了解注射成型中的噴泉流動(dòng)

文/ Fimmtech公司 Suhas Kulkarni

噴泉流動(dòng)現(xiàn)象幾乎影響成型產(chǎn)品的各個(gè)方面：從填充到保壓，最終表現(xiàn)為在部件中產(chǎn)生各種缺陷，如氣泡或真空氣泡。

要想成型出美觀且符合尺寸要求的合格部件，理解噴泉流動(dòng)的基本原理及其如何在整個(gè)成型過(guò)程中發(fā)揮作用是非常重要的。

在熱塑性塑料的注射成型過(guò)程中，相對(duì)于塑料熔體的溫度，模具通常被認(rèn)為是“冷的”。如圖1 所示，成型一種PEI 材料時(shí)，模具溫度是330 °F（約165.6 ℃），這相對(duì)于750 °F（約398.9 ℃）的樹(shù)脂熔體溫度而言，依然是“冷的”。當(dāng)塑料熔體接觸到較冷的模具鋼時(shí)，會(huì)瞬間冷凝，形成一層表皮，隨后進(jìn)入的塑料則會(huì)進(jìn)一步向前流動(dòng)到該冷凝層的前方，并與前方的模具鋼接觸，繼續(xù)形成一個(gè)冷凝層。隨著熔體的不斷深入，注射開(kāi)始時(shí)形成的冷凝層會(huì)變得越來(lái)越厚，流道的橫截面會(huì)變得越來(lái)越小。這種“由內(nèi)而外”的塑料流動(dòng)仿佛是噴泉里的水流，因此被稱為噴泉流動(dòng)。

如圖2 所示，在填充階段，塑料以相對(duì)較快的速度進(jìn)入模具并形成表皮，這意味著部件的表皮總是由成型料筒中熔池前方的塑料形成，也就是最靠近噴嘴尖的塑料。如果將熔池想象成圖2所示的10 個(gè)部分，則第一到第七部分是形成部件表皮的部分。在一副冷流道模具中，噴嘴頂端的塑料最終會(huì)成為澆口上的表皮。

保壓是為了對(duì)注射之后發(fā)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)償。理論上，應(yīng)該在注射階段結(jié)束后以容量減少的速度加入塑料，在保壓階段注入的塑料來(lái)自于第八、第九和第十部分，就在螺桿尖端的正前方。

圖3 通過(guò)顏色從透明到黃色的變化反映了部件的成型過(guò)程。澆口有一個(gè)透明的表皮，熔池后面的黃色部分出現(xiàn)在澆口和部件的內(nèi)部，澆口的橫截面也清楚地顯示了這一點(diǎn)。從部件可以看出，澆口附近的區(qū)域被黃色的塑料包著，這就是最后進(jìn)入型腔用來(lái)補(bǔ)償收縮的塑料。此圖清楚地顯示了噴泉流動(dòng)。

這種噴泉流動(dòng)的物理現(xiàn)象也有助于我們理解注射成型過(guò)程的幾個(gè)階段，以及出現(xiàn)的缺陷和其他現(xiàn)象：

銀紋：這是一種常見(jiàn)的缺陷，表現(xiàn)為在部件上出現(xiàn)帶有光澤的條紋，它由熔體中的揮發(fā)物引起（如圖4 所示）。揮發(fā)物是由塑料中的水分、添加劑或塑料的降解以及熔體中混入的空氣所產(chǎn)生。揮發(fā)物處在模具表面和塑料熔體之間，阻止了熔體貼附模具鋼的紋理，從而導(dǎo)致在部件上出現(xiàn)發(fā)光或銀色的外觀。這些揮發(fā)物還可能附著在模具的表面，導(dǎo)致條紋的產(chǎn)生。

壓力限制條件: 當(dāng)塑料進(jìn)入模具并經(jīng)歷噴泉流動(dòng)時(shí)，冷凝層會(huì)變得越來(lái)越厚，流道變得越來(lái)越小（如圖5 所示）。此時(shí)塑料必須通過(guò)一個(gè)較小的通道、流過(guò)較長(zhǎng)的距離才能到達(dá)填充末端。為保持螺桿注射速度的恒定，就要不斷增加所需的壓力。如果所需的壓力達(dá)到機(jī)器的最大壓力，實(shí)際的螺桿注射速度就會(huì)減慢，這被稱為壓力限制條件，它可能會(huì)導(dǎo)致部件填充和部件質(zhì)量問(wèn)題。因此，注射速度的設(shè)置必須確保熔體前鋒在到達(dá)填充末端之前不會(huì)冷凝。

真空氣泡：真空氣泡常見(jiàn)于由硬質(zhì)材料如聚碳酸酯、丙烯酸或聚苯乙烯制成的部件的較厚部分。如果保壓不足，氣泡就會(huì)產(chǎn)生。當(dāng)塑料填充型腔時(shí)，沿型腔壁的塑料冷卻，同時(shí)內(nèi)部熔體由內(nèi)向外收縮，形成真空氣泡。真空氣泡可以被認(rèn)為是內(nèi)部凹陷，必須填補(bǔ)額外的塑料才能將其充滿，這些塑料來(lái)自于螺桿尖端前方的熔體。

氣泡：如果模具排氣不足，當(dāng)塑料流動(dòng)形成表皮時(shí)，空氣可能會(huì)被困在部件中，形成氣泡。由于空氣的存在，部件不能得到進(jìn)一步的填充，因此，排氣是解決這種缺陷的方法。

分子和纖維在表面的取向：在注射階段，熔融的塑料分子總是朝著流動(dòng)的方向取向。一旦這些取向的分子接觸到冷的模具，就會(huì)在這種取向狀態(tài)下冷凝。內(nèi)部的分子在保壓階段還沒(méi)有凝固，因此開(kāi)始松弛，這種松弛導(dǎo)致取向喪失，使得厚的部件擁有帶有定向的外層和無(wú)定向的內(nèi)層，這種情況對(duì)于采用玻璃纖維或其他纖維填充的塑料來(lái)成型部件同樣如此，玻璃纖維或其他纖維會(huì)在部件的表皮層取向。

總之，噴泉流動(dòng)在注射成型中的作用有很多。雖然它只是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念，卻對(duì)質(zhì)量有著很大的影響。因此，要想成為一個(gè)更好的加工商，就必須考慮到這一點(diǎn)。