薄壁注塑

薄壁注塑
薄壁注塑对注塑机、模具、塑料均有要求。文章探讨薄壁的特性、经济效益及设
备的设计。
何谓薄壁？
简单的看法，当壁厚小于 1mm 时称为薄壁。更全面地，薄壁的定义与流程/壁
厚比、塑料的粘度及传热系数均有关系。
从模具的主流道到成品最远一点的流程 L，除以成品的壁厚 t，称为流程/壁厚
比。当 L/t＞150 时，称之为薄壁。如流程的厚薄不一致，可分段计算如图 1 示。
图 1 流程/壁厚比
PP 的粘度因数是 1。一次即弃饭盒的流程 135mm，壁厚 0.45mm，流程/壁厚比
=300。PC 的粘度因数是 2。手机电池外壳的流程 38mm，t=0.25mm，流程/壁厚
比=152。乘上粘度因数是 304，与饭盒的相若。
一般塑料的导热不良。为了增加散热效果或达到电磁波兼容性，一些外壳会
采用高导热性的塑料。金属粉末亦属于高导热性的。
上式是注塑成品的冷却时间公式，其中 t=壁厚，Tm=溶融温度，TW=模壁温度，
T=脱模温度，α=塑料传热系数。L/t 的定义要包括粘度因数及传热因数在内。
为何要薄壁注塑？
塑料的成本通常占了成品成本的一个大比数，如 50-80%。薄壁有助降低这个
比数。由于消费性电子设备如手机、MP3 播放机、数码相机、掌上计算机的小
型化及轻便化，有关的塑件设计便越来越薄。

薄壁充填的本质
模壁是冷的，在熔融充填模腔时，模壁会成立固化层，因而降低可流动通道
的厚度。这个情况在壁厚越薄时越严重。1mm 壁厚有 0.2mm 厚的固化层，流动
道通剩下 0.6mm 厚。0.5mm 壁厚有 0.2mm 厚的固化层，流动道通剩下 0.1mm 厚。
当充填未完成，流动通道因固化层过厚而消失的话，成品便填不满

图 2 充填过程
高速充填
薄壁注塑因此要求注塑机高速注射，在固化层不太厚时填满模腔。高的注射
压力是不需要的。他只是弥补注射速度的不足，硬将熔融注入未填满的模腔。这
不但增加了所需锁模力，高的内应力因此在成品里形成，在脱模后成品便变形。
通用注塑机的注射速度在 100mm/s 左右，不能应付薄壁注塑。加大油泵能将注
射速度提高 25%。双泵注射则提高 70%。
有厂家采用再生注射，以注射压力换取注射速度。当初段注射不需要高的注
射压力时合用。注射速度能提高 100%以上。
氮气瓶能将油泵的能量以压力的形式储存起来，在注射时释放，是正规的大
幅提高注射速度的方法。以下将注射速度分为四类：低速 200-300mm/s；中速 300-
600mm/s；高速 600-1000mm/s；超高速 1000-2000mm/s。国产注塑机能达到中速
档次。
氮气瓶又称储能器。高压氮气储在橡胶囊内，而氮气瓶的剩余空间则充以高
压的压力油。在注射时，压力油释放出来。氮气瓶是个基本上恒压的瞬间大流量
动力源。氮气瓶只能提供瞬间的大流量，如 0.5 秒之谱，但对高速的薄壁注射是
足够的。氮气瓶越大，压力则越恒定，储存的压力油越多。
图 3 氮气瓶
低惯性注射
只是高速注射不能满足薄壁注射的所有要求。还要考虑的是高的加速及高的
减速。注射开始时，螺杆是静止的。从静止到全速，如 400mm/s，螺杆要加速。