塑料零件模流分析教程

模流分析-问题排除

塑料射出成形制程相当复杂，牵涉因素众多，当发现问题时，应该先确定制程的稳定性，确定瑕疵并非由于过度制程所引起的。排除射出成形问题并没有固定的步骤，但是，至少针对有些因为操作特性所导致的瑕疵，可以建议有效的改善方法。

8-1 包风----困气

包风(air traps)是指熔胶波前将模穴内的空气包覆，它发生在熔胶波前从不同方向的汇流，或是空气无法从排气孔或镶埋件之缝隙逃逸的情况。包风通常发生在最后充填的区域，假如这些区域的排气孔太小或者没有排气孔，就会造成包风，使塑件内部产生空洞或气泡、塑件短射或是表面瑕疪。另外，塑件肉厚差异大时，熔胶倾向于往厚区流动而造成竞流效应(race-tracking effect)，这也是造成包风的主要原因，如图8-1所示。

图8-1 熔胶波前从不同方向汇流，而造成包风。

要消除包风可以降低射出速度，以改变充填模式；或者改变排气孔位置、加大排气孔尺寸。由于竞流效应所造的包风可以藉由改变塑件肉厚此例或改变排气孔位

置加以改善排气问题。包风的改善方法说明如下：

(1)变更塑件设计：缩减肉厚比例，可以减低熔胶的竞流效。

(2) 应变更模具设计：将排气孔设置在适当的位置就可以改善排气。排气孔通常设在

最后充饱的区域，例如模具与模具交接处、分模面、镶埋件与模壁之间、顶针及模具滑块的位置。重新设计浇口和熔胶传送系统可以改变充填模式，使最后充填区域落在适当的排气孔位置。此外，应确定有足够大的排气孔，足以让充填时的空气逃逸；但是也要小心排气孔不能太大而造成毛边。建议的排气孔尺寸，结晶性塑料为0.025厘米（0.001英吋），不定形塑料为0.038厘米（0.0015英吋）。

(3)调整成形条件：高射出速度会导致喷射流，造成包风。使用较低的射出速度可以

让空气有充足的时间逃逸。

8-2 黑斑、黑纹、脆化、烧痕、和掉色

黑斑（black specks）和黑纹（black streaks）是在塑件表面呈现的暗色点或暗色条纹，如图8-2所示。褐斑或褐纹是指相同类型的瑕疵，只是燃烧或掉色的程度没那么严重而已。发生黑斑或黑纹的原因是塑料有杂质污染、干燥不当，或是塑料在料筒内待料太久而过热裂解。

图8-2 (左)黑斑和(右)黑纹

脆化（brittleness）的原因是材料裂解，使分子链变短，分子重量变低，结果使得塑件的物理性质降低。塑件脆化可能导致断裂或破坏，如图8-3所示。

图8-3 塑件脆化导致断裂

烧痕(burn marks)是塑件接近流动路径末端或包风区域的暗色或黑色小点，如图8-4所示，其形成主因是模穴内的空气无法逃逸，受压缩造成高热而烧焦。

图8-4 烧痕

掉色(discoloration)是指塑件从原始的塑料颜色发生变化的瑕疵，这可能是因为塑料裂解或污染所造成的，例如：塑料在料筒内待太长的时间；料筒温度太高，造成塑料变色；回收再研磨塑料、不同颜色塑料、来路不明塑料造成的污染。

假如射出速度太快或射出压力太高，可能导致流道系统和模穴内的气体无法在很短的充填时间内从排气孔排出，会造成包风；竞流现象加上不当的排气系统也会造成包风。结果，模绪内的空气受压缩，压力与温度升高，使得流道路径末端或包风区域的塑件表面的塑料裂解而造成烧痕。

造成塑料裂解的因素包括：

(1) 料筒温度：太高的料筒温度可能使塑料裂解，造成烧焦。塑料熔点太高可能造成

不当的料筒温度，烧坏热对偶，或者使温度控制器失效。应该降低设定的料筒温度或缩短加热时间。

(2) 高螺杆转速：塑化阶段的螺杆转速太快，造成过量的磨擦热，使材料裂解。

(3) 狭小的流动路径：熔胶流经狭小的流动路径，会造成大量的剪切热，使塑料裂解。

(4) 塑料污染：使用两种塑料射出成形时，第一种塑料在料筒内的余料可能因为第二

种塑料需要较高成形温度而烧焦。此外，受污染塑料、回收再研磨塑料都可能污染下一批次射出成形的塑料。

(5) 射出体积：假如射出量低于射出机最高射出量的20％，塑料可能因为在料筒内

待料太久而发生裂解。对于温度敏感的塑料更是如此。

塑料过热可能裂解或燃烧而造成黑斑、黑纹、脆化、烧痕、和掉色等表面瑕疵，塑料在具有刮痕的粗糙料筒内加热，等待了过长的时间就会裂解造成塑件表面瑕疵。塑料或空气中可能会有污染，其它如受污染的回收再研磨塑料、不同成分的塑料、不同颜色的塑料或是低熔点材料等等杂质都可能造成黑斑和黑纹，空气中的脏东西也会造成塑件表面的暗点。

改善这些表面瑕疵的方法说明如下：

(1)调整材料准备过程：塑料贮藏筒和料斗都应加盖，以免原料污染。设定适当的干

燥条件，过量的干燥时间或干燥温度，塑料内挥发物会被驱离，可能造成塑料脆化或裂解。塑料供货商可以提供塑料的最佳干燥条件。如果低强度材料的制程条件不恰当，可能造成脆化，可以考虑改用高强度和热安定性良好的塑料。脆化也可能是因为添加太多回收再研磨的塑料所致，尝试降低添加之回收再研磨的塑料量。更换塑料时应彻底清理射出系统，彻底清理料斗，避免塑料与料斗内不同颜色或来路不明的塑料混合。

(2)变更模具设计：在流动路径末端发现黑斑，可能是不良的排气系统所造成的。受

压缩的包风可能燃烧，造成表面瑕疵，应该改善排气系统。在模具设置适当的排气系统，以排除包风。流动路径的末端和盲孔的排气系统特别重要。建议结晶性塑料的排气孔大小为0.025 mm (0.001英吋)，不定型塑料的排气孔为0.038 mm

(0.0015英吋)。太过狭窄的竖浇道、流道、浇口、甚至塑件肉厚都可能产生过量

的剪切热，使得已经过热的材料更劣化，造成塑料裂解。可以尝试加大竖浇道、流道及／或浇口。对于导热性太低的模具材料，可以降低冷却速率来改善塑件表面条件。

(3)定期清理模具：射出成形前应先清理模具。可能是射出机的因素造成树脂堆积和

裂解，应该检查树脂流动的顺畅性，定期清理堆积废料。黑纹有可能是滑块和顶钉的润滑油脂所造成的，应定期清洁顶针和滑块。应定期清洁或抛光流道系统表面，以免这些区域累积污垢。黑纹可能是受到料筒壁面或螺杆表面污染，特别是进行两种塑料的射出成形时，前一种塑料可能还维持在料筒内，必须完全清理。

(4)选择适合模具的射出成形机规格：选择比较适合所使用塑料的螺杆，使塑料达成

一个比较好的混合熔胶状态。可以向塑料供货商要求提供适当的螺杆设计信息，以避免塑料过热而裂解。射出量一般应该维持在机器规格的20~80%。对于温度敏感的材料则使用更窄的温度范围。检查料筒／螺杆表面的刮痕或齿痕，以免累积塑料，而造成塑料过热或燃烧。检查固加热片或控制器是否失效，以免造成塑料过热。塑料射出成形之模流分析软件可以协助模具选择适当规格的射出机，如此，可以避免塑料停留在料筒内太长的时间。

(5)调整成形条件：假如料筒和喷嘴温度太高，料筒内的塑料可能过热而导致裂解，

可以降低料筒温度和喷嘴温度。另外，可以降低背压、螺杆转速、射出速度或射出压力，以避免太高的剪切热造成裂解。另外，应检查料筒和喷嘴的加热片，校准热对偶，以确定料筒和喷嘴的温度。