射出成型是一種重要的製造工藝，廣泛應用於工業零件和個人用品（如玩具、牙刷等）的生產。這是最受信賴的加工方法之一，尤其適合大量生產品質與尺寸一致的零件。然而，如果沒有受控且穩定的溫度，是幾乎不可能獲得理想的結果。因此，在本文中，我們將探討模具溫度在射出成型中的重要性。
射出成型是塑膠製造中最常見的方法之一，已有數十年歷史。這個過程包括將塑膠熔融（熱塑性聚合物），注入模具中，然後冷卻到適當的溫度範圍以開始生產。這些熱塑性材料在加熱時會變為塑性狀態，冷卻時固化，並能承受多次加熱—成型—冷卻的循環。與熱固性塑膠相比，熱塑性塑膠可回收再利用，且通常較不易脆裂。
哪些因素會影響射出成型的成功？
1. 足夠的停留時間
要正確填充模具，需使用具有準確時間、壓力與溫度控制的射出成型機。必須設定合適的停留時間來達到預期效果：確保不要讓原料在料筒中過熱。若停留時間不足，原料可能無法達到預期狀態，甚至會在進入模腔前就過早硬化。
2. 正確的射出壓力
若壓力不足，模製品可能會出現氣泡、飛邊、燒焦等缺陷。為避免這些問題，射出壓力、保壓及背壓等三個區域都需正確設定。適當的壓力可克服射出過程中的阻力，促進順利填充。
3. 適當的溫度
最後也很重要的是，應安裝模溫機（若需低於環境溫度，則使用冷水機）以維持最佳運作溫度。每種塑膠的加工溫度不同，甚至同一種塑膠來自不同來源或等級時，適用範圍也可能不同。因此，必須謹慎選擇溫度設定，避免過熱而影響混合品質。
射出成型中需持續監控的三種溫度為：料筒溫度、噴嘴溫度與模具溫度。其中模具溫度對產品的外觀、結構及功能性影響最為關鍵。
什麼是射出成型的模具溫度？
在射出成型中，模具溫度是指模腔表面的溫度。不同的塑膠材料對應的模具溫度範圍也不同：例如，一般理想範圍為 60-80℃，聚碳酸酯（PC）為 80-120℃，聚乙烯（PE）為 50-70℃，聚丙烯（PP）為 40-60℃。
若要達到高尺寸精度，需仔細監控模具溫度並確保其分佈均勻。若模具溫度分佈不均，將導致內部應力及收縮不一致，使澆口容易變形、翹曲，甚至產生常見射出缺陷。
什麼是射出成型的冷卻時間？
射出成型冷卻時間指的是熔融塑膠冷卻並固化所需的時間。這會根據所選塑膠種類、聚合物化學成分、壁厚、產品設計（如平面或非平面）以及脫模時的溫度而有所不同。
如何計算？
冷卻時間的計算公式會納入多項參數，包括模具與熔膠溫度、脫模溫度、產品厚度及熱擴散率（定義為熱導率除以密度與定壓比熱）。雖然計算複雜，但主要可歸納為以下四大因素：
- 產品設計：厚度越厚，冷卻時間越長；反之，較小或壁薄產品冷卻時間較短。
- 材料選擇與溫度：塑膠本為絕緣體，但在熔融狀態下仍可導熱。公式中會用到三種溫度：
- 熔膠溫度：即塑膠由固體轉變為液體的起始溫度。
- 模具溫度：為達到良好表面複製效果的理想模具溫度範圍。
- 熱變形溫度（HDT）：指材料在承受高載荷時發生形變的溫度。
- 模具設計：良好的模具設計可減少冷卻時間，包括模具的尺寸與形狀。
- 加工過程：填充、保壓、冷卻、開模、脫模、閉模等流程皆需考量。
如何縮短射出成型的週期時間？
成型週期時間是提升射出效率的關鍵因素。當您試圖優化週期時間時，也將發現提升生產效率與降低成本的潛力。以下是可優化的幾個重點：
- 原料加熱
- 注塑
- 保壓與填充
- 冷卻
- 脫模
- 品質檢查
最後一點尤為重要，因為冷卻時間若設定太短，將可能導致產品缺陷與報廢。
為什麼要使用模具溫度控制？
理想的模具溫控系統可實現模具與熔膠之間的熱交換，並將模具加熱至射出的理想溫度。有效的溫度控制具備以下優勢：
- 預防蠕變失效
- 預防疲勞破壞
- 提升耐磨性
- 達到尺寸穩定性
- 減少材料結晶
冷卻與冷卻時間縮短
如前所述，射出成型的尺寸與精度取決於配料、填充、固化及溫控的適當性。一般來說，80% 至 85% 的成型週期都花在冷卻階段。目標是讓產品達到足夠堅固以承受脫模力。因此，建議使用工業冷水機來有效管理模具溫度。
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