在塑料注塑成型工藝中,虎皮紋(也稱流紋、波紋或流動痕)是一種常見的表面缺陷,表現為在制件表面出現的類似老虎皮毛的波浪狀或條紋狀紋理。這不僅影響產品外觀,降低其商業價值,在極端情況下也可能暗示內部結構不均,影響制件的力學性能。因此,深入理解其成因并采取有效對策,是提升注塑產品質量的關鍵環節。
一、虎皮紋的主要形成原因
虎皮紋本質上是熔體在型腔內流動不穩定所導致的。其具體成因復雜,通常是多種工藝因素與材料特性共同作用的結果,主要可歸納為以下幾個方面:
- 熔體流動前沿的不穩定“泉涌”:這是最核心的物理機制。當熔體以“粘-滑”方式流動時,熔體前沿的推進速度發生周期性波動。速度較快時,熔體因剪切變稀而粘度降低,前沿以較薄的層狀鋪展;速度驟降時,粘度增大,前沿堆積形成較厚的“波紋”。這種周期性的薄厚交替,在制件表面固化后就形成了可見的虎皮紋。
- 工藝參數設置不當:
- 注射速度過快或過慢:過快易導致熔體剪切過度、湍流;過慢則使熔體前沿冷卻過快,流動性變差,二者都可能引發流動不穩定。
- 熔體溫度與模具溫度過低:溫度不足會顯著提高熔體粘度,增加流動阻力,使熔體難以平穩充填,前沿易發生滯流和波動。
- 保壓壓力與時間不足:無法有效補償收縮,可能導致已形成的紋路被加深或固化。
- 材料因素:
- 樹脂流動性差:高粘度或熔融指數(MI)過低的材料更易產生流動痕。
- 添加劑與色母影響:某些潤滑劑、色粉或填料可能改變熔體的流變特性,或在流動中發生分離、取向,形成可見條紋。
- 原料干燥不充分:含濕氣在高溫下汽化,形成微小氣泡,干擾熔體前沿的平穩流動。
- 模具設計與澆注系統問題:
- 澆口尺寸過小或位置不當:造成熔體進入型腔時初始噴射或過度剪切。
- 流道與型腔截面變化劇烈:熔體流經突然變寬或變窄的區域時,流速和剪切率突變,易引發不穩定流動。
- 模具排氣不良:困在型腔內的氣體阻礙熔體平穩推進,被壓縮的氣體可能使熔體前沿產生波動。
- 模溫不均勻:局部溫差導致熔體冷卻速度不一,流動前沿推進不一致。
二、系統性解決措施
解決虎皮紋問題需從材料、工藝、模具三方面進行系統排查與優化,遵循“先工藝、后模具、再材料”的常規調試順序。
1. 優化注塑工藝參數
* 調整注射速度:采用“慢-快-慢”的多段注射控制。初始低速通過澆口,防止噴射;中段高速充填,確保熔體前沿平穩、快速推進,避免冷卻過快;末端減速,利于排氣和減少內應力。找到能維持穩定流動的最佳速度是關鍵。
- 提高熔體與模具溫度:適當提高料筒溫度和模具溫度(特別是靠近澆口區域),能有效降低熔體粘度,改善流動性,使熔體前沿更平穩地鋪展。需注意防止溫度過高導致材料降解。
- 優化保壓設置:施加足夠的保壓壓力和時間,以壓實熔體、補償收縮,有時可以使表面紋路變得不明顯。
- 確保原料充分干燥:嚴格按照材料供應商的推薦進行預干燥,排除水分干擾。
2. 改進模具設計與維護
* 優化澆注系統:適當增大澆口尺寸(如采用扇形澆口、薄膜澆口),或調整澆口位置,使熔體能以“鋪展流”而非“噴射流”進入型腔。拋光流道與澆口,減少流動阻力。
- 改善排氣:在熔體流動末端、可能困氣的位置增設或擴大排氣槽(深度通常為0.01-0.03mm),確保氣體能順暢排出。
- 確保模溫均勻:檢查并優化冷卻水路設計,必要時使用模溫機進行精確控溫,減少區域溫差。對于高光表面要求的產品,可采用變模溫技術(如蒸汽加熱)。
- 拋光型腔表面:極高光潔度的型腔表面有助于減少流動阻力,使熔體鋪展更均勻。
3. 材料選擇與處理
* 選用更高流動性的牌號:在滿足產品力學性能的前提下,選擇熔融指數(MI)更高、加工窗口更寬的樹脂。
- 評估并更換添加劑/色母:與供應商溝通,嘗試使用分散性更好、與基料相容性更佳的色母或添加劑。
- 考慮添加流動促進劑:在允許的情況下,添加少量合適的流動促進劑以改善熔體流動性。
虎皮紋是注塑過程中流動不穩定性的直觀體現。解決這一問題需要結合具體的產品、材料和模具,進行細致的觀察與科學的實驗(如DOE),通過系統性地調整工藝參數、優化模具設計及合理選材,方能從根本上消除或減輕這一缺陷,獲得外觀與內在質量俱佳的塑料制件。