第 28 章：射出压力高（High fill pressure）

28.1  定义

射出压力高会导致其他的问题，包括压力受限的工艺。如果注塑工艺参数是压力受限的，注塑机没有办法维持射出 速度的一致性。如果工艺参数本来是正常的，突然之间射出压力增加很大，需要调查真正的原因是什么。

射出压力高的可能原因4M 表

注塑工艺			原料
料温过低	浇口尺寸和浇口数量	嘴尖类型，喷嘴孔径	粘度增加
射出速度	流道尺寸	喷嘴类型	含水率
射出阶段过充填	热流道问题	嘴尖或喷嘴堵塞
	浇口堵塞	机器性能
	排气
	壁厚

28.3  射出压力高的问题解决

注塑生产过程中，经历突然的压力升高，重点是要确定什么地方改变了。如果射出压力比常用的压力（参数表记录 的）高的多，这通常是指熔体通道上的压力损失比通常情况下大了好多；也意味模腔里的塑料不能正常的保缩。

如果实际的射出压力达到（或接近）注塑机的最大可用压力，那我们就说这个工艺是压力受限的。如果工艺是压力 受限的，那注塑机没有办法控制射出速度，注塑设定的压力必须要比需要的压力高（作用力大于阻力）才能维持对

射出速度的控制。记住，一个工艺的射出压力距离注塑机最大压力只有 10%的话，那后续生产过程中，因为原料的 粘度变化，就可能出现压力受限的问题。在建立工艺参数的时候，要确保需要的最大射出压力，不能超过注塑机的 最大压力的 90%。

28.3.1  注塑工艺问题引起的射出压力高

注塑工艺方面可能的原因有：

  料温过低  射出速度  射出阶段过充填

28.3.1.1  注塑工艺问题：料温过低

射出压力的大小通常和料温成反比，特别是加工无定型塑料时。料温越低，充填模腔需要的压力就越高。极端情况 下，料温过低会导致模腔无法充满，因为流动前端冻结了。

如果生产中的工艺突然出现射出压力增加的问题，检查熔体温度可能会找到原因。确认实际的熔体温度是否和标准 参数表上记录的一致。如果工艺参数表上没有基准熔体温度的记录，至少要对比厂家的推荐温度，有没有在推荐温 度范围内。

如果确认下来熔体温度过低，那以下项目需要调查：

  炮筒的设定温度  背压和螺杆转速的设定值

如果这些设定值都和标准工艺参数一致，参考 28.3.3 的机器问题。

28.3.1.2  注塑工艺问题：射出速度

确认实际射出时间是否和标准参数一致。如果生产中射出速度和标准参数不一致，那射出压力也会变化。记住，只有射出压力没有受限，那注塑机就能维持射出速度。实际射出时间应该是每模都是一样的，因为射出时间的变化会导致其他潜在问题。

28.3.1.3  注塑工艺问题：射出阶段过充填

从射出到保压的切换应该在模腔 95%~98%满的时候进行。如果转压切换太晚，那模腔在射出阶段就会充满，突然的 阻力上升会导致非常突然的射出压力尖峰。

每次开机生产或问题处理时，都应该检查核对射出阶段的重量。错误的射出重量会导致一系列的潜在缺陷发生。切 换过晚会很有可能出现飞边。记住，射出速度快本身不会导致产品跑边，模腔压力的突然上升会。

28.3.2  模具问题引起的射出压力高

潜在的模具原因有：

  浇口尺寸和浇口数量  流道尺寸   热流道  浇口堵塞   排气  壁厚

28.3.2.1  模具问题：浇口尺寸和浇口数量

如果浇口太小，那需要将塑料推过浇口的压力就要上升。这个变化倒是没有人们想的那么快那么厉害。有的时候更 小的浇口尺寸对实际充填压力的影响很小。重要的是要知道，小的浇口可以在射出阶段产生更大的剪切，这可能导 致压力保持不会升高。

浇口的截面积，是要重点考虑的地方。加大浇口的宽度而不更改浇口的厚度，可以在不影响浇口封闭时间的情况下， 增加塑料的单位充填体积。还要检讨，浇口的数量是否足够来保证模腔的充填。每一种材料都有自己的流长比，设 计浇口时要考虑到。如果要把塑料充填的很远，那射出压力也会上升，但是增加一个浇口就可以把流动长度减半。 检讨能提供最理想充填的浇口位置，浇口在产品中间相对浇口在产品一侧，可以把流动长度减半。

浇口的长度是最容易被忽视的地方。浇口长度过长，会限制塑料的流动并导致射出压力增加。浇口的长度永远都不 要超过 0.8mm，而缩短到 0.13mm 往往可以改善很多问题，包括射出压力高。

记住，浇口尺寸是会影响浇口封闭时间，和压力传递到模腔的有效性。

28.3.2.2  模具问题：流道尺寸

浇口并不是流道系统里的唯一流动限制。主流道和分流道的尺寸也可能设计的太小，导致需要将模腔充满的压力增加。

流道的长度也会影响射出压力。塑料在流道里流得越远，需要的压力也越大。要尽可能的缩短浇口套和流道的长度， 来尽量降低射出压力。通常，长的流道需要大的流道直径。

28.3.2.3  模具问题：热流道

如果热流道系统里有流动限制，那需要将模腔充满的压力也会上升；这个流动限制可以是热流道系统的任一位置。 最容易出现问题的是低残留类型的嘴尖；低残留嘴尖的流动截面相对于流道或下游的冷浇口要小得多，所以会有特 别大的压力降。嘴尖的截面要评估它的流动限制和压力损失，定好尺寸。

热流道的另一个可能因素是，某个加热区可能加热不正常，导致这个加热区温度偏低或导致塑料冻结。热流道的加 热温度应该设定成，它既不给塑料熔体加温，也不从塑料熔体带走热量。热流道的温度通常应该设定成和实际料温一致。

也要记住，热流道的限制性嘴尖，会被杂料/金属之类的污染物堵塞。很多热流道就因为杂质污染的问题，不得不 拆开来清理。有的情况下，甚至是内部的鱼雷头，也会断裂造成热流道堵塞。

28.3.2.4  模具问题：浇口堵塞

不管是热转冷的，还是冷流道，都有可能因为塑料堵住了浇口而造成压力突然升高。有的时候，没有全部融化的塑 料进入到浇口位置，造成射出压力突然上升，然后又在高压下被推进了模腔。

如果工艺出现间歇性的压力上升尖峰，检查熔体的一致性。有时射胶量占注塑机最大射胶量 70%以上时，熔体质量 会变差，特别是生产结晶性塑料时。没有完全融化的塑料粒子堵住浇口，经常会导致产品缺胶，也可能会引起射出 压力高。

浇口堵塞的另一种可能是，一块冷料没有被冷料井捕获；这个冷料会轻易的堵住浇口。或者是热嘴尖有冷料，射出 时需要很大的压力，才能把这块冷料推出。

28.3.2.5  模具问题：壁厚

通常产品的壁厚越薄，需要的射出压力就越高。现在的注塑机，有了越来越高的射出压力，帮助成型更薄的胶位。 和原料厂家确认，产品壁厚和流动长度的比例是否在合适的范围内。前期的模流分析，也能够帮助确认，产品是否 能够充满。

28.3.3  机器问题引起的射出压力高

机器相关的可能有：

  喷嘴尖类型或孔径  喷嘴类型  喷嘴或喷嘴尖堵塞  机器性能

28.3.3.1  机器问题：喷嘴尖类型或孔径

给定模具的每次生产，必须使用相同类型的喷嘴尖和嘴尖孔径。如果全锥度的嘴尖被尼龙类嘴尖替代，那熔体经过喷嘴尖的压力将会有明显差别；尼龙类嘴尖的额外流动限制会驱使射出压力上升。如果模具需要 8mm  的喷嘴孔来匹配模具浇口套，用 5mm 的喷嘴孔肯定会导致额外的压力损失，这会影响到塑料的充填和保缩。

有的注塑厂会在每次换模时要求更换喷嘴尖，来保证这一步不会出错。一个技巧是将喷嘴尖挂在模具上，这可以帮 助检查嘴尖有没有从模具上拿下，换到要生产的机器上。

检查注塑机是否使用正确的喷嘴尖，方法是在嘴尖上刻上标志，这个标记最好是 360 度方向都有，这样打开喷嘴防护罩就可以轻易的看到。

另外要记住的是，尼龙类的嘴尖会比全锥度的嘴尖有更大的流动限制，即使孔径是相同的。尼龙类嘴尖有很长一截 的反锥度，这导致塑料必要要流经很长一段小的流动截面。不管是通用的喷嘴尖还是全锥度的喷嘴尖，如果使用错 误的反锥尼龙类型，都会导致射出压力的上升，还有剪切速率的上升。图 28.1 展示的不同类型嘴尖的剖面形状。

28.3.3.2  机器问题：喷嘴类型

工厂里有使用混炼喷嘴的，生产切换时很可能会把混炼喷嘴留给不需要它的模具。塑料通过混炼喷嘴的额外压力损 失，可能会很大。例如，图 28.2 的显示的是，在相同的机器射出压力设定下，不同喷嘴类型的模腔压力对比。当使 用混炼喷嘴时，转压切换压力明显上升，而模腔压力是有非常大的下降。

所有使用混炼喷嘴的工厂，必须要对它做好标识（比如不同颜色）。混炼喷嘴对工艺的影响，不仅仅是射出压力的 上升，还会增加塑料的剪切，以及保缩的压力损失，还是一个脏污纳垢的地方。它在帮助解决混色问题时是有用的， 但本质上，它是对劣质螺杆的“创口贴”式的改善。

也要注意喷嘴的长度，如果需要的是 150mm 长的喷嘴，那 300mm 喷嘴不能作为“通用”喷嘴来使用。喷嘴越长， 对塑料流动的限制越多，也会导致射出压力的上升。还有一点，长喷嘴的温度均匀更难得到控制。

28.3.3.3  机器问题：喷嘴或嘴尖堵塞

注塑车间每天，都可能会有喷嘴/喷嘴尖被部分堵塞或全部堵塞。如果喷嘴/喷嘴尖是部分堵塞的，那射出压力峰值 就会因为流动限制而上升。喷嘴的特别大的压力损失，可以通过对空注射轻易的侦测到。会导致喷嘴或喷嘴尖堵塞 的原因有：

  各种类型的金属。如果回收的产品带有金属嵌件，那粉碎回收时，就可能会有金属污染回料。机边使用螺丝等 装配时，也有可能螺丝等落入料框内，造成回料污染。磁力架并不能拦截所有的金属，但不能因为这样就不使 用磁力架。

  未熔塑料。没有熔化的塑料粒子，会沿着螺杆一直往下走，有时堵在喷嘴处。有时在生产结晶料如 PA 或 POM 时，有的塑料粒子没有完全熔化，导致喷嘴的堵塞。另一种粒子是高温的 PA  料，污染了低温的塑料如 PP  或 ABS 之类。

  混炼射嘴。如果使用混炼射嘴生产，射出压力本身就会上升。如果有污染杂质困在混炼射嘴处，塑料的流动会进一步的受到限制。

案例分析：故意的损坏

这个例子里，开机生产就有缺胶问题，射出压力已经达到了机器最大压力。通过对问题的分析显示，机器空射的压 力就很高。喷嘴被拆下了，发现一个破损的硬币卡在喷嘴里。硬币挡住了塑料的流动、猜测是某一个不满的员工把硬币扔到了料筒里，导致了喷嘴的堵塞。

28.3.3.4  机器问题：机器性能

知道注塑机的实际动作有没有达到控制器里的设定值，是非常重要的。假设注塑机会按照设定的参数动作，是非常 危险的。需要知道注塑机到底在做些什么，也是为什么要记录塑料的实际条件是如此重要的原因。

通过记录产品的实际射出时间，而不是机器上的设定速度；更好的办法是测量塑料的体积流动速率，这样不同的机 器可以使用相同的体积速率生产，而不用考虑螺杆的大小。为了制程的稳定性，开机时要重复验证射出阶段的产品重量和射出时间，确保模腔是在相同的流动速率下充满的。

如果保压的压力设定是 50Mpa，机器实际上达到这个压力了吗？每一台机器都要有输出和输入的关系图表。具体的 细节参考第 8 章。

案例分析：机器准确性

这个案例里，机器的实际压力和设定压力有 20Mpa  的偏差。这个特殊案例里，机器控制器上显示的实际压力和设定压力不相符。RJG 的 e-DART 系统连接到机器，作为额外的检测对比，显示机器的实际压力比设定压力低 20Mpa。如果没有 e-DART 系统的话，手持式的压力表可以安装到机器液压阀板的测量口。这种实际压力的不准，也解释了为什么很多模具在这台机器生产不出好的产品。你没办法用标准的工艺参数生产出合格的产品来。

另一个关键点是，机器对炮筒和喷嘴的温度控制有多准。图 28.3 是生产过程中机器喷嘴的加热圈烧坏的一个例子。 检查热电偶的位置是另一个要考虑的地方，因为像法兰盘、转接头、喷嘴等位置，经常是没有热电偶的，这会影响 到温度的均衡性（译者注：这些位置常常是共用一个热电偶的，导致有的位置过热，有的位置过冷）。

记住，不是说工艺参数设定的正确，就意味着正确的工艺参数得到实施！

机器会磨损，液压系统会泄漏，压力传感 器会读数错误，热电偶会用错/接错，周期性的校准会缺少，这些都会导致机器失控。

28.3.4  原料问题引起的射出压力高

原料方面的问题会有：

  粘度增加   含水率

28.3.4.1  原料问题：粘度增加

塑料本身会有变动。当塑料的粘度增加，需要充填模腔的压力也会增加。这个塑料粘度的增加可能是平均分子量的变化，填充物含量的变化，或添加剂的变化。每一种材料都会有这些变化，但是有的材料会变化的范围更宽泛。熔 融指数是业界里常用的测量评估方式，但是要知道的是，熔融指数测量是在非常低的剪切速率下进行的，并不能模 拟注塑成型的剪切速率下的粘度变化。

注塑机的射出压力峰值的变化，是原料发生粘度变化的良好指标。粘度高意味着流动更困难，也意味着压力高。粘 度是塑料流动阻力的测量，粘度越高意味着塑料流动的阻力也越大。

案例分析：炮筒尺寸变化引起的射出压力增大

这个案例里，产品是 PC/ABS 材料的，原先在 170 吨的注塑机生产（炮筒小）。模具被安排到 330 吨的注塑机（炮筒大）评估飞边改善效果。尽管是按照原先记录的工艺参数来设定，比如炮筒温度、储料时间等。330 吨机器的射出压力明显要高很多，将机器的增强比计算在内，大机器的射出压力还是高的多。进一步的调查发现，储料时的剪切速率在两个炮筒里不一样；大炮筒的螺杆转速要慢得多，储料时产品的剪切热也小得多。记住，不同螺杆尺寸的剪切差异也是很重要的考量点。

28.3.4.2  原料问题：含水率

很多材料，成型时水分会导致塑料水解；这个水解会导致分子量的降低，分子链变短。因为分子链的变短，塑料的 粘度会下降，变得更容易流动。这样成型时原料含水率的变化，会导致射出压力峰值的大幅变化。

常见的问题是，夏天建立的工艺参数是在潮湿的环境下，原料成型时有一定的水分。而冬天到来时，环境干燥，原 料的含水率自然就会有一定的下降，导致射出压力相比夏天上升。

尼龙是特别会受到含水率引起粘度变化的。因为尼龙的含水率会在很大的范围内变化，从 0.05%到 0.2%，这导致射 出压力的很大变化。

更多细节参考第 9 章。

译者注：水分也会在塑料分子链之间作为一个润滑剂，让分子链之间的活动更容易，这也会导致塑料粘度的降低。