了解注射成型中的喷泉流动

文/ Fimmtech公司 Suhas Kulkarni

喷泉流动现象几乎影响成型产品的各个方面：从填充到保压，最终表现为在部件中产生各种缺陷，如气泡或真空气泡。

要想成型出美观且符合尺寸要求的合格部件，理解喷泉流动的基本原理及其如何在整个成型过程中发挥作用是非常重要的。

在热塑性塑料的注射成型过程中，相对于塑料熔体的温度，模具通常被认为是“冷的”。如图1 所示，成型一种PEI 材料时，模具温度是330 °F（约165.6 ℃），这相对于750 °F（约398.9 ℃）的树脂熔体温度而言，依然是“冷的”。当塑料熔体接触到较冷的模具钢时，会瞬间冷凝，形成一层表皮，随后进入的塑料则会进一步向前流动到该冷凝层的前方，并与前方的模具钢接触，继续形成一个冷凝层。随着熔体的不断深入，注射开始时形成的冷凝层会变得越来越厚，流道的横截面会变得越来越小。这种“由内而外”的塑料流动仿佛是喷泉里的水流，因此被称为喷泉流动。

如图2 所示，在填充阶段，塑料以相对较快的速度进入模具并形成表皮，这意味着部件的表皮总是由成型料筒中熔池前方的塑料形成，也就是最靠近喷嘴尖的塑料。如果将熔池想象成图2所示的10 个部分，则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，喷嘴顶端的塑料最终会成为浇口上的表皮。

保压是为了对注射之后发生的收缩进行补偿。理论上，应该在注射阶段结束后以容量减少的速度加入塑料，在保压阶段注入的塑料来自于第八、第九和第十部分，就在螺杆尖端的正前方。

图3 通过颜色从透明到黄色的变化反映了部件的成型过程。浇口有一个透明的表皮，熔池后面的黄色部分出现在浇口和部件的内部，浇口的横截面也清楚地显示了这一点。从部件可以看出，浇口附近的区域被黄色的塑料包着，这就是最后进入型腔用来补偿收缩的塑料。此图清楚地显示了喷泉流动。

这种喷泉流动的物理现象也有助于我们理解注射成型过程的几个阶段，以及出现的缺陷和其他现象：

银纹：这是一种常见的缺陷，表现为在部件上出现带有光泽的条纹，它由熔体中的挥发物引起（如图4 所示）。挥发物是由塑料中的水分、添加剂或塑料的降解以及熔体中混入的空气所产生。挥发物处在模具表面和塑料熔体之间，阻止了熔体贴附模具钢的纹理，从而导致在部件上出现发光或银色的外观。这些挥发物还可能附着在模具的表面，导致条纹的产生。

压力限制条件: 当塑料进入模具并经历喷泉流动时，冷凝层会变得越来越厚，流道变得越来越小（如图5 所示）。此时塑料必须通过一个较小的通道、流过较长的距离才能到达填充末端。为保持螺杆注射速度的恒定，就要不断增加所需的压力。如果所需的压力达到机器的最大压力，实际的螺杆注射速度就会减慢，这被称为压力限制条件，它可能会导致部件填充和部件质量问题。因此，注射速度的设置必须确保熔体前锋在到达填充末端之前不会冷凝。

真空气泡：真空气泡常见于由硬质材料如聚碳酸酯、丙烯酸或聚苯乙烯制成的部件的较厚部分。如果保压不足，气泡就会产生。当塑料填充型腔时，沿型腔壁的塑料冷却，同时内部熔体由内向外收缩，形成真空气泡。真空气泡可以被认为是内部凹陷，必须填补额外的塑料才能将其充满，这些塑料来自于螺杆尖端前方的熔体。

气泡：如果模具排气不足，当塑料流动形成表皮时，空气可能会被困在部件中，形成气泡。由于空气的存在，部件不能得到进一步的填充，因此，排气是解决这种缺陷的方法。

分子和纤维在表面的取向：在注射阶段，熔融的塑料分子总是朝着流动的方向取向。一旦这些取向的分子接触到冷的模具，就会在这种取向状态下冷凝。内部的分子在保压阶段还没有凝固，因此开始松弛，这种松弛导致取向丧失，使得厚的部件拥有带有定向的外层和无定向的内层，这种情况对于采用玻璃纤维或其他纤维填充的塑料来成型部件同样如此，玻璃纤维或其他纤维会在部件的表皮层取向。

总之，喷泉流动在注射成型中的作用有很多。虽然它只是一个简单的概念，却对质量有着很大的影响。因此，要想成为一个更好的加工商，就必须考虑到这一点。