热塑性聚氨酯注塑成型制品不良原因的判定及处理方法

热塑性聚氨酯(TPU)注塑成型时，干燥预热后的TPU粒料从注塑机料斗输送进加热的料筒，呈熔融状态时，经螺杆(或柱塞)的推进作用及料筒前端的喷嘴注射进入温度相对较低的闭合模具中，充满模腔，并在受压下冷却固化，脱模后获得与模型型腔相同的TPU产品。

　　摘要：列举了热塑性聚氨酯在注塑成型过程中产生制品缺陷可能发生的问题及原因，并对解决方法加以阐述。

　　关键词：热塑性聚氨酯;注塑成型;制品缺陷;处理方法。TPU透明肩带

　　热塑性聚氨酯(TPU)注塑成型时，干燥预热后的TPU粒料从注塑机料斗输送进加热的料筒，呈熔融状态时，经螺杆(或柱塞)的推进作用及料筒前端的喷嘴注射进入温度相对较低的闭合模具中，充满模腔，并在受压下冷却固化，脱模后获得与模型型腔相同的TPU产品。〔1〕

　　从TPU注塑成型工艺看出，TPU注塑成型产品最重要的模塑条件是影响塑化流动和冷却的温度、压力和时间。〔2〕 针对TPU的特性，特别是其加工温度波动范围尤为狭窄的特点，要求注塑机必须具备精确的温度调节和控制系统，否则会因各种因素造成制品缺陷。如果我们把次废品的成因涵盖在四个主要因素当中，那就是原料、模具、注塑机及注射条件。

　　TPU成型产品，原则上都是依据标准规格要求制造的。但它的变化仍是相当广泛并具有突发性。有时，在生产过程中会产生凹陷、气泡、裂痕、变形等次废品。因此就要从次废品中来了解判断问题所在并提出解决办法，这是专业技术和实践经验的积累。其实有时只需变更操作条件或原料、模具、机器方面稍做处理和调整，就可以解决问题。本文以螺杆式注塑机生产TPU松紧带制品为例，列举了TPU注塑成型制品缺陷可能发生的问题及原因，并加以探讨解决之道。

　　一、制品有凹陷

　　TPU制品表面的凹陷，会降低成品品质及强度，同时也会影响产品外观。凹陷的原因与使用的原料、成型技术及模具设计均有关系，如原料的缩水率、注射压力、模具的设计及冷却装置等。

　　表一为凹陷可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　模具进料不足增加进料量

　　熔料温度高降低熔料温度

　　注射时间短增加注射时间

　　注射压力低提高注射压力

　　合模压力不足适当调高合模压力

　　模温不当调整至适当温度

　　浇口不对称调整模具入口大小或位置

　　凹陷部位排气不良在凹陷部位设排气孔

　　模具冷却时间不够延长冷却时间

　　螺杆止逆环磨损更换

　　制品厚薄不均增加射压

　　二、制品有气泡

　　在注塑成型过程中，制品有时会出现有许多气泡的制品，这会影响其强度及机械性能，对制品外观亦大打折扣。通常制品因厚薄不均，或模具有突出肋时，物料在模具中冷却速度不同，导致收缩不均，容易形成气泡，所以对模具设计须特别留意。

　　另外原料干燥不充分，仍含有部分水份，在熔料时受热分解成气体，容易进入模腔内形成气泡。所以当制品出现气泡时，可检查下列几个因素，并做处理。

　　表二为气泡可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　原料潮湿彻底焙干

　　注料不足检查温度、注射压力及注射时间

　　注射速度太快降低注射速度

　　原料温度过高降低熔料温度

　　背压低提高背压至适当

　　成品断面，肋或柱过厚变更成品设计或溢口位置

　　浇道溢口太小加大浇道及入口

　　模具温度不平均调整模具温度至均匀

　　螺杆后退速度过快降低螺杆后退速度

　　三、制品有裂痕

　　裂痕是TPU制品的致命现象，通常表现为制品表面产生毛发状的裂纹。当制品有尖锐棱角时，此部位常发生不易看出的细裂纹，这对制品来说是非常危险的。生产过程中发生裂痕的主要原因如下：

　　1. 脱模困难;

　　2. 过度充填;

　　3. 模具温度过低;

　　4. 制品构造上的缺陷。

　　要避免脱模不良所致的裂痕，模具成型空间须设有充分的脱模斜度，顶针的大小、位置、形式等要适当。顶出时，成品各部分的脱模阻力要均匀。

　　过度充填，是因施加过大的注射压力或材料计量过多，使制品内部应力过大，脱模时造成裂痕，在此状态下，模具配件的变型量也增大，致使更难脱模，助长裂痕(甚至破裂)的发生，此时应降低注射压力，防止过度充填。

　　浇口部位常易残留过大的内部应力，浇口附近易脆化，特别是直接浇口的部分，易因内部应力而破裂。

　　表三为裂痕可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　注射压力过高降低注射压力、时间、速度

　　填料过度减少原料计量

　　熔料筒温度太低提高熔料筒温度

　　脱模斜度不足调整脱模斜度

　　顶出方式不当检修模具

　　金属埋入件的关系调整或修改模具

　　模具温度过低提高模温

　　浇口太小或形式不当修改

　　部分脱模角不够检修模具

　　有脱模倒角检修模具

　　成品不能平衡脱离检修模具

　　脱模时模具产生真空现象开模或顶出时慢速，加进气设备

　　四、制品翘曲、变形

　　TPU注塑制品出现翘曲、变形的原因是冷却定型时间过短、模温过高、不匀及流道系统不对称等。因此在模具设计时要尽量避免以下各点：

　　1. 同一塑件中厚薄相差太大;

　　2. 存有过度锐角;

　　3. 缓冲区过短，使厚薄转弯相差悬殊;

　　此外，还要注意要设置合适的顶针数量和设计合理的模腔冷却流道。

　　表四为翘曲、变形可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　制品脱模时尚未冷却延长冷却时间

　　制品形状及厚薄不对称变更成型设计或增加加强肋条

　　填料过多减少注射压力、速度、时间和原料剂量

　　浇口进料不均更改浇口或增加浇口数量

　　顶出系统不平衡调整顶出装置位置

　　模具温度不均调整模具温度至均衡

　　原料缓冲过度降低原料缓冲

　　五、制品有焦斑或黑纹

　　焦斑或黑纹是指制品有黑色斑点或黑色条纹的现象，其发生的主要原因是原料的热稳定性不良，由原料的热分解所致。

　　有效防止焦斑或黑纹发生的对策是防止熔料筒内的原料温度过高，减慢注射速度。熔料筒内壁或螺杆有伤痕或缺口，则会附着部分原料，此部分原料会因过热导致热分解。此外，止逆阀亦会因原料滞留而引起热分解。所以，使用粘度高或容易分解的原料时要特别注意防止焦斑或黑纹的发生。

　　表五为焦斑或黑纹可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　原料温度过高降低熔料温度

　　注射压力太高降低注射压力

　　螺杆转速太快降低螺杆转速

　　螺杆与料管偏心重新调校

　　磨擦热检修机器

　　射嘴孔过小或温度过高重新调整孔径或温度

　　加热料管中有烧黑原料

　　(高温淬化部分)检修或更换料管

　　混合原料重新过滤或更换原料

　　模具排气不当适当增加排气孔

　　六、制品有毛边

　　毛边是TPU制品常遇到的问题。当原料在模腔内的压力太大，其所产生的分模力大过锁模力，从而迫开模具，使原料溢出形成毛边。形成毛边的原因可能有多种，如原料方面的问题，或是注塑机的问题，或是调校不当，甚至模具本身也有可能。所以，在判定毛边产生的原因时，要从易到难进行。

　　1.检查原料是否彻底焙干、是否混入杂物、是否混合不同种类的原料、原料粘度影响;

　　2.正确调校注塑机的压力控制系统及注射速度的调整必须配合所采用的锁模力;

　　3.模具某些部位是否有磨损、排气孔是否阻塞、流道设计是否合理;

　　4.注塑机模板之间的平行度是否有偏差、模板拉杆受力分布是否均匀、螺杆止逆环和熔料筒是否磨损。

　　表六为毛边可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　原料潮湿彻底焙干

　　原料受到污染检查原料及任何杂质，找出污染源

　　原料粘度太高或太低检查原料粘度及注塑机的操作条件

　　锁模力太低检查压力值及调校

　　注射、保压压力太高检查设定值及调校

　　注射压力转换太迟检查转换压力位置，重新调校提早转换

　　注射速度太快或太慢检查及调校流量控制阀

　　温度太高或太低检查电热系统及螺杆转速

　　模板刚性不够检查锁模力及调校

　　熔料筒、螺杆或止逆环磨损修理或更换

　　背压阀磨损修理或更换

　　锁模力不均匀检查拉杆受力情况

　　模板不平行调正

　　模具排气孔阻塞清理

　　模具磨损检查模具使用次数及锁模力，修理或更换

　　模具分模不配合检查模具相对位置是否偏移，重新调校

　　模具流道不平衡检查设计及修改

　　模具温度低及加热不均检查电热系统及修理

　　七、制品粘模(脱模困难)

　　TPU在注塑成型发生制品粘模时，首先要考虑注射压力或保压压力是否过高。因为，注射压力太大会造成制品过度饱和，使原料填入其它空隙而使制品卡在模腔中造成脱模困难。其次，当熔料筒温度过高时，会使原料受热分解变质，在脱模过程中出现破碎或断裂，造成粘模。至于模具方面的问题，如进料口不平衡，使制品冷却的速率不一致，也会造成制品在脱模时发生粘模现象。

　　表七为粘模可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　注射压力或熔料筒温度过高降低注射压力或熔料筒温度

　　保压时间过长减少保压时间

　　冷却不充分增加冷却循环时间

　　模具温度过高或过低 调整模温及两侧相对温度

　　模具内有脱模倒角修理模具去除倒角

　　模具进料口不平衡限制原料流程，尽可能接近主流道

　　模具排气设计不良设置合理的排气孔

　　模蕊错位调整模蕊

　　模具表面太光滑改善模具表面

　　脱模剂缺乏在不影响二次加工时，使用脱模剂

　　八、制品韧性降低

　　韧性是使材料断裂所需要的能量。〔2〕引起韧性降低的主要因素有：原料、回收料、温度及模具等。而制品的韧性降低，将直接影响制品强度和机械性能。

　　表八为韧性降低可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　原料潮湿彻底焙干原料

　　回收料掺入比例过大降低回收料掺入比例

　　熔料温度太高或太低调整熔料温度

　　模具浇口太小增加浇口尺寸

　　模具浇口接合区过长减少浇口接合区长度

　　模具温度太低提高模具温度

　　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现象。〔3〕

　　充填不足的原因有成型条件设定不当、模具的设计制作不完善、成型品的肉厚壁薄等。在成型条件方面的对策是增高材料、模具温度，增大注射压力、注射速度及提高材料的流动性。模具方面可增大浇道或流道尺寸，或对浇口位置、大小、数量等进行调整修改，使熔融材料流动顺畅。再者，为了使成形空间内的气体顺利疏散，可在适当位置设置排气孔。

　　表九为充填不足可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　供料不足增加供料量

　　制品过早固化提高模具温度

　　熔料筒温度太低提高熔料筒温度

　　注射压力低提高注射压力

　　注射速度慢增加注射速度

　　注射时间短增加注射时间

　　模具温度低或不均调整模具温度

　　射嘴或漏斗阻塞拆除清理

　　浇口位置不当调整更改

　　流道小加大流道

　　浇道或溢口小加大浇道或溢口

　　螺杆止逆环磨损更换

　　成形空间内气体未排出在适当位置增加排气孔

　　十、制品有结合线

　　结合线是熔融材料二道或二道以上合流的部分所形成的细线，通常亦称焊接线。〔3〕结合线不仅影响制品的外观，同时也不利于制品的强度。结合线发生的主要原因有：

　　1.制品形状(模具构造)所致材料的流动方式;

　　2.熔融材料合流性不良;

　　3.熔融材料合流处混入空气、挥发物或难熔物等。

　　升高材料和模具温度，可使结合线的程度减至最小。同时，改变浇口的位置、数量，使结合线的位置移往他处;或在熔合部设置排气孔，迅速疏散此部位的空气及挥发物;或在熔合部附近设材料溢流池，将结合线移至溢流池，再将其切除等都是有效地消除结合线的对策。

　　表十为结合线可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　注射压力、时间不足增加注射压力、时间

　　注射速度太慢提高注射速度

　　熔料温度低提高熔料筒温度

　　背压低、螺杆转速慢提高背压、螺杆转速

　　浇口位置不当、浇口及流道太小改变浇口位置或调整模具入口尺寸

　　模具温度太低提高模具温度

　　材料固化速度过快降低材料固化速度

　　材料流动性不佳提高熔料筒温度，改善材料流动性

　　材料有吸湿性增加排气孔，控制材料品质

　　模具内空气排除不畅增加排气孔或检查排气孔是否堵塞

　　原料不洁或掺有他料检查原料

　　脱模剂剂量太多少用脱模剂或尽量不用

　　十一、制品表面光泽不良

　　TPU制品表面失去材料本来的光泽，形成层膜或模糊状态等，皆可称为表面光泽不良。

　　制品表面光泽不良，大都是由于模具成形表面研磨不良引起。当成形空间表面状态良好时，提高材料和模具温度可增强制品表面光泽。使用过多的难融剂或油脂性难融剂亦是表面光泽不良的原因。同时，材料吸湿或含有挥发物及异质物混入污染也是造成制品表面光泽不良的原因。所以，要特别注意模具和材料方面的因素。

　　表十一为表面光泽不良可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　注射压力、速度太低适当调整

　　模具温度太低提高模具温度

　　模具成形空间表面有水或油脂污染擦拭干净

　　模具成形空间表面研磨不充分模具打光

　　不同材料或异物混入清洗料筒，过滤原料

　　原料含有挥发物提高熔料温度

　　原料有吸湿性控制原料预热时间，彻底焙干原料

　　原料的剂量不足增加注射压力、速度、时间及原料剂量

　　十二、制品有流痕(线纹)

　　流痕是熔融材料流动的痕迹，以浇口为中心而呈现的条纹模样。〔3〕

　　流痕是最初流入成形空间内的材料冷却过快，而与其后流入的材料间形成界线所致。为了防止流痕，可提高材料温度，改善材料流动性，调整注射速度。

　　残留于射嘴前端的冷材料，若直接进入成形空间内，则会造成流痕。因此在浇道与流道的汇合处或流道与分流道的交接处设充分的滞料部位，可有效地防止流痕的发生。同时，也可通过增大浇口尺寸来防止流痕的发生。

　　表十二为流痕可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　原料熔融不佳提高熔料温度、背压，加快螺杆转速

　　原料不洁或掺有他料，干燥不足检查原料，彻底焙干

　　模具温度太低提高模具温度

　　浇口附近温度太低提高温度

　　浇口太小或位置不当加大浇口或更改位置

　　保压时间短延长保压时间

　　注射压力或速度不当调整至适当

　　成品断面厚薄相差太多变更成品设计

　　十三、注塑机螺杆打滑(无法进料)

　　表十三为螺杆打滑可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　料管后段温度过高检查冷却系统，降低料管后段温度

　　原料干燥不完全彻底焙干原料及适当加润滑剂

　　料管及螺杆磨损修理或更换

　　料斗进料部位故障排除进料部位故障

　　螺杆退后速度过快降低螺杆退后速度

　　料筒没清洗干净清洗料筒

　　原料颗粒过大减小颗粒尺寸

　　十四、注塑机螺杆无法转动

　　表十四为螺杆无法转动可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　熔料温度低提高熔料温度

　　背压过高降低背压

　　螺杆润滑不足适当添加润滑剂

　　十五、注塑机注射嘴漏料(流涕)

　　表十五为注射嘴漏料可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　料管温度过高降低料管温度，尤其是射嘴段

　　背压调整不当适当降低背压及螺杆转速

　　主流道冷料断脱时间早延迟冷料断脱时间

　　松退行程不够增加松退时间，更改射嘴头设计

　　十六、材料未熔尽

　　表十六为材料未熔尽可能产生的原因及处理方法

　　产生原因处理方法

　　熔料温度低提高熔料温度

　　背压过低提高背压

　　料斗下部过冷关闭料斗下部冷却系统

　　模塑周期短增加模塑周期

　　材料干燥不足彻底焙干材料