34 塑膠射出成形技術

34 塑膠射出成形技術 /工業理工/ TK Design & Company

塑膠射出成形的技術原理

將塑膠加溫溶化至適當的黏度，不要太水，也不要太硬，讓它

很容易被擠壓入模具而成形；既要飽模，又不發生毛邊，這就

是塑膠射出成形的技術原理。所以塑膠成形的技術，主要是在

『溫度』和『射出』。

溫度的三要素

溫度的三要素是：預熱、料溫，和模溫。預熱是要去除塑料裡

面吸入的水份；料溫是要提供塑料一個適當黏度的溶化；模溫

則是要決定塑料冷卻的速率。

預熱

預熱有 溫度幾度和時間幾小時 的條件，不足的溫度或不足的

小時，等於什麼事都還沒有做，完全沒用；預熱有的須要超過

100 度 C，甚至是 120~150 度 C，因為要從塑膠裡面分離出

水份須要額外的能量，不是 100 度 C 就能蒸發掉的意思。

預熱還有另一個方式，用冷凝除濕機除濕，其主要用於 PC，

可避免 PC 於過長時間的預熱後，會發生結塊和發黑的不良。

當材料是防潮包裝，而包裝良好時，可以略過預熱除濕的過程。

料溫

料溫是指塑料在料管內各段的溫度，一般是分成四段或五段的

熱絲來管理。料管裡面有正要射出的部分，和等待射出的部

分，各給予適當的溫度，以避免塑料被加熱過久，以及能穩定

射壓。

模溫

模具要保持一定的溫度，尺寸和變形才會安定，不管是用什麼

塑料，或模溫是調在高溫還是低溫。

像 PC 或 PC/ABS 這種高溫材料，若模溫不足，等於是塑料在

模具內被急速冷凍，會造成不飽模、結合不良等問題；再，結

晶性的塑膠，如 Nylon、PBT 等，若模溫不足，將造成未結

晶，使成品的耐溫約只剩下規格的一半，將來也會變形；或有

加纖的塑料，表面會發生浮纖的現象。

射出的四要素

射出的四要素是：射壓、射速、射出時間(或行程)，和冷卻時

間。射壓使射速穩定，並決定飽模的程度；射速決定塑料在模

具內怎麼流動；射出時間配合射速，決定了塑料射出的量；冷

卻時間使成品定形，或以及完成結晶。

在一次的射出過程中，一般都還要將 射壓、射速，以及射出

時間 再分成數段來作用，以得到最好的成品品質。例如 第一

段 作用為 澆道射出，用低射速中射壓，以避免冷料進入成品

內；第二段 作用為 成品射出，用高射速中射壓，至九分多飽

模為止，使尺寸穩定；第三段 作用為 飽模射出，用中射速高

射壓，使外觀漂亮；最後 再用保壓射出，以避免縮水。

射速決定品質特徵

在成品射出段時，若射速偏高，容易引起 包風、表面局部霧

面、結合線明顯，其成品的特徵是 尺寸會較安定，但表面可

能較不漂亮。若射速偏低，可能引起 不飽模、局部縮水明顯，

變形較大，其成品的特徵是 表面會較漂亮，但尺寸可能較不

安定。

射速是調整射出條件的主題，但要有足夠的射壓，才能得到想

要的射速。射速是要看塑料在模具內實際的流動速度，不是只

看機台的設定參數。

保壓特性

在保壓射出時，縮水的成品會把澆道內未完全凝固的塑料引入

成品內補充縮水的量，因此在成品的進料點附近，塑料因再次

的流動，表面可能留下流痕，結構可能發生破壞而會脆弱易

斷。調整 料溫和模溫 會影響結果。

噴嘴溢流

噴嘴於開模時的溢流， 若於射出時，沒有被引入澆道的屯料

區，就可能讓這一塊冷料進入成品內，塞在進料點附近，產生

一個區塊，也容易在此處發生斷裂。

逃風

模具都要有逃風的設計或結果，射出時才不會包風。包風通常

是發生在遠離進料點的地方，射速偏高時較容易引起包風。包

風會使該處表面缺料 或燒焦，使該處模面腐蝕，可能在包風

5000 模後，模子就會燒壞掉了。模具須做定期保養，主要為

拆解清洗，讓逃風順暢。

合模壓力

射出時，要保持閉模，不能被射壓撐開，謂之鎖模能力，用噸

數來算，這就是機台所稱幾噸的由來。原則上，合模壓力要設

定在甚大於射出壓力所反應於模具被撐開的受力，不用細調。

射出量

實際射出量最好是該機台的最大射出量的 30%~70%，過少

或過多，都可能使該機台的射出穩定性變差，會調不出想要達

成的條件，或時常不飽模。

不能射出時

當飽模時，總是會出現整片的毛邊，或肉厚忽厚忽薄，可能是

機台的噸數太小，也可能是公模的支撐柱不足。

當射壓出不來，不能飽模時，可能是機台的射出能力不足，也

可能是澆道阻力太大，或塑料的流動性偏低。

必要時，可以以更高的料溫，或更高的模溫，來完成射出。

澆道的形狀

澆道的直徑和形狀，進料口的大小，會影響射壓的須要，進而

影響成品的飽模穩定。例如 澆道只做成半圓形(斷面視角)，

其流動阻力即甚大於同樣斷面積之圓形者，因為半圓形的澆

道，塑料會停滯在兩側角落，只有中間的部分在流動。

小一個型號的料管

常有大噸數的機台，裝用小一個型號的料管，以使射出能力增

大(射壓增大)。

不同規格的螺桿

料管裡面的螺桿(Screw)、前面的噴嘴(Nozzle)，也應依不同

塑料的特性，使用不同的規格。例如 壓克力、PC 的黏稠度高，

螺桿的槽隙要較大、噴嘴孔要較大；Nylon、PP 的黏稠度低，

螺桿的槽隙要較小、噴嘴孔要較小，才能使射壓、射速安定，

才射的出來。

加纖的材料磨擦大，要用高硬度的螺桿和噴嘴；透明的材料怕

黑點，要用能保持潔淨的螺桿和噴嘴。

螺桿有壽命，都很難射出時，有可能螺桿已磨損或腐蝕了。

塑料的流動性

塑料的類似型號，有流動性較佳的或較差的，可以考量選用。

掺加次料

掺加次料，會使流動性較佳，變成縮水率較小，若是 HIPS，

表面會較光滑，因為橡膠顆粒碎了；若是加纖材料，會較容易

飽模，因為很多纖維斷了。因此掺加適當百分比的次料，若能

使成本降低，使射出品質變好，並非壞事。可是次料會焦化，

若掺加太多的次料，肉可能會結合不良而易脆裂。

通常，掺加百分之十至十五的次料，會影響射出條件，但尚未

影響成品品質；掺加百分之五十或以上的次料，成品品質可能

會有明顯差異。

由回收廠賣出的次料，其品質不會每批相同，隨時可能發生脆

裂，耐溫不足這兩個問題，常使成品無法退模，卡在模具上，

造成模具損壞。

結晶性塑膠

塑膠有非結晶性和結晶性兩種，有很多塑膠是結晶性塑膠，如

POM、Nylon、PBT、PPS 等。結晶性塑膠要靠模溫和時間

來結晶，才能達成其耐溫和不變形，絕對不能隨意降低模溫，

或減少冷卻時間，不然做壞了還不知道。

Duty Cycle

當機台調整完了，品質穩定後，依機台每生產一模的動作，順

序為 閉模→射出→冷卻→開模→退出 每循環一次，謂之一個

Duty Cycle，由一個 Duty Cycle 幾秒，即可算出其於幾個小

時可以做幾模，再乘以一模有幾穴，即可算出其產能有多少。

模溫較高，冷卻時間須要較久，射出廠多會在量產後，任意降

低模溫，減少冷卻時間，以增加產能，這會造成尺寸偏小、變

形、不飽模、耐溫不良、銀紋等問題。

塑膠原廠的物理特性表和射出條件表

射出條件，儘量參看塑膠材料商提供的物理特性表，和射出條

件表，尤其是結晶性塑膠，受益無窮。然而，射出廠真的懂預

熱，懂模溫，和會參看材料廠規範的射出條件表的，實在不多，

懂結晶的，快要沒有人了。

如何做好品質

若要把品質做好，尤其是射特殊材料，如 PC, PC/ABS, POM,

Nylon, PBT, LCP, PPS 等，常是要由真的會的工程師去指導射

出廠要怎麼射，盯住射出條件，特別是 料溫、模溫、射壓、

射速，以及冷卻時間，機台噸數，不然就會做壞一大堆，射出

廠還不知道是壞的。

試模和量產

試模儘量做到 50 模以上。試模開始時，一邊停一邊射的東西，

其模溫、料溫都尚未穩定，不可以做為樣品；或者，有缺料或

過度飽模的東西，亦不可做為樣品，因為這些東西尺寸都不正

確，不能做為依據。要在能連續射出，並至一定數量後，射出

條件才會趨於穩定，開始編號留樣，這時，機台約已射出

30~50 模，或已射出 0.5~1 小時了。

正式生產亦同試模，須在連續射出至一定數量後，射出條件才

會趨於穩定，約連續射出 50~100 模後，或連續射出 0.5~1

小時後，這時的樣品才可做為首件檢驗，首件通過後，之前的

東西必須全數丟掉。

脫模劑

脫模劑會污染成品，試模可以使用，量產則應禁止。

後製程 退火

射出後的成品，常存有內應力，若擔心將來會再變形，或易破

裂，可以將成品加溫至接近橡膠態，在一個時間，讓內應力釋

放掉，稱為退火。例如 有的 LCP 成品一定要做退火，不然將

來外形會發生類似氣泡狀的起翹，LCP 的退火條件，約在

100~150 度 C、約 1 小時。退火也可以讓結晶性塑膠的未結

晶部分再結晶，以免將來再變形，或易破裂。

後製程 吸水

Nylon 材質於射出後是乾燥而易脆的，要浸蒸餾水約 1~3 小

時，讓其吸收水份，然後濾乾，再放置 1 天，吸水再自然乾燥

後，尺寸和特性才會出現。

尺寸的認定

剛射出來的成品，其變形和尺寸尚未安定，須等一個小時以

上，或隔天，才能確定其變形量和尺寸。而通常，須要 1 星期，

其變形和尺寸才會安定。Nylon 類塑膠，則須在吸水並自然

乾燥後，尺寸才算穩定。

多模穴的尺寸差異

多模穴的模具，會因各個模穴的配置位置不同，而使各個模穴

進料的 壓力和時間 各不相同，有的會比較飽模，有的比較不

飽模，而產生尺寸的差異。

包裝

塑膠件的包裝，不可以讓成品受壓，受壓會引起變形。有些塑

膠，如 ABS, HIPS，長時間被日光燈照射會變色，庫存時不可

以曝露受光。

射出條件記錄表

機台的射出條件必須記錄，並且被承認，並於下次生產時沿

用，必要時只能做微調修正。應嚴格禁止於下一次生產時，隨

意重新設定射出條件，此舉將使成品的 尺寸、外觀、變形、

耐溫 等等，全部都變成不一樣。若換機台生產，也有同樣的

風險，故也不可以隨意更換機台生產。

射出條件記錄表項目有：預熱的溫度和時間；料溫的各段設

定；模溫(或公模溫、母模溫)；射壓、射速、射出時間(或行程)

的各段設定；保壓的各段設定；冷卻時間；模壓；Duty Cycle(週

期秒數)；機台品牌型號(通常，型號就含有該機台的噸數)。

成品的全檢項目

1. 材質校對。

2. 次料百分比校對。

3. 品質檢驗 - 毛邊和不飽模、變形、縮水、包風、表面 (接

合線、霧面、銀紋、氣泡、浮纖 等)、頂出針 (凸出或凹陷、

頂白、頂出變形)、拖傷、卡模、進料口切斷結果、斷裂強

度 (於受力點)、外觀 (花樣、刀痕、放電痕、模傷、污點)、

顏色 (於不同光源)、尺寸、重量、耐溫試驗 (例如 過

Reflow)，以及射出條件記錄表。

隱性接合線

有些受力點，例如 中空柱、螺絲柱，塑料如果是側流過柱芯

再回包成形時，可能留下隱性的接合線，會使柱子裂開。

浮纖

模溫不足會造成結晶性塑膠未結晶，並發生表面浮纖，使耐溫

剩下一半，但這卻是絕大部分射出廠知識不足的地方，要特別

交代和注意。

LCP 浮纖會留下很多小縫隙在 LCP 和纖維之間，若做為連接

器，可能造成漏電。

拖傷 卡模

若發生成品被母模面拖傷，或卡在母模上，通常這個問題不是

發生在母模，而是發生在公模，其未能抓住成品，成品因鬆脫

而被母模拖行造成。有很多師傅並不會瞭解，就去磨修母模

面，而立即將成品的外觀或尺寸弄壞掉。

污點

射出透明或白色的東西，要特別小心污點，有一個就有一大

堆。污點通常是來自 機台的料管、次料，或環境的灰塵。

可繼續參看 『07 塑膠的認識』

TK Cheng