陶永亮·，邱 峰，黃登懿，任登安，趙 勇

（1.重慶川儀工程塑料有限公司，重慶 400712；2.重慶科技學(xué)院，重慶 401331；3.四川長(zhǎng)虹模塑科技有限公司，四川綿陽(yáng) 621000；4.重慶工信職業(yè)學(xué)院，重慶 400043；5.重慶市輕工業(yè)學(xué)校，重慶 400709）

1 引言

注射模澆注系統(tǒng)的功能是為注塑機(jī)料筒中已經(jīng)塑化的熔料輸送到模腔提供一個(gè)通道，對(duì)于材料不同澆注系統(tǒng)選擇也有所不同。聚碳酸酯（簡(jiǎn)稱PC）材料具有特殊要求的一種工程塑料，用途廣泛。在制品成型的整個(gè)過(guò)程中，制品的顏色、色澤、質(zhì)感和光澤等特征的外觀質(zhì)量、批量效益都與澆注系統(tǒng)的選擇息息相關(guān)，對(duì)PC澆注系統(tǒng)的要求應(yīng)該從流變觀點(diǎn)考慮和從加工著觀點(diǎn)考慮，選擇澆注系統(tǒng)、澆口類型和澆口位置都有著重要的作用。本文以PC特例，講述PC材料性能、澆注系統(tǒng)選擇、澆口類型等，結(jié)合汽車燈具案例做些分享。

2 PC材料性能及應(yīng)用

聚碳酸酯（PC）是分子鏈中含有碳酸酯基（-OROCO-）的一類高分子聚合物總稱，隨著R基種類的不同，可分為脂肪族PC、芳香族PC、脂肪族PC，目前僅雙酚A（BPA）型芳香族PC獲得工業(yè)化生產(chǎn)，故稱PC即雙酚A型芳香族PC（Polycarbonate）[1～2]。

PC具有較好的機(jī)械性能、電學(xué)性能和成型加工性能，PC材料熔融指數(shù)（體積）2.2～17.5g/10min，較低的指數(shù)適應(yīng)普通設(shè)備擠塑，較高的指數(shù)適應(yīng)普通設(shè)備注塑[3～5]，在汽車及燈具制造領(lǐng)域、食品包裝、電子電器、眼鏡及光學(xué)透鏡、醫(yī)療器具、航天航空等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

PC屬于極性高分子，其表面自由能較高，表面濕張力在40dyn/cm（1dyn/cm=1mN/m）以上，與鍍鋁層結(jié)合力較好，宜作無(wú)底鍍，即在塑料表面直接鍍鋁（不需要噴底漆）再鍍保護(hù)膜，使鍍層具有亮麗的金屬光澤等[6]。當(dāng)然PC也有一些不足之處，塑件內(nèi)應(yīng)力較大，表面硬度較差，耐候性較差等，這些都可以通過(guò)后續(xù)措施得以改進(jìn)。

3 PC澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)

3.1 澆注系統(tǒng)影響因素

流變學(xué)包括聚合物溶體流變學(xué)和塑料加工流變學(xué)。從流變學(xué)角度考慮，注塑過(guò)程是塑料溶體充填的過(guò)程被認(rèn)為是粘性非等溫不可壓縮流動(dòng)與傳熱過(guò)程[7]。模具澆注系統(tǒng)能保證溶體要以平穩(wěn)地輸送到模腔、低剪切、料溫升高小、低的壓力損耗等，減少注塑件成型缺陷，獲得更為合理的流動(dòng)性能，讓澆注系統(tǒng)可使溶體在澆道中運(yùn)動(dòng)接近等溫流動(dòng)狀態(tài)，避免經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足[8～9]。從加工這觀點(diǎn)考慮，少的流道廢料、縮短成型周期、盡可能自動(dòng)脫澆口、寬的加工窗口、不可見的澆口痕跡、無(wú)故障生產(chǎn)等，兩種不同角度考慮，前者以技術(shù)質(zhì)量為主，后者以經(jīng)濟(jì)效益為主，兩者兼顧好才是最好的。

澆注系統(tǒng)中澆口也叫進(jìn)料口，其設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)聚合物熔體填充模具型腔時(shí)的流動(dòng)行為以及最終塑料成型質(zhì)量，起著至關(guān)重要的作用，而分流道的截面積尺寸的大小則影響著熔體在流動(dòng)過(guò)程中溫度與壓力損失及澆注系統(tǒng)凝料的多少[10]。研究模具澆口尺寸和流道截面積尺寸，對(duì)注塑填充性能的影響，根據(jù)塑料溶體流變行研究為對(duì)澆口設(shè)計(jì)有重要的意義。

3.2 PC澆注系統(tǒng)的選擇

注射模澆口類型選擇應(yīng)適應(yīng)塑件成型的需要。而澆口的位置則影響著熔體在型腔內(nèi)的流動(dòng)方向、型腔氣體的排放、熔接痕的形成以及塑料件變形的大小等。通過(guò)控制澆口尺寸的大小，可以控制熔體的流動(dòng)速度和澆口處熔體冷凝的速度[11]。對(duì)于一模多腔，需要各澆口的平衡進(jìn)料；對(duì)于單型腔多澆口模具，可以控制熔接痕的位置。澆口尺寸小，流道凝料與塑件容易分離，減小澆口尺寸，可以增加熔體的剪切速率，使熔體與壁面之間摩擦熱增多，降低熔體粘度，提高熔體的流動(dòng)性[12～13]，壓力再次得以減少。由此并非加大澆口的截面尺寸就一定能改善充模情況[14]。一般來(lái)說(shuō)，較小的澆口截面尺寸可提高熔體的剪切速率，降低熔體的表面黏度，從而減小熔體的壓力降，這也是小澆口應(yīng)用較多的原因[15]。

由于PC的特征，筆者經(jīng)過(guò)多年的了解和總結(jié)，最終選擇的側(cè)澆口適合PC材料澆口形式（同樣適合一個(gè)塑件兩點(diǎn)進(jìn)料），如圖1所示。側(cè)澆口形狀結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，包括整個(gè)澆注系統(tǒng)，容易加工；去除澆口比較容易，用剪刀、夾鉗或者小刀都容易下刀，不會(huì)損傷到塑件表面；進(jìn)膠澆口厚度0.4～0.8mm，過(guò)厚冷卻長(zhǎng)，延長(zhǎng)成型周期；澆口寬度在5～15mm以內(nèi)，可以選擇寬度，少選厚度。進(jìn)料澆道長(zhǎng)度在20～100mm，甚至還可以長(zhǎng)些；進(jìn)膠直澆道（主澆道）的長(zhǎng)度≤160mm，有這樣長(zhǎng)的直澆道和進(jìn)料澆道只有PC可以，擁有很好的熔融指數(shù)（配有模溫機(jī)），澆橋距離3～8mm。流道也是熱塑性注射模設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)之一，最主要的條件是以盡可能小變化的溫度和壓力通過(guò)流道輸送熔融塑料并同時(shí)充滿所有型腔，采用何種流道形式是設(shè)計(jì)關(guān)鍵所在[16]。

圖1 PC側(cè)澆口示意圖

不同流道截面積類型對(duì)塑件的熱變形并無(wú)顯著影響，圓截面流道的溶體流道阻力最小，熱量不容易散失。從加工方面來(lái)考慮，圓截面積流動(dòng)需要在動(dòng)模和定模兩邊同時(shí)加工并精確對(duì)齊組合而成，最好在澆道設(shè)置冷料井和頂桿，具體部位如圖2所示。澆口的位置可以盡量避免塑件結(jié)構(gòu)薄弱之處熔接痕產(chǎn)生，減少殘余應(yīng)力，提高塑件強(qiáng)度和外觀質(zhì)量。

圖2 PC側(cè)澆口結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 PC塑件澆口分享

圖3所示為4件PC車燈塑件及澆口情況。圖3a為汽車前燈配光鏡（透明燈罩），外觀要求很高，單件投影面積約70,000mm2，單件塑件重400g樣子在1,000t注塑機(jī)上完成，用3臺(tái)模溫機(jī)分別接動(dòng)定模鑲塊和?？虻?。澆口選擇側(cè)澆口，進(jìn)料澆道長(zhǎng)度≤100mm（從直澆口到塑件邊緣），澆道圓截面積φ12mm，澆口寬度12～15mm，進(jìn)膠澆口厚度0.8～1.0mm可成型出塑件能達(dá)到表面要求。圖3b為灰色前燈飾圈，需要鍍鋁處理，表面無(wú)瑕疵，塑件重60g樣子在160t注塑機(jī)上完成，澆口選擇側(cè)澆口，進(jìn)料澆道長(zhǎng)度35mm（從直澆口到塑件邊緣，圓弧型），澆道圓截面積φ6mm，澆口寬度與進(jìn)膠厚度分別6mm和0.6mm。圖3c為明藍(lán)色倒車燈內(nèi)配鏡，塑件重30g樣子在120t注塑機(jī)上完成，由于是一模一件還是澆口選擇側(cè)澆口，澆道圓截面積φ6mm，澆口寬度與進(jìn)膠厚度分別10mm和0.4mm。圖3d為內(nèi)配鏡塑件，單件塑件重40g，異型面分型，直澆口長(zhǎng)度有160mm多，考慮到塑件上有些孔洞，澆口從孔洞端頭進(jìn)料，主澆道長(zhǎng)160mm，進(jìn)料澆道長(zhǎng)度有100～110mm（從直澆口到塑件邊緣），澆道圓截面積φ6mm，成型出塑件很漂亮，熔接痕很小不明顯。一般情況會(huì)選擇在主澆道附近直接在塑件中間進(jìn)料，這樣端頭上熔接痕了很明顯，并且無(wú)法消除。

圖3 側(cè)澆口案例示意圖

3.4 PC塑件澆口注意事項(xiàng)

PC塑件用側(cè)澆口，其它進(jìn)料澆口在選擇中一定要考慮好，并不是其它澆口不好使用，而是慎重選擇。筆者列舉一些注意事項(xiàng)。

（1）PC塑件盡量不用針閥熱流道。

針閥式熱流道根據(jù)注射原理分為氣缸式和彈簧式，其中彈簧式依靠彈簧和注射壓力的平衡控制針閥開關(guān)[17]。一般使用彈簧式澆口多，調(diào)試和維修費(fèi)用較高。容易出現(xiàn)問(wèn)題是澆口處溫度高有光圈，溫度低有冷斑。表面有明顯的澆口痕跡，閥針應(yīng)突出0.2mm，與閥針調(diào)整控制有關(guān)，如圖4所示。有飛邊，與錐度配合有關(guān)。澆口溫度低，澆口周圍時(shí)有銀絲，澆口處表面度粗糙度值很大，針閥頂端沒(méi)有做拋光處理等，如圖5所示。一般開始加工的半天塑件表面問(wèn)題較多。

圖4 針閥式熱流道進(jìn)料部分示意圖

圖5 針閥式熱流道塑件缺陷示意圖

（2）PC零件盡量不用扇形澆口。

圖6所示的是手機(jī)外殼，屬于薄壁件，一模出兩件，注射壓縮成型，扇形澆口進(jìn)膠。塑件成型中存在成型周期長(zhǎng)，彩虹紋，兩邊厚度不一致的問(wèn)題。成型厚度在0.7mm還可以，想做到0.63～0.65mm存在上述問(wèn)題。后來(lái)按照常規(guī)側(cè)澆口進(jìn)行改進(jìn)，較好地消除彩虹紋，兩邊厚度得到控制。

圖6 薄壁件示意圖

（3）PC零件盡量不用潛伏式澆口。

如圖7所示是牌照燈配光鏡，是一個(gè)薄片件，單件重量4g，采用潛伏式澆口進(jìn)料，為了進(jìn)膠專門從8.5mm尺寸臺(tái)階上做延長(zhǎng)，讓進(jìn)膠點(diǎn)在延長(zhǎng)段上，塑件出模后再用工具去掉延長(zhǎng)段，有時(shí)員工沒(méi)有把進(jìn)膠延長(zhǎng)段去掉送出廠的，如圖8所示。關(guān)鍵是頂出桿每次頂斷澆口時(shí)所切削下來(lái)的料霄不一定被頂出模具外，而往往吸附在模具表面上，員工關(guān)門下一模注射時(shí)料霄被注射在塑件表面上，導(dǎo)致整個(gè)塑件報(bào)廢，浪費(fèi)較大。

圖7 牌照燈配光鏡示意圖

圖8 配光鏡潛伏式澆口示意圖

（4）PC零件盡量不用點(diǎn)澆口。

有一儀表殼，有外觀質(zhì)量要求。塑件重量50g，采用點(diǎn)澆口進(jìn)料，位置選在大圓與小圓之間，做出的塑件點(diǎn)澆口處有冷料斑和拉裂，塑件不合格，如圖9所示。后來(lái)經(jīng)筆者提議進(jìn)料位置放在旁邊的小圓柱頂上，進(jìn)料直徑φ1.8mm，結(jié)果做出的塑件情況好多了，冷料斑和拉裂沒(méi)有了，小圓柱成不透明狀態(tài)，經(jīng)商量用讓步接受的方式，同意生產(chǎn)，如圖10所示。

圖9 儀表殼澆口改進(jìn)前示意圖

圖10 儀表殼澆口改進(jìn)后示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

澆注系統(tǒng)、澆口形式和位置的設(shè)定是注射模設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)之一，決定了聚合物流動(dòng)方向和平衡性，也是可以提高塑件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本文就PC的側(cè)澆口特例做了較多的描述，即帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性，也少有一些理論性。目前注射模澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要通過(guò)CAE技術(shù)等，對(duì)澆口位置進(jìn)行模擬分析，可預(yù)測(cè)注射成型中缺陷，確定最佳澆口位置和數(shù)量[18]?，F(xiàn)在利用人工智能技術(shù)建立澆口類型選擇專家系統(tǒng)，有助于提高澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化[19]。確定澆注系統(tǒng)尺寸的原則是保壓壓力對(duì)模腔中的溶體必須具有足夠長(zhǎng)的作用時(shí)間，確定澆口尺寸的原則必須保證所需的保壓壓力能補(bǔ)償塑件在冷卻階段出現(xiàn)的體積縮?。ㄊ湛s率）。澆口尺寸的原則依據(jù)于塑件重量、澆口長(zhǎng)度和壁厚（流長(zhǎng)）等。都會(huì)是影響充模時(shí)的熱應(yīng)力和剪切應(yīng)力，還依賴原料流動(dòng)性和不同牌號(hào)對(duì)剪切的敏感性。總之，澆口尺寸等參數(shù)確定是一項(xiàng)綜合性考量，只有考量周全的澆注系統(tǒng)，才能保證塑件質(zhì)量，未來(lái)的澆注系統(tǒng)、澆口設(shè)計(jì)將是仿真加人工智能設(shè)計(jì)為主。