熱塑性聚氨酯(TPU)注塑成型時，干燥預熱后的TPU粒料從注塑機料斗輸送進加熱的料筒，呈熔融狀態時，經螺桿(或柱塞)的推進作用及料筒前端的噴嘴注射進入溫度相對較低的閉合模具中，充滿模腔，并在受壓下冷卻固化，脫模后獲得與模型型腔相同的TPU產品。

　　摘要：列舉了熱塑性聚氨酯在注塑成型過程中產生制品缺陷可能發生的問題及原因，并對解決方法加以闡述。

　　關鍵詞：熱塑性聚氨酯;注塑成型;制品缺陷;處理方法。TPU透明肩帶

　　熱塑性聚氨酯(TPU)注塑成型時，干燥預熱后的TPU粒料從注塑機料斗輸送進加熱的料筒，呈熔融狀態時，經螺桿(或柱塞)的推進作用及料筒前端的噴嘴注射進入溫度相對較低的閉合模具中，充滿模腔，并在受壓下冷卻固化，脫模后獲得與模型型腔相同的TPU產品。〔1〕

　　從TPU注塑成型工藝看出，TPU注塑成型產品最重要的模塑條件是影響塑化流動和冷卻的溫度、壓力和時間?！?〕 針對TPU的特性，特別是其加工溫度波動范圍尤為狹窄的特點，要求注塑機必須具備精確的溫度調節和控制系統，否則會因各種因素造成制品缺陷。如果我們把次廢品的成因涵蓋在四個主要因素當中，那就是原料、模具、注塑機及注射條件。

　　TPU成型產品，原則上都是依據標準規格要求制造的。但它的變化仍是相當廣泛并具有突發性。有時，在生產過程中會產生凹陷、氣泡、裂痕、變形等次廢品。因此就要從次廢品中來了解判斷問題所在并提出解決辦法，這是專業技術和實踐經驗的積累。其實有時只需變更操作條件或原料、模具、機器方面稍做處理和調整，就可以解決問題。本文以螺桿式注塑機生產TPU松緊帶制品為例，列舉了TPU注塑成型制品缺陷可能發生的問題及原因，并加以探討解決之道。

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　　一、制品有凹陷

　　TPU制品表面的凹陷，會降低成品品質及強度，同時也會影響產品外觀。凹陷的原因與使用的原料、成型技術及模具設計均有關系，如原料的縮水率、注射壓力、模具的設計及冷卻裝置等。

　　表一為凹陷可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　模具進料不足增加進料量

　　熔料溫度高降低熔料溫度

　　注射時間短增加注射時間

　　注射壓力低提高注射壓力

　　合模壓力不足適當調高合模壓力

　　模溫不當調整至適當溫度

　　澆口不對稱調整模具入口大小或位置

　　凹陷部位排氣不良在凹陷部位設排氣孔

　　模具冷卻時間不夠延長冷卻時間

　　螺桿止逆環磨損更換

　　制品厚薄不均增加射壓

　　二、制品有氣泡

　　在注塑成型過程中，制品有時會出現有許多氣泡的制品，這會影響其強度及機械性能，對制品外觀亦大打折扣。通常制品因厚薄不均，或模具有突出肋時，物料在模具中冷卻速度不同，導致收縮不均，容易形成氣泡，所以對模具設計須特別留意。

　　另外原料干燥不充分，仍含有部分水份，在熔料時受熱分解成氣體，容易進入模腔內形成氣泡。所以當制品出現氣泡時，可檢查下列幾個因素，并做處理。

　　表二為氣泡可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　原料潮濕徹底焙干

　　注料不足檢查溫度、注射壓力及注射時間

　　注射速度太快降低注射速度

　　原料溫度過高降低熔料溫度

　　背壓低提高背壓至適當

　　成品斷面，肋或柱過厚變更成品設計或溢口位置

　　澆道溢口太小加大澆道及入口

　　模具溫度不平均調整模具溫度至均勻

　　螺桿后退速度過快降低螺桿后退速度

　　三、制品有裂痕

　　裂痕是TPU制品的致命現象，通常表現為制品表面產生毛發狀的裂紋。當制品有尖銳棱角時，此部位常發生不易看出的細裂紋，這對制品來說是非常危險的。生產過程中發生裂痕的主要原因如下：

　　1. 脫模困難;

　　2. 過度充填;

　　3. 模具溫度過低;

　　4. 制品構造上的缺陷。

　　要避免脫模不良所致的裂痕，模具成型空間須設有充分的脫模斜度，頂針的大小、位置、形式等要適當。頂出時，成品各部分的脫模阻力要均勻。

　　過度充填，是因施加過大的注射壓力或材料計量過多，使制品內部應力過大，脫模時造成裂痕，在此狀態下，模具配件的變型量也增大，致使更難脫模，助長裂痕(甚至破裂)的發生，此時應降低注射壓力，防止過度充填。

　　澆口部位常易殘留過大的內部應力，澆口附近易脆化，特別是直接澆口的部分，易因內部應力而破裂。

　　表三為裂痕可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　注射壓力過高降低注射壓力、時間、速度

　　填料過度減少原料計量

　　熔料筒溫度太低提高熔料筒溫度

　　脫模斜度不足調整脫模斜度

　　頂出方式不當檢修模具

　　金屬埋入件的關系調整或修改模具

　　模具溫度過低提高模溫

　　澆口太小或形式不當修改

　　部分脫模角不夠檢修模具

　　有脫模倒角檢修模具

　　成品不能平衡脫離檢修模具

　　脫模時模具產生真空現象開模或頂出時慢速，加進氣設備

　　四、制品翹曲、變形

　　TPU注塑制品出現翹曲、變形的原因是冷卻定型時間過短、模溫過高、不勻及流道系統不對稱等。因此在模具設計時要盡量避免以下各點：

　　1. 同一塑件中厚薄相差太大;

　　2. 存有過度銳角;

　　3. 緩沖區過短，使厚薄轉彎相差懸殊;

　　此外，還要注意要設置合適的頂針數量和設計合理的模腔冷卻流道。

　　表四為翹曲、變形可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　制品脫模時尚未冷卻延長冷卻時間

　　制品形狀及厚薄不對稱變更成型設計或增加加強肋條

　　填料過多減少注射壓力、速度、時間和原料劑量

　　澆口進料不均更改澆口或增加澆口數量

　　頂出系統不平衡調整頂出裝置位置

　　模具溫度不均調整模具溫度至均衡

　　原料緩沖過度降低原料緩沖

　　五、制品有焦斑或黑紋

　　焦斑或黑紋是指制品有黑色斑點或黑色條紋的現象，其發生的主要原因是原料的熱穩定性不良，由原料的熱分解所致。

　　有效防止焦斑或黑紋發生的對策是防止熔料筒內的原料溫度過高，減慢注射速度。熔料筒內壁或螺桿有傷痕或缺口，則會附著部分原料，此部分原料會因過熱導致熱分解。此外，止逆閥亦會因原料滯留而引起熱分解。所以，使用粘度高或容易分解的原料時要特別注意防止焦斑或黑紋的發生。

　　表五為焦斑或黑紋可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　原料溫度過高降低熔料溫度

　　注射壓力太高降低注射壓力

　　螺桿轉速太快降低螺桿轉速

　　螺桿與料管偏心重新調校

　　磨擦熱檢修機器

　　射嘴孔過小或溫度過高重新調整孔徑或溫度

　　加熱料管中有燒黑原料

　　(高溫淬化部分)檢修或更換料管

　　混合原料重新過濾或更換原料

　　模具排氣不當適當增加排氣孔

　　六、制品有毛邊

　　毛邊是TPU制品常遇到的問題。當原料在模腔內的壓力太大，其所產生的分模力大過鎖模力，從而迫開模具，使原料溢出形成毛邊。形成毛邊的原因可能有多種，如原料方面的問題，或是注塑機的問題，或是調校不當，甚至模具本身也有可能。所以，在判定毛邊產生的原因時，要從易到難進行。

　　1.檢查原料是否徹底焙干、是否混入雜物、是否混合不同種類的原料、原料粘度影響;

　　2.正確調校注塑機的壓力控制系統及注射速度的調整必須配合所采用的鎖模力;

　　3.模具某些部位是否有磨損、排氣孔是否阻塞、流道設計是否合理;

　　4.注塑機模板之間的平行度是否有偏差、模板拉桿受力分布是否均勻、螺桿止逆環和熔料筒是否磨損。

　　表六為毛邊可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　原料潮濕徹底焙干

　　原料受到污染檢查原料及任何雜質，找出污染源

　　原料粘度太高或太低檢查原料粘度及注塑機的操作條件

　　鎖模力太低檢查壓力值及調校

　　注射、保壓壓力太高檢查設定值及調校

　　注射壓力轉換太遲檢查轉換壓力位置，重新調校提早轉換

　　注射速度太快或太慢檢查及調校流量控制閥

　　溫度太高或太低檢查電熱系統及螺桿轉速

　　模板剛性不夠檢查鎖模力及調校

　　熔料筒、螺桿或止逆環磨損修理或更換

　　背壓閥磨損修理或更換

　　鎖模力不均勻檢查拉桿受力情況

　　模板不平行調正

　　模具排氣孔阻塞清理

　　模具磨損檢查模具使用次數及鎖模力，修理或更換

　　模具分模不配合檢查模具相對位置是否偏移，重新調校

　　模具流道不平衡檢查設計及修改

　　模具溫度低及加熱不均檢查電熱系統及修理

　　七、制品粘模(脫模困難)

　　TPU在注塑成型發生制品粘模時，首先要考慮注射壓力或保壓壓力是否過高。因為，注射壓力太大會造成制品過度飽和，使原料填入其它空隙而使制品卡在模腔中造成脫模困難。其次，當熔料筒溫度過高時，會使原料受熱分解變質，在脫模過程中出現破碎或斷裂，造成粘模。至于模具方面的問題，如進料口不平衡，使制品冷卻的速率不一致，也會造成制品在脫模時發生粘?，F象。

　　表七為粘模可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　注射壓力或熔料筒溫度過高降低注射壓力或熔料筒溫度

　　保壓時間過長減少保壓時間

　　冷卻不充分增加冷卻循環時間

　　模具溫度過高或過低 調整模溫及兩側相對溫度

　　模具內有脫模倒角修理模具去除倒角

　　模具進料口不平衡限制原料流程，盡可能接近主流道

　　模具排氣設計不良設置合理的排氣孔

　　模蕊錯位調整模蕊

　　模具表面太光滑改善模具表面

　　脫模劑缺乏在不影響二次加工時，使用脫模劑

　　八、制品韌性降低

　　韌性是使材料斷裂所需要的能量。〔2〕引起韌性降低的主要因素有：原料、回收料、溫度及模具等。而制品的韌性降低，將直接影響制品強度和機械性能。

　　表八為韌性降低可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　原料潮濕徹底焙干原料

　　回收料摻入比例過大降低回收料摻入比例

　　熔料溫度太高或太低調整熔料溫度

　　模具澆口太小增加澆口尺寸

　　模具澆口接合區過長減少澆口接合區長度

　　模具溫度太低提高模具溫度

　　九、制品充填不足(制品短射)

　　TPU制品充填不足是指熔融的材料未完全流遍成形窨的各角落之現象?！?〕

　　充填不足的原因有成型條件設定不當、模具的設計制作不完善、成型品的肉厚壁薄等。在成型條件方面的對策是增高材料、模具溫度，增大注射壓力、注射速度及提高材料的流動性。模具方面可增大澆道或流道尺寸，或對澆口位置、大小、數量等進行調整修改，使熔融材料流動順暢。再者，為了使成形空間內的氣體順利疏散，可在適當位置設置排氣孔。

　　表九為充填不足可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　供料不足增加供料量

　　制品過早固化提高模具溫度

　　熔料筒溫度太低提高熔料筒溫度

　　注射壓力低提高注射壓力

　　注射速度慢增加注射速度

　　注射時間短增加注射時間

　　模具溫度低或不均調整模具溫度

　　射嘴或漏斗阻塞拆除清理

　　澆口位置不當調整更改

　　流道小加大流道

　　澆道或溢口小加大澆道或溢口

　　螺桿止逆環磨損更換

　　成形空間內氣體未排出在適當位置增加排氣孔

　　十、制品有結合線

　　結合線是熔融材料二道或二道以上合流的部分所形成的細線，通常亦稱焊接線。〔3〕結合線不僅影響制品的外觀，同時也不利于制品的強度。結合線發生的主要原因有：

　　1.制品形狀(模具構造)所致材料的流動方式;

　　2.熔融材料合流性不良;

　　3.熔融材料合流處混入空氣、揮發物或難熔物等。

　　升高材料和模具溫度，可使結合線的程度減至最小。同時，改變澆口的位置、數量，使結合線的位置移往他處;或在熔合部設置排氣孔，迅速疏散此部位的空氣及揮發物;或在熔合部附近設材料溢流池，將結合線移至溢流池，再將其切除等都是有效地消除結合線的對策。

　　表十為結合線可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　注射壓力、時間不足增加注射壓力、時間

　　注射速度太慢提高注射速度

　　熔料溫度低提高熔料筒溫度

　　背壓低、螺桿轉速慢提高背壓、螺桿轉速

　　澆口位置不當、澆口及流道太小改變澆口位置或調整模具入口尺寸

　　模具溫度太低提高模具溫度

　　材料固化速度過快降低材料固化速度

　　材料流動性不佳提高熔料筒溫度，改善材料流動性

　　材料有吸濕性增加排氣孔，控制材料品質

　　模具內空氣排除不暢增加排氣孔或檢查排氣孔是否堵塞

　　原料不潔或摻有他料檢查原料

　　脫模劑劑量太多少用脫模劑或盡量不用

　　十一、制品表面光澤不良

　　TPU制品表面失去材料本來的光澤，形成層膜或模糊狀態等，皆可稱為表面光澤不良。

　　制品表面光澤不良，大都是由于模具成形表面研磨不良引起。當成形空間表面狀態良好時，提高材料和模具溫度可增強制品表面光澤。使用過多的難融劑或油脂性難融劑亦是表面光澤不良的原因。同時，材料吸濕或含有揮發物及異質物混入污染也是造成制品表面光澤不良的原因。所以，要特別注意模具和材料方面的因素。

　　表十一為表面光澤不良可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　注射壓力、速度太低適當調整

　　模具溫度太低提高模具溫度

　　模具成形空間表面有水或油脂污染擦拭干凈

　　模具成形空間表面研磨不充分模具打光

　　不同材料或異物混入清洗料筒，過濾原料

　　原料含有揮發物提高熔料溫度

　　原料有吸濕性控制原料預熱時間，徹底焙干原料

　　原料的劑量不足增加注射壓力、速度、時間及原料劑量

　　十二、制品有流痕(線紋)

　　流痕是熔融材料流動的痕跡，以澆口為中心而呈現的條紋模樣?！?〕

　　流痕是最初流入成形空間內的材料冷卻過快，而與其后流入的材料間形成界線所致。為了防止流痕，可提高材料溫度，改善材料流動性，調整注射速度。

　　殘留于射嘴前端的冷材料，若直接進入成形空間內，則會造成流痕。因此在澆道與流道的匯合處或流道與分流道的交接處設充分的滯料部位，可有效地防止流痕的發生。同時，也可通過增大澆口尺寸來防止流痕的發生。

　　表十二為流痕可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　原料熔融不佳提高熔料溫度、背壓，加快螺桿轉速

　　原料不潔或摻有他料，干燥不足檢查原料，徹底焙干

　　模具溫度太低提高模具溫度

　　澆口附近溫度太低提高溫度

　　澆口太小或位置不當加大澆口或更改位置

　　保壓時間短延長保壓時間

　　注射壓力或速度不當調整至適當

　　成品斷面厚薄相差太多變更成品設計

　　十三、注塑機螺桿打滑(無法進料)

　　表十三為螺桿打滑可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　料管后段溫度過高檢查冷卻系統，降低料管后段溫度

　　原料干燥不完全徹底焙干原料及適當加潤滑劑

　　料管及螺桿磨損修理或更換

　　料斗進料部位故障排除進料部位故障

　　螺桿退后速度過快降低螺桿退后速度

　　料筒沒清洗干凈清洗料筒

　　原料顆粒過大減小顆粒尺寸

　　十四、注塑機螺桿無法轉動

　　表十四為螺桿無法轉動可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　熔料溫度低提高熔料溫度

　　背壓過高降低背壓

　　螺桿潤滑不足適當添加潤滑劑

　　十五、注塑機注射嘴漏料(流涕)

　　表十五為注射嘴漏料可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　料管溫度過高降低料管溫度，尤其是射嘴段

　　背壓調整不當適當降低背壓及螺桿轉速

　　主流道冷料斷脫時間早延遲冷料斷脫時間

　　松退行程不夠增加松退時間，更改射嘴頭設計

　　十六、材料未熔盡

　　表十六為材料未熔盡可能產生的原因及處理方法

　　產生原因處理方法

　　熔料溫度低提高熔料溫度

　　背壓過低提高背壓

　　料斗下部過冷關閉料斗下部冷卻系統

　　模塑周期短增加模塑周期

　　材料干燥不足徹底焙干材料