透明塑料制品注塑成型的常见要点

一、原料准备

1. 原料选择：

聚碳酸酯（PC）：具有优异的光学透明性、高抗冲强度以及良好的耐热性，能在较宽的温度范围内保持稳定的物理性能，适用于制造如光学镜片、高端电子产品透明外壳、汽车灯罩等对透明度和强度要求都很高的制品。不过，其加工流动性相对较差，需要在注塑过程中精准控制工艺参数。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）：也就是常说的亚克力，有着极佳的透光率，可媲美玻璃，且耐候性较好，常用于制作展示架、广告灯箱、装饰摆件以及各类灯具的灯罩等，能呈现出非常好的视觉效果，但它的表面硬度相对较低，容易被划伤，在后续使用和处理时要留意保护。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）：常用于食品、药品等的透明包装领域，具有良好的化学稳定性、透明度以及一定的阻隔性能，而且成本相对较为合理。不过，它的结晶特性对注塑工艺有一定影响，在加工时要根据结晶需求合理控制温度等参数。

其他透明塑料：像聚苯乙烯（PS），透明度高、价格便宜，常用于一些对力学性能要求不高的简单透明制品，如一次性餐具、文具等；环状聚烯烃（COC），在光学领域应用广泛，特别适合制造高精度的光学镜片等，因其具有低双折射、高纯度等特点，但原料成本相对较高。

2. 原料干燥：

干燥设备选择：常见的干燥设备有热风循环烘箱、真空烘箱以及除湿干燥机等。对于大批量生产且对水分含量要求极为严格的透明塑料原料，除湿干燥机是比较好的选择，它能持续稳定地提供低湿度的干燥环境，有效去除原料中的水分。而热风循环烘箱则适用于中小批量生产或者对干燥要求不是特别苛刻的原料干燥情况。

干燥参数设定：以 PC 原料为例，通常使用除湿干燥机时，干燥温度一般设定在 110℃ - 130℃，干燥时间要达到 4 - 8 小时，具体时长可根据原料的初始含水量以及批次量等因素适当调整。同时，要严格控制干燥环境的湿度，尽量使其保持在 10% 以下，以确保最终原料的含水量能降低至 0.02% 以内。对于 PMMA 原料，干燥温度可设置在 70℃ - 90℃，干燥时间 3 - 6 小时左右，其对湿度的敏感度相对稍低，但也需保证干燥后的含水量符合要求，避免制品出现银丝、气泡等缺陷。

二、注塑机选择与调试

1. 注塑机选型：

螺杆结构：针对透明塑料的注塑，优先选择渐变型螺杆，这种螺杆的螺距和螺槽深度从加料段到计量段逐渐变小，能更好地实现对塑料的均匀塑化，使塑料熔体的温度和黏度更加均匀一致，有助于提升制品的透明度和质量。并且，螺杆的长径比一般建议在 20:1 - 25:1 之间，长径比较大的螺杆能增加塑料在料筒内的停留时间，使其有更充分的塑化机会，对于一些高黏度的透明塑料原料尤为重要。

注射系统精度：注塑机的注射系统要具备高精度的注射量控制能力，其注射量的重复精度应能达到 ±1% 以内，这样才能保证每次注塑时，注入模具型腔的塑料熔体体积准确无误，避免因注射量的偏差导致制品出现尺寸偏差、缺料或者飞边等质量问题。

合模系统稳定性：合模系统需要有足够的锁模力，以确保在注塑过程中模具型腔能够紧密闭合，防止塑料熔体在高压下从分型面溢出，形成飞边。同时，合模系统的开合模动作要平稳、精准，避免因模具的剧烈撞击等不稳定因素影响制品的成型质量以及模具的使用寿命。

2. 参数调整：

注射速度：注射速度不宜过快，否则容易使塑料熔体产生湍流，卷入空气形成气泡，影响制品的透明度和外观质量。对于结构简单、壁厚均匀的透明制品，注射速度可以相对平稳，一般在 10 - 30cm³/s 左右。但对于那些具有复杂结构、薄壁加强筋或者薄壁与厚壁过渡区域的制品，往往需要采用多级注射速度。例如，在开始注射时，以较低速度（如 5 - 10cm³/s）进行填充，使熔体平稳进入主流道和型腔的主要部分，当填充到薄壁区域或者结构复杂部位时，适当提高速度至 20 - 40cm³/s，确保熔体能够充分填充这些部位，然后在接近型腔末端时再降低速度，避免产生飞边等问题。

保压速度：保压阶段的速度相对较慢，主要是为了平稳地补充熔体，其速度一般设定在 1 - 5cm³/s，要根据制品的具体要求以及保压压力等参数配合调整，保证制品在保压过程中质量稳定。

注射压力：注射压力的设定需要综合考虑制品的形状、尺寸、壁厚以及模具的流道系统等因素。比如，对于薄壁的透明塑料制品，由于熔体在型腔中冷却速度快，需要较高的注射压力来确保熔体能快速、充分地填充整个型腔，防止出现短射现象，可能需要达到 100 - 150MPa 甚至更高。而对于厚壁制品，注射压力则相对较低，一般在 50 - 100MPa 左右，同时要注意避免因压力过大使制品内部产生较大的残余应力，导致后续出现开裂、变形等问题。在实际调试过程中，往往需要通过多次试模来确定最佳的注射压力值。

保压压力：保压压力通常低于注射压力，其主要作用是在制品冷却收缩过程中补充塑料熔体，使制品密度均匀，避免出现缩痕。对于 PC 制品，保压压力一般为注射压力的 60% - 80%，保压时间根据制品壁厚等因素，多在 5 - 20 秒之间；PMMA 制品的保压压力约为注射压力的 50% - 70%，保压时间 3 - 10 秒左右；PET 制品保压压力大致是注射压力的 70% - 90%，保压时间可能需要 8 - 20 秒，具体参数都要通过试模进行优化调整。

料筒温度：对于 PC 原料，料筒前段温度通常设置在 260℃ - 280℃，中段温度在 240℃ - 260℃，后段温度在 220℃ - 240℃，这样的温度梯度有助于原料逐步均匀地塑化，从加料段开始升温软化，到前段达到适合注射的良好流动状态。PMMA 原料的料筒前段温度一般在 200℃ - 230℃，中段 180℃ - 200℃，后段 160℃ - 180℃，要根据其相对较窄的加工温度窗口进行精细调节，防止温度过高导致分解，影响制品的透明度和色泽。PET 原料料筒前段温度多在 270℃ - 290℃，中段 250℃ - 270℃，后段 230℃ - 250℃，同时要注意 PET 在加工过程中的结晶情况，通过温度控制来调节结晶度，进而影响制品的性能和外观。

喷嘴温度：喷嘴温度一般略低于料筒前段温度，对于 PC，喷嘴温度可设置在 250℃ - 270℃，这样既能保证塑料熔体顺利通过喷嘴注入模具，又能避免因温度过高在喷嘴处出现流涎现象。PMMA 喷嘴温度在 190℃ - 210℃为宜，PET 喷嘴温度则大约在 260℃ - 280℃，要根据不同塑料的熔体黏度和流动性特点来合理设定。

三、模具设计与制造要点

1. 排气设计：

排气槽：排气槽的深度、宽度和长度等尺寸都需要精心设计。深度通常在 0.02mm - 0.05mm 之间，太浅则排气效果不佳，太深容易导致塑料熔体溢出形成飞边。宽度一般根据模具的尺寸和结构，在 3 - 8mm 左右较为合适。排气槽的长度要延伸至模具型腔外，使其能将空气顺利排出模具外部。排气槽的位置要选择在熔体最后填充的部位，比如型腔的角落、加强筋的末端等容易积聚空气的地方，以提高排气效率。

透气钢镶件：透气钢是一种具有良好透气性的材料，将其制作成模具的部分镶件来辅助排气效果显著。在使用透气钢镶件时，要注意其安装位置和与模具其他部件的配合，镶件的孔隙率一般在 15% - 30% 之间，孔隙大小均匀，这样能保证空气顺畅通过，同时又不会使塑料熔体大量渗入而堵塞孔隙。透气钢镶件在模具中的数量和分布要根据制品的形状、大小以及排气需求综合确定，例如对于大型且结构复杂的透明制品模具，可能需要多个透气钢镶件分布在不同部位来保障排气效果。

其他排气方式：还可以采用真空泵辅助排气的方式，在模具上连接真空泵，在注塑前先将型腔中的空气抽出，使型腔处于负压状态，这样在注塑时塑料熔体更容易填充型腔，减少气泡产生的几率。另外，利用分型面的自然间隙进行排气也是一种简单的方法，但这种方式排气效果相对有限，一般需要与其他排气手段配合使用，且要注意控制分型面的间隙大小，防止熔体溢出。

2. 冷却系统优化：

冷却通道布局：冷却通道的布局要根据制品的形状和壁厚来设计，对于形状规则、壁厚均匀的制品，冷却通道可以采用均匀分布的直线式或圆周式排列；而对于形状不规则、壁厚差异较大的制品，则要采用分区冷却的方式，在壁厚较厚的部位适当增加冷却通道的密度，或者使冷却通道更靠近型腔表面，以加快这部分的冷却速度，保证制品整体冷却均匀。例如，对于一个带有薄壁加强筋和厚壁主体结构的透明制品模具，在厚壁主体下方的冷却通道间距可以设置为 20 - 30mm，而在薄壁加强筋附近，冷却通道间距可缩小至 10 - 15mm，并且要合理设计冷却通道的走向，避免出现冷却死角。

冷却通道尺寸：冷却通道的直径一般在 8mm - 12mm 之间较为合适，直径过小会影响冷却液的流量和冷却效率，直径过大则可能使模具结构过于复杂，增加成本且占用过多的模具空间。冷却通道与型腔表面的距离也要根据制品壁厚等因素调整，通常在 10 - 20mm 左右，距离太近容易使制品表面产生冷痕，影响外观质量，距离太远则冷却效果不佳，导致制品冷却时间延长，生产周期变长。

冷却液选择与控制：常用的冷却液有水、油以及一些专用的模具冷却剂等。水的冷却效果好、成本低，但容易使模具生锈，需要添加防锈剂等进行防护；油的冷却速度相对较慢，但具有较好的防锈和润滑性能，适用于一些对温度控制要求较高、精度要求严的模具。冷却液的温度要根据制品的塑料种类和工艺要求进行调节，一般控制在 5℃ - 30℃之间，同时要通过温度控制系统实现对冷却液温度的精确控制，保证冷却过程稳定、均匀。

3. 脱模机构设计：

脱模方式选择：常见的脱模方式有推板脱模、斜顶脱模、推杆脱模等。推板脱模适用于形状较为简单、平整的透明制品，通过推板整体推动制品脱离模具型腔，脱模力均匀，不易损伤制品表面；斜顶脱模则多用于具有倒扣结构的制品，斜顶可以在开合模过程中通过斜向运动将带有倒扣的制品顺利脱出；推杆脱模比较灵活，可根据制品的具体形状和需要设置多个推杆的位置，但要注意推杆与制品接触部位的设计，避免在制品表面留下明显的推杆痕迹。

脱模斜度设置：脱模斜度对于透明塑料制品顺利脱模至关重要，一般在 1° - 3° 之间，对于一些表面精度要求高、质地较软的制品，脱模斜度可适当增大至 3° - 5°。在设计模具型腔时，就要充分考虑脱模斜度的设置，确保制品在冷却收缩后能沿着斜度方向顺利脱出模具，同时要保证制品的尺寸精度和外观质量不受斜度影响，尤其是对于一些有光学要求的透明制品，脱模斜度的设计更要精细，避免因斜度问题导致光线折射等光学性能变化。

脱模零件表面处理：与制品接触的脱模零件，如推板、斜顶、推杆等的表面都要进行精细的抛光处理，使其表面粗糙度达到 Ra0.8μm 以下，这样在脱模过程中可以最大限度地减少对制品表面的划伤，保证制品的光洁度和透明度。此外，还可以在脱模零件表面采用镀硬铬等表面处理方法，提高其耐磨性和耐腐蚀性，延长脱模零件的使用寿命，进一步保障脱模过程的顺利进行和制品的质量。

四、注塑工艺过程控制

1. 多级注射控制：采用多级注射工艺时，一般分为 3 - 5 个阶段进行控制。在注射初期，也就是第一阶段，以极低的速度（如 3 - 5cm³/s）和较低的压力（约为最终注射压力的 30% - 40%）进行注射，目的是让塑料熔体缓慢、平稳地填充模具型腔的主流道和浇口，避免熔体高速冲击产生漩涡和卷入空气。进入第二阶段，当熔体开始进入型腔主体部分时，根据型腔的大小和壁厚情况，适当提高注射速度至 8 - 15cm³/s，压力提高到最终注射压力的 50% - 60%，确保熔体能够均匀地向型腔四周扩散填充。到了第三阶段，如果制品存在薄壁区域、加强筋等结构复杂部位，在此阶段进一步提高速度至 15 - 25cm³/s，压力相应增加，保证熔体能够充分填充这些难填充的部位。对于一些大型或特别复杂的制品，还可能需要设置第四、第五阶段，进一步精细调整注射速度和压力，以实现完美填充。

2. 熔体流动控制：在注射过程中，要时刻关注塑料熔体在型腔中的流动情况，可以通过观察注塑机上的压力、速度等参数曲线以及利用模具上设置的可视化窗口（如采用透明的镶件或开设观察孔等方式）来直观地查看熔体的流动状态。如果发现熔体出现湍流、滞流或者前锋面不稳定等情况，要及时调整注射速度、压力等参数，确保熔体能够以层流的方式平稳填充型腔，这对于保证制品的透明度和内部质量非常关键。

3. 保压曲线优化：保压过程并非是单一压力保持不变，而是可以通过设置保压曲线来实现更精准的控制。通常在保压初期，采用较高的保压压力（如前面所述的保压压力范围的上限值），随着制品的冷却收缩，逐渐降低保压压力，形成一个递减的压力曲线，这样能更好地适应制品收缩过程中对熔体补充的需求变化，避免因保压压力不合理导致制品出现缩痕、内部空洞等缺陷。保压时间的确定要综合考虑制品的壁厚、尺寸以及塑料的热收缩特性等因素，通过多次试模，观察制品脱模后的外观和尺寸精度来进行优化调整。

4. 保压过程监控：在保压阶段，要持续监控注塑机的保压压力、保压时间等参数，同时观察模具型腔的压力反馈情况（可以通过在模具中安装压力传感器来实现），确保保压过程稳定、准确。如果出现保压压力波动较大或者保压时间不足等情况，要及时进行调整，保证制品在保压结束后密度均匀、内部结构完整，为后续的冷却和脱模做好准备。

5. 冷却时间确定：冷却时间的计算较为复杂，它与制品的壁厚、塑料的热传导系数、模具的冷却效率以及环境温度等都有关系。一般可以通过理论计算公式结合实际经验来初步估算冷却时间，然后通过试模进一步精确确定。例如，对于壁厚为 2mm 的 PC 制品，初步估算冷却时间可能在 10 - 15 秒左右，但实际试模时可能需要根据制品的最终质量情况在这个基础上进行适当增减。在确定冷却时间时，要观察制品脱模后的变形情况、尺寸精度以及表面质量等，确保制品充分冷却定型，不会因冷却不足在脱模后出现翘曲变形、尺寸偏差等问题。

6. 冷却均匀性保障：为保证制品冷却均匀，除了前面提到的优化冷却系统的布局、尺寸等措施外，在冷却过程中还要注意冷却液的流量和温度的均匀性。可以通过安装流量调节阀和温度传感器等设备来对冷却液在各个冷却通道中的流动情况进行调节和监控，确保每个部位的冷却效果一致，避免因局部冷却过快或过慢导致制品出现内应力不均、变形等质量问题。

五、制品后处理

1. 退火处理：

透明塑料制品在注塑过程中容易产生内应力，内应力会使制品在使用过程中出现开裂、光学性能变差等问题。通过退火处理能有效消除内应力，例如 PC 制品，可将其放入加热到 120℃ - 130℃的烘箱中，保温 1 - 2 小时，然后缓慢冷却至室温，具体的退火温度和时间要根据制品的厚度、尺寸以及塑料的种类来适当调整。

2. 表面处理：

为了进一步提高制品的透明度和表面光洁度，可以进行表面处理。比如采用打磨的方式去除制品脱模后表面可能存在的细微瑕疵，然后用抛光膏等进行抛光，使制品表面达到镜面效果；对于一些有更高光学要求的制品，还可能需要进行镀膜等特殊表面处理，增强其透光性、耐磨性等性能。

总之，透明塑料制品注塑成型是一个系统工程，每个环节都紧密关联，需要根据具体的塑料原料、制品要求等多方面因素综合考量并精细操作，才能生产出高质量的透明塑料制品。