塑膠製品過火現象的原因與改善方式

在塑膠射出加工中,「過火」 是一種常見缺陷,指的是成品局部因高溫或氣體積壓而產生焦黑、變色、發脆的情況。這不僅影響外觀,更可能降低產品的強度與耐用性。

常見過火成因

  • 注射速度過快或壓力過高 → 導致模具內空氣受壓摩擦發熱

  • 排氣不良 → 模腔空氣被困,產生高溫燒焦

  • 料筒溫度過高 → 塑膠過早分解、碳化

  • 原料含水或雜質 → 受熱反應加速焦化

  • 模具設計不良 → 澆口位置或流道影響氣體排出

改善方法

  • 調整射出速度與保壓參數

  • 改善模具排氣設計

  • 控制料筒溫度與乾燥條件

  • 定期檢查原料品質與清潔度

塑膠射出製程中,細節就是品質的關鍵。透過正確的參數控制與模具設計優化,可以有效降低過火問題,確保產品外觀與性能的雙重品質。


🔥 一、「過火」的外觀表現

  1. 顏色異常:

    • 變黃: 最常見的表徵(尤其對PC、ABS、POM、尼龍等材料)。

    • 變褐/變黑: 更嚴重的降解,材料碳化。

    • 色澤不均/出現黑點/黃紋: 局部過熱或降解物堆積。

  2. 表面瑕疵:

    • 銀紋(銀線): 材料內部揮發分(如水氣、分解小分子)在高溫高壓下氣化,衝出熔體表面形成的絲狀紋路。

    • 氣泡/空洞: 揮發分過多或降解產生氣體被困在熔體內。

    • 焦斑/燒焦: 極度過熱處材料碳化形成的黑色斑點。

    • 表面粗糙/無光澤: 降解破壞了材料表面完整性。

  3. 氣味異常: 發出刺鼻的酸味、焦味或塑料燒焦的特殊氣味(不同材料味道不同)。

  4. 物理性能下降: 降解導致分子鏈斷裂,使成品變脆、強度(衝擊強度、拉伸強度)大幅降低、容易破裂。

特徵 說明
色澤異常 表面局部發黑、焦黃、白霧狀痕跡
材料分解 發出異味,材料分子因高溫裂解
常見位置 射出進料口對角區、模具末端或薄壁區
表面觸感 發脆、易碎、甚至粉化

🛠️ 二、「過火」的主要成因

  1. 加工溫度過高: 這是最直接、最常見的原因。

    • 機筒溫度、噴嘴溫度、模具溫度設定過高,超過了材料所能承受的熱穩定極限。

    • 不同塑膠材料有其推薦的加工溫度範圍。例如,PVC對溫度非常敏感,容易分解;PC需要高溫但過高也易黃化。

    • 熱敏感材料(如PVC、POM、某些TPU)尤其容易因溫度過高而降解。

  2. 熔體滯留時間過長:

    • 機器(螺桿、料筒)或模具流道設計不當,導致熔融塑料在高温區域停留時間太久。

    • 生產中斷(如換模、停機清料、故障排除)未及時清理料筒,使殘料長時間受熱。

    • 生產週期設定過長或產量太低,塑料在料筒內反覆加熱。

    • 使用過大噸位的機器生產很小的產品,熔體在料筒內循環時間過長。

  3. 剪切過熱:

    • 螺桿轉速過快、背壓過高,或模具澆口、流道設計過於狹窄,導致熔體流動時產生劇烈的摩擦剪切生熱。這種局部瞬間的高溫足以使材料降解,即使設定的機筒溫度並不高。

    • 在注射或擠出過程中,高剪切速率區域(如螺桿頭部、噴嘴、狹窄澆口)特別容易發生。

  4. 材料因素:

    • 熱穩定性差: 材料本身的耐熱性不足,或其添加的熱穩定劑(抗氧化劑)含量不足、效果不佳或已因存放不當而失效。

    • 水分含量過高: 吸濕性材料(如PC、PA、PET、ABS)未充分乾燥。水分在高溫下汽化形成水蒸氣(導致銀紋、氣泡),同時水分子在高溫下也會加速材料的水解降解反應,使分子鏈斷裂。

    • 回收料/次料比例過高: 回收料經過多次加工,分子鏈已部分斷裂,殘留的降解物也較多,其熱穩定性通常比新料差很多,更容易再次降解。

    • 材料污染: 混入不同種類或熱穩定性更差的塑料、雜質、金屬碎屑等,可能成為降解的催化點或直接引發局部過熱。

  5. 設備問題:

    • 溫控系統失靈(如感溫線故障、加熱圈損壞),導致實際溫度遠高於設定溫度。

    • 螺桿或料筒磨損嚴重,導致塑化效率下降或熔體流動不順暢,需要更高的溫度和壓力,增加降解風險。

    • 料筒或螺桿存在死角,塑料滯留其中反覆加熱。

🔧 模具設計與排氣問題(最常見)

問題項目 原因說明
模具排氣不良 空氣無法排出,受壓產生高溫燃燒(俗稱「柴油效應」)
分模線/滑塊處排氣缺乏 模具末端壓縮空氣積聚產生高溫
模穴太薄 / 進料路徑長 容易使氣體滯留,產生過火區域

🔧 成型參數設定不當

設定項目 對應影響
射出速度過快 氣體被強行壓縮,造成瞬間高溫
保壓過高 造成材料過度擠壓、加熱加壓過度
熱流道溫度過高 熔膠在澆口處過熱碳化

🔧 材料問題

材料情況 對應影響
材料含水率過高 導致高溫時水汽產生氣體焦痕
熔膠穩定性差 在高溫下容易分解,常見於回收料或劣質原料
材料存放時間過長 吸濕或氧化,容易在高溫下劣化燒焦

✅ 三、解決「過火」的方式建議

  • 嚴格控制溫度: 根據材料特性設定並監控實際加工溫度,避免超溫。

  • 優化製程參數: 合理設定螺桿轉速、背壓、注射速度,避免過度剪切生熱。

  • 確保充分乾燥: 對吸濕性材料進行足夠時間和溫度的預乾燥。

  • 減少滯留時間: 優化模具流道設計,避免生產中斷滯料,選用合適噸位的機器。

  • 使用穩定材料: 選用品質可靠的新料,控制回收料比例,防止污染。

  • 定期維護設備: 確保溫控系統準確,螺桿料筒狀態良好。