第12章：塑件缺陷
12.1 气穴
12.1.1 什么是气穴？
气穴是被困在模腔内的空气，由聚合物熔体前沿汇合、空气未能从模具排气槽或兼作排气的嵌件逸出所致。气穴通常位于最后充填区；这些区域没有排气槽或排气槽太小是常见原因。大壁厚比造成的赛道效应，即熔体优先流经较厚区，也常导致气穴。
图 12.1：气穴位置由气穴和充填时间模拟结果标示。
12.1.2 气穴造成的问题
被困空气会造成塑件内空洞和气泡、短射或表面瑕疵，例如斑痕和烧焦痕。
12.1.3 对策
12.1.3.1 改变零件设计
减小壁厚比以减弱熔体赛道效应。
12.1.3.2 改变模具设计
仔细布置排气槽，置于最后充填区。排气槽通常设置在分型面、嵌件与模壁之间、顶针及滑块等模具材料不连续处。重新设计浇口和供料系统，使最后充填区落在适当排气位置。排气槽要足以让型腔空气在注射中逸出，但不可过大而在排气槽处产生飞边。结晶聚合物推荐排气深度为 0.025 mm（0.001 in），非晶聚合物为 0.038 mm（0.0015 in）。
12.1.3.3 调整成型条件
降低注射速度。高速会导致喷射并使空气滞留；降低速度可让熔体排出的空气有足够时间从排气槽逸出。
12.2 黑点和黑条纹
12.2.1 定义
黑点和黑条纹是塑件表面或内部的深色点、深色条纹；棕点或棕条纹是同类缺陷，只是烧焦或变色较轻。
图 12.2：(a) 黑点，(b) 黑条纹。
12.2.2 原因
原因是过热、降解或烧焦材料，或树脂受污染。材料长期停留在料筒壁和螺杆表面的刻痕、粗糙处会炭化和降解。空气或材料中的污染物，如脏回料、异物、异色材料、较低熔融温度材料，最常造成黑点和黑条纹；空气尘埃也会造成深色表面点。相同原因还会造成脆性、烧焦痕和变色。
12.2.3 对策
12.2.3.1 小心处理材料
不得将脏回料等污染材料掺入原料；给料斗和所有料桶加盖，避免空气尘埃污染。
12.2.3.2 改变模具设计
清洁顶出机构和滑块，条纹可能来自其润滑脂。改善排气；若黑点在流动末端或盲区，可能是排气不良，型腔压缩空气有时会被点燃。清洁或抛光流道上有刻痕的表面，防止积尘，并在成型前清洁模具。
12.2.3.3 选择合适机器
为模具选择合适注塑机，通常射出量应为机器注射能力的 20% 至 80%，温度敏感材料范围应更窄。模拟软件可帮助选择设备，避免树脂在热料筒中停留过久。检查料筒和螺杆是否有划伤或凹痕而滞料，并检查失控的加热圈或故障温控器造成的局部过热。
12.2.3.4 调整成型条件
降低料筒和喷嘴温度；彻底清洗注射单元。两种材料切换时，旧料可能未完全清出料筒而造成缺陷。避免回收含黑点黑条纹的废件，除非用于黑色件或可接受此缺陷的制品。
12.3 脆性
12.3.1 定义
脆性塑件易破裂或开裂。材料降解会缩短分子链、降低分子量，使零件完整性显著低于规格。
图 12.3：降解的零件易脆裂。
12.3.2 原因
材料降解可能来自不当干燥条件、不当温度设定、不当流道和浇口设计、不当螺杆设计及熔接线强度不足；同一原因还会造成黑点黑条纹、烧焦痕和变色。
12.3.3 对策
正确设定成型前干燥条件。数日全热干燥等过长时间或过高温度，会赶走塑料中挥发物使其对加工敏感，或因降低分子量而使材料降解；材料供应商可提供最佳条件。减少回料，或改用高强度材料。增大主流道、流道和浇口，避免受限流道或零件设计产生过多剪切热。采用适合材料的螺杆设计以获得更均匀的熔体温度；咨询供应商避免混料不良或过热。降低料筒、喷嘴温度，以及背压、螺杆转速或注射速度；若熔接线易开裂，在不使材料过热下提高熔体温度、模温或注射压力。
12.4 烧焦痕
12.4.1 定义
烧焦痕是在流动路径末端或形成气穴的盲区附近出现的小型深色或黑色斑点。
图 12.4：烧焦痕。
12.4.2 原因
注射速度或压力太高时，流道和型腔空气无法在极短充填时间内经排气系统释放；排气不良且赛道效应显著时也会产生气穴。空气被压缩后形成极高压力和温度，使流动末端或盲区附近表面的聚合物降解。下游携带的降解炭化材料也会形成烧焦痕。材料降解源于过高熔体温度（不当料筒设定、热电偶损坏或温控器失效）、过高螺杆转速造成的摩擦热，或喷嘴、流道、浇口、零件截面受限造成的剪切热。同一原因还会造成黑点黑条纹、脆性和变色。
12.4.3 对策
在模具中设置足够排气，尤其在流动末端和盲区；结晶材料排气深度 0.025 mm、非晶材料 0.038 mm。增大主流道、流道和浇口。避免过高熔体温度：降低注射压力、注射速度、螺杆转速和料筒温度，并检查料筒和喷嘴加热圈、校准热电偶。
12.5 分层
12.5.1 定义
分层也称层压或层裂，塑件表面可逐层剥离。
图 12.5：分层使塑件表面逐层剥离。
12.5.2 原因
可能由不相容材料混合、成型时使用过多脱模剂、型腔熔体温度低、湿气过多及浇口、流道尖角引起。
12.5.3 对策
不要使用异物或污染回料；将浇口和流道全部圆滑过渡，尖角会撕裂熔体流并造成分层。不要用过量脱模剂解决脱模问题，应维修顶出系统或其他根因。按特定材料说明正确预干燥，过多水分受热成蒸汽会造成表面分层。提高料筒和模温；熔体温度过低时各层无法互相熔合，顶出或受力时即分离。
12.6 尺寸变化
12.6.1 定义
尺寸变化指机器设定不变时，塑件尺寸仍在批次间或射次间变化。
图 12.6：尺寸变化是零件尺寸的意外变化。
12.6.2 原因
包括机器控制不稳定、成型窗口狭窄、不当成型条件、注射单元止逆环损坏及材料属性不稳定。
12.6.3 对策
若材料批次间变化，联系供应商并更换批次；材料过湿时预干燥。限制回料掺比，粒径不规则会造成熔体混合水平不同及尺寸不稳。顶出时零件弯曲或扭曲应修复或调整顶出系统。按特定模具和材料设计流道、浇口系统，并用模拟软件优化尺寸以获得平稳熔流。更换损坏或磨损的止逆环、故障加热圈或热电偶。提高注射和保压压力、注射和保压时间，确保充填保压阶段有足够材料；检查冷却系统使模温均匀，正确设定螺杆计量和注射行程、螺杆转速及背压，使之落在工艺窗口内。
12.7 变色
12.7.1 定义
变色是塑件颜色偏离原材料颜色的色彩缺陷。
12.7.2 原因
材料降解或污染均可造成：材料在料筒内停留太久、料筒温度过高，或回料、异色材料、异物造成污染。相同原因还会造成黑点黑条纹、脆性和烧焦痕。
12.7.3 对策
妥善管理原料和回料存放，避免污染；增加足够排气以避免排气不良或气穴引起的变色，排气深度按结晶料 0.025 mm、非晶料 0.038 mm。使用适当尺寸的机器，典型射出量为能力的 20% 至 80%，温度敏感材料应更窄，防止树脂在热料筒停留过久。彻底清洁料斗并在换料时完全清料；降低料筒和喷嘴温度以防热降解。
12.8 鱼眼
12.8.1 定义
鱼眼是未熔材料被熔流推入型腔并出现在塑件表面的缺陷。
图 12.7：熔流中的未熔材料会造成鱼眼。
12.8.2 原因
料筒温度低使颗粒无法完全熔化；过多回料形状、大小不规则，易夹带空气且混合不均；高熔融温度材料混入原料会以颗粒存在；螺杆转速和背压过低，料筒中摩擦热不足而不能完全熔融。
12.8.3 对策
视质量要求限制或取消回料；若允许，10% 回料是良好起点。不同材料分开存放并给容器或袋子加盖。供应商通常提供料筒温度、背压和螺杆转速资料；遵循后仍有问题时，提高料筒温度、提高背压以均匀混合熔体，并提高塑化阶段螺杆转速以增加摩擦热。
12.9 飞边
12.9.1 定义
飞边是出现在模具分离处的过量材料，尤其在分型面、活动型芯、排气槽或排气顶针处。
图 12.8：飞边。
12.9.2 原因
机器锁模力不足以在成型中保持模板闭合会产生飞边。模具结构变形、分型面缺陷、机器或模具安装不当、分型面夹有飞边或异物，使分型面接触不完全，也会产生飞边。熔体温度高而黏度低、注射压力高等不当条件，以及排气系统设计不当、排气极差或排气槽过深，也是原因。
12.9.3 对策
正确安装模具以获得密封；型腔型芯错位或间隙会造成飞边。模板要有足够强度，变形时加支柱或加厚模板。检查排气尺寸，推荐深度为结晶料 0.025 mm、非晶料 0.038 mm；清洁模面，必要时铣削以保持型腔周围封口台的足够密封压力。确保机器和模具密封、压板平行；锁模力不足时选更大机器，能力足够时调整锁模力。降低料筒和喷嘴温度，但不可低到需要高注射压力而反致飞边；降低注射和保压压力、降低供料设定或行程以减小过量计量，并延长注射时间或降低注射速度。
12.10 流痕
12.10.1 定义
流痕或晕圈是在浇口附近出现环形波纹或小波纹的表面缺陷。
图 12.9：流痕。
12.10.2 原因
浇口附近冷料或保压阶段补料不足。通常由熔体温度低、模温低、注射速度低、注射压力低或主流道、流道和浇口过小引起。带玻璃嵌件模具的可视化分析还显示，流动前沿在型腔壁冷却，随后熔体反复越过并再次冷却，也会导致流痕。
12.10.3 对策
改变流道冷料井尺寸，在充填时捕集冷料；冷料井合适长度通常等于流道直径。增大流道和浇口，避免其过早冻结而不能保压；缩短主流道或以热流道代替冷流道。提高注射、保压压力、料筒和喷嘴温度及模温。
12.11 犹豫
12.11.1 定义
犹豫或犹豫痕是熔体在薄壁区或壁厚突变区滞流形成的表面缺陷，可通过改变壁厚或移动浇口消除。
图 12.10：犹豫由聚合物熔体流动滞流引起。
12.11.2 问题
熔体注入变厚度型腔时倾向先充填厚而阻力小的区域，薄区熔体会滞留到其余部分充满才再移动。若滞留时间长，滞留点会过早固化；固化前沿被推到零件表面时形成犹豫痕。
12.11.3 对策
排查时重新审视零件和模具设计，并微调加工条件。可能时改变壁厚以减小变化；将浇口移离薄区或厚度骤变区，使犹豫发生更晚、持续更短。
图 12.11：不当浇口位置导致的犹豫。
提高熔体温度和/或注射压力。
12.12 喷射
12.12.1 定义
熔体高速穿过喷嘴、流道或浇口等受限区进入开放厚区而未接触模壁时发生喷射。屈曲的蛇状熔流使折叠熔体间形成接触点，产生小尺度熔接。
图 12.12：喷射与正常充填模式的比较。
12.12.2 问题
喷射导致零件强度不足、表面瑕疵及许多内部缺陷；正常充填则是熔体从浇口逐步向型腔端部推进。
12.12.3 对策
问题常在浇口设计：使熔体冲向金属表面，使用搭接浇口或潜伏浇口。
图 12.13：采用搭接浇口避免喷射。
以渐扩流道减速，耳形或扇形浇口可使浇口到型腔平滑过渡并降低剪切应力和剪切速率。
图 12.14：采用耳形浇口 (a) 和扇形浇口 (b) 避免喷射。
增大浇口和流道或缩短浇口封口长度，也可重新布置或设计浇口。调整螺杆速度曲线：熔体过浇口时初速低，浇口附近形成分散的舌状熔体后再提高；并逐步调节料筒温度以提高或降低熔体温度。
图 12.15：调整螺杆速度曲线以避免喷射。
12.13 波纹
12.13.1 定义
波纹是靠近边缘或流动末端的波浪状、小指纹状波纹。
图 12.16：波纹。
12.13.2 原因
可视化分析显示，熔体前沿部分在型腔壁上冷却，后续熔体反复越过该部分并冷却，因而形成波纹。与浇口形状和熔体温度相比，流动前沿速度和模温影响更强。
图 12.17：(a) 无波纹的正常充填，(b) 冷模壁和低流动前沿速度造成的波纹。
12.13.3 对策
任何能提高前沿速度、模温和/或熔体温度的措施都有助消除波纹。增大零件壁厚；确保主流道、流道、浇口的供料系统适合零件；在模具全体尤其流动末端设置适当且足够大的排气，既让空气逸出又不产生飞边，推荐深度仍为结晶料 0.025 mm、非晶料 0.038 mm。提高模温、注射速度和注射压力，但压力不得超过机器能力，通常应限制为最高注射压力的 70% 至 85%，以防意外损坏液压系统；提高熔体温度时避免高温停留导致降解。
12.14 短射
12.14.1 定义
短射是因注入模具的材料不足而不完整的塑件。有时为确定或显示充填模式而有意短射；问题性短射则是熔体无法充满所有型腔，常发生于薄区或端部。
12.14.2 原因
任何提高熔体流动阻力或阻止足够材料进入型腔的因素都可造成短射：浇口、流道和薄壁等受限区尺寸不足；熔体或模壁温度低；没有排气以释放型腔空气；机器注射压力、容量和/或螺杆速度不足；料斗空、加料口堵塞、止逆阀磨损导致压力损失或射出量泄漏；以及因犹豫、不良充填模式或注射时间过长而过早固化。
12.14.3 对策
为利于熔流，可策略性增厚某些壁段作为流动引导。适当设计的主流道、流道和浇口可改善平衡：先充厚区再充薄区以避免犹豫；增加浇口数和/或尺寸以缩短流长；增大流道以减小阻力。气穴也会短射，应在最后充填区排气并增加排气槽数量和尺寸。提高注射压力但不得超过机器能力，通常限制为最高压力 70% 至 85%；在机器范围内提高注射速度以增加黏性生热、降低黏度；增加注射量；提高料筒和/或模壁温度，但避免高温停留降解。检查料斗是否供料充足或加料口堵塞，并检查止逆阀和料筒磨损。
12.15 银纹
12.15.1 定义
银纹是水分、空气或炭化塑料颗粒在塑件表面形成的喷溅状外观，呈从浇口位置向外发散的方向。
图 12.18：银纹。
12.15.2 原因
储存中塑料会吸收一定水分，未正确干燥时水分在注射中变成蒸汽并在表面喷散。塑化期一定量气体可能被夹带混入熔体，注射中未逸出也会喷散。炭化颗粒可由污染、换料后残留旧料在较高温度炭化、不合格件和回料再次污染、料筒温度不当使分子降解，或射出量低于机器能力 20% 导致树脂在料筒停留过久而产生。
12.15.3 对策
按树脂供应商说明正确干燥。增大主流道、流道和/或浇口，避免受限流道增加剪切热；检查排气，推荐深度为结晶料 0.025 mm、非晶料 0.038 mm。选择合适注塑机，射出量通常为能力 20% 至 80%，温度敏感材料应更窄；换料时完全清出旧料；提高背压以减少空气混入熔体；改善排气使空气和蒸汽易于逸出；降低熔体温度、注射压力或注射速度。
12.16 缩痕和空洞
12.16.1 定义
缩痕是局部表面凹陷，通常在厚壁、肋、凸台和内圆角上方发生；空洞是芯部真空气泡。
12.16.2 原因
冷却时厚区材料局部收缩但补偿不足造成缩痕和空洞。缩痕几乎总出现在与肋或支腿相对且相邻的表面，源于热移除不平衡等因素。低注射和保压压力、保压或冷却时间短、熔体或模温高、局部几何特征都会导致它们。外层冷却凝固后，芯部才开始冷却，其收缩向内拉主壁表面形成缩痕；若表皮足够刚硬，如工程塑料，则可能由芯部形成空洞代替表皮变形。
图 12.19：材料收缩而补偿不足会形成缩痕和空洞。
12.16.3 对策
可用在缩痕区域增加锯齿等设计特征遮蔽缩痕，并改变壁厚以减小变化。
图 12.20：通过设置肋或锯齿等设计特征可消除缩痕。
将肋、凸台、加强筋厚度重新设计为所连接基壁厚的 50% 至 80%。
图 12.21：肋、凸台和加强筋的推荐尺寸。
增大浇口和流道以延迟浇口冻结，让更多材料保压进型腔；增加或扩大排气；将浇口移至或靠近厚区，使其在薄区冻结前被保压。增加注射行程结束时的缓冲量，约保持 3 mm（0.12 in）；增加注射压力和保压时间；延长螺杆前进时间并降低注射速率；降低熔体和模壁温度；延长冷却时间；检查止逆阀是否漏料。
12.17 熔接线和汇合线
12.17.1 定义
两个相向移动的独立熔体前沿相遇时形成熔接线，也称熔接痕或结合线；两个出现的熔体前沿平行流动并相互结合时形成汇合线。孔、嵌件、多个浇口，或犹豫和赛道效应发生的变壁厚都可产生这两种线。若不能避免，应通过调整浇口将其置于低应力、低可见性区域，并提高局部温度和压力以增强强度。
12.17.1.1 如何区分
传统上以相遇角区分：相遇角
图 12.22：熔接线和汇合线。
12.17.2 熔接线的问题
在零件强度和外观很重要时，熔接线通常不受欢迎。对纤维增强材料尤其如此，因为纤维不跨越熔接线，且常沿线平行取向。
图 12.23：纤维平行于熔接线分布会形成较弱的结合。
12.17.3 熔接线强度
强度取决于两个前沿相互熔接或结合的能力，熔接线区域强度可为纯材料的 10% 至 90%。有利于高质量熔接线的条件是：高注射压力和速度；高熔体及模壁温度；在线靠近浇口处形成；两个出现前沿温差小于 10 ℃。若熔接线在充填完成前形成并立即承受额外保压，通常更不明显且更强。对复杂几何形状，流动模拟有助预测随模具设计变化的熔接/汇合线位置，并监测温差。
图 12.24：通过改变浇口位置改变熔接线位置。
12.17.4 对策
增大壁厚以利压力传递并维持较高熔体温度，调整浇口位置。增大浇口和流道，在熔接/汇合线区域布置排气以消除会进一步削弱接合处的困气；改变浇口设计以消除这些线，或使其在较高温度、较高保压下靠近浇口形成。提高熔体温度、注射速度或注射压力。