烯作為粒料加工所占的投資較注塑配混機較小。然而，也可對現有注塑機上的塑化裝置進行改造或更換，使之适合於加工長玻纖粒料。即使不能進行改造而必須安裝新機械，注塑所需的投資也相對較低。增設注塑配混機所需的雙螺杆擠塑機隻會使設備複雜化。

4、注塑機還是注塑配混機

除了上述關於纖維長度在部件中均勻分布的優勢之外，注塑配混機還能在起始材料方面節省成本，但是，這一潛力隻能在追加投資的前提下才能實現。

因此，是選擇注塑機還是注塑配混機，應由生産部件的重量和産量決定。如果産量較高，注塑配混機可體現其優勢。

原因在於，購買起始材料時所節省的成本很快就會超過購買設備的基本投資，因此，短時間内就會完成投資分攤。如果部件較小且産量較低，用注塑機進行長玻纖加工較為合算，因為注塑機的投資較小。

注塑配混機可提高加工商的生産靈活性，能根據具體要求而定制材料。加工商可對基材/纖維/定型系統進行修改，使部件中的纖維含量完全符合各項技術規定的要求。加工粒料時，隻有在某種條件下才能進行這一選擇性修改，原因在於廠商隻提供特定纖維含量的粒料。

如果要改變纖維含量才進行傳統注塑，加工商必須将長玻纖粒料與未增強的聚丙烯混合，這一步驟會對機械和材料供給系統提出附加要求。

然而，由於注塑配混機在材料組分方面向加工商提供了較高的自由度，這樣，會增加産品責任和加工商責任。現在，加工商必須承擔質量保證責任，還需承擔先前加諸於粒料廠商的擔保責任。但是，這也存在巨大的未來機遇。采用注塑配混機，加工商可實現大幅度增值。

總結來說，長玻纖增強PP部件可由改性注塑機和配混機生産，何者較佳視乎生産條件而定。注塑配混的優點是初始原料投資較低，對纖維的損害較小，也可保留較長的纖維，但較适用於産量大、要求符合很高機械規格的部件。如果部件尺寸小、産量細，則以使用傳統注塑機為佳。

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