热流道的模具业

由于时代的巨轮不断的、快速的，而且很残酷的往前快速迈进，更糟糕的是人力市场难求，模具业普遍缺人的现象……令人心忧！因此在有限的人力资源之下，如何提高您的模具利润以应付日益增加的成本，乃是大家面临的主要问题，提高精密度，自动化制模……，固然是一种很好办法，不过需要投入大量资金购买设备、训练人员……，针对以上情况，最简单，最容易达成的方式，莫过于对“热浇道之使用”做透彻的了解。 射出成形之加工就是（塑化）→（流动）→（成形）→（固化结晶化）的工程。
因此对于塑料的特性，就格外重要了。例如：溶解温度、压力、黏度、比热……等都必须予以重视。由于塑料之领域非常广阔，于此无法深入其间，不过我们将针对其常识部份加以说明。 塑胶之所以能够成形加工，是由于它在温度与压力的作用下产生变形，依受热的温度不同，可分为四种状态，即玻璃状态、高弹性状态（橡胶态）、粘流态（可塑化状态）、分解状态，如图示：
玻璃状态：0～T1，分子在冻结状态，硬且脆，遇压力则易破裂。
高弹性状态（橡胶态）、：T1～T2，因外力可变形，未达溶化状态不易成形。
粘流态（可塑化状态）：T2～T3，可随意加工成形。
分解状态：T3，塑胶开始裂解，出现气体分解物，甚至达烧焦状态。 （注）以下为一般形塑料之成形条件
对于每一种不同塑料，其相对的成形区域或有不同，不过其过程分析皆相同。因此对于优秀的模具设计者而言，应确实了解每一种塑料之成形区域及加工特性。 一般的流体（例如：水、油……）其流动状态，皆依照牛顿定义进行。而塑胶熔液看似普通的流体，其实乃是非牛顿流体。例如：在牛顿流体中，虽然剪断应力有变化，但其粘度却不变。而塑胶熔液，当剪断应力发生变化时，粘度也有明显的变化产生。例如：在牛顿流体中，压力从1增加到了10的时候，则流出量增加了10倍。以塑胶熔液来做同样的实验，当压力从1增加到10，其流出量可能增加了100倍，或500倍，甚至1000倍（依照不同的塑胶而定）。
因此在这种非牛顿流动中，压力增大则流动抵抗减小。因此射出成形时，虽然浇口相当狭小，但却很容易填充于模穴内，至于牛顿流体，再加分类有两种，如图：
射出成形是将塑胶溶液采用高速度使其产生变形的一种加工法，因塑胶溶液有压缩性，在高速的流动下，容易引起弹性的压力变动。这个现象，当流动阻力有急速变化时，即可看出这种弹性的压力变动变生后，流体前端的扩散方向极为混乱不安定。但是采用高速填充时，塑胶溶液又像是非压缩性的现象。这种弹性的压力变动（不安定的脉动）是因何而起的？以下分析如图所示：
【当塑胶溶液之流动类似层流状态时，即模穴在正常且安定的状态下填充】
在图中，富有压缩性的塑胶溶液以螺旋状的弹簧表示，叙想在弹簧施加压力，使往管子中央移动时，当用一样的速度使弹簧由左往右移动的活动，这是理想的层流状态，由于射出压力与阻力在平衡状态时，弹簧的移动很平滑。【如C】
可是在某些情况，必需以急速填充时，射出压力及速度也就异常的增高。因此富有弹性的塑胶溶液（弹簧），头一瞬间时承受过程的压缩，第二瞬间时引起强大的阻力，其原因是压力的起伏变动和流动体前端的乱流所发生的，这种流动状况称为弹性乱流。 设计制品之初即应选择所用塑料，但大都未将模具并入考虑。但可能的话，所选用的材料应使模具之制造简单才好。
成形收缩率小者（PS、ABS、PC）的尺寸精度较易达成。而成形收缩率大者（PP、PE、POM）较难做到尺寸精度（模具的公差为成形品公差之1/6）。
流动时黏度比较大者（ABS等），溶液较不易流入缝隙中，但黏度小者（如PA、POM）即使间隙很小溶液亦易于进入。
成形时之温度较低者（PS等）较易成形且成形周期亦快，但成形温度高者（PC）则较慢。
成形时不易变质或分解者（PS、PE、PP等），量产时不易引起品质不稳的不良品，但成形时易发生变质或分解者，若不严格要求成形条件（模具可以精密控制成形条件）则无法量产。此在热浇道之情形下问题尤其严重。 从分子的结构观察，结晶性塑胶─线状高分子，依样其化学构造，有些分子的一部份，乃以有规则地集合，将其称为结晶性塑胶。不是所有的分子都变成此状态，依据冷却条件在重量比有40～80%程度变成结晶状态。此程度称为“结晶度”。结晶之内都是称为Lamella的分子链弯曲、折叠，而未进入产生单位结晶之结晶部分的分子链存在于Lamella或球晶之间，产生非结晶部分。非结晶性塑胶……与结晶性塑胶不同，分子无法有规则地集合。这是由于形成高分子链之原子团太大、架桥妨碍结晶。
从容积变化的观察结果，亦可将热可塑性塑胶分为两大类，一种是非结晶性塑胶，另一种是结晶性塑胶。对于结晶性与非结晶性之分类，在表中有关各种塑胶的习性已有注明。对于其容积与温度间之变化，我们可由以下例子来做更进一步的了解。例如：PS（非结晶性塑胶之代表）从20℃加热到200℃时约膨胀8.3%，以密度而言，从0.97 cm/g减少到1.012 cm/g（结晶性塑胶之代表）在同条件下有下列的变化：
20℃容积：1.03 cm/g
200℃的容积：1.33 cm/g
容积增加率：29%
已溶融的非晶性聚合物，采用所使用的射出成形机，可做大幅度的压缩。因条件而异，过剩的溶融体也可强制填充于模穴内，在这种条件下做出的成形品，残留着很大的内应力而固化。对成形品的性能有很大的影响。它会在脱模的瞬间被破坏，稍受到外力或因化学药品的作用也很容易受破坏。
结晶性塑胶，因加热使结晶完全融解，溶融体成了非晶状态，其动作与非结晶性聚合物一样。值得注意的是压力变高时，从结晶质到非结晶质的转移温度也会提高。结晶性塑胶成形时，在成形品的品质上有一点很重要，即聚合物在非结晶状态时必需要完成成形的动作。这件事，特别是对保压期间而言，保压中的变形即是因流动而引起的。
结晶性塑胶的溶融体急速冷却后，成形品的某些部份，其再结晶化受到妨碍，再结晶化的现象无法瞬间完成，而随时继续进行，密度和结晶化程度之间有直接的关系，结晶化程度高，则密度提高。相反地，结晶化程度低，则密度降低，因急激的冷却，而使再结晶化受到妨碍的部份，因温度、时间因素的差异下，或多或少继续进行后结晶化。后结晶化继续进行，直到回复原本此部份的密度为止。因此可以了解后结晶化与后收缩是相关连的，后结晶化和后收缩也是造成成形品弯曲变形和尺寸变化（成形品变小）的原因。
模穴表面温度高的话，成形收缩起初很大，热处理时却少有变化。因此，在很高的模具表面温度下做出的成形品，虽然在高温下使用，但其尺寸安定性却很好。因此，决定结晶性塑胶的模穴尺寸时，必需要考虑后结晶、后收缩的关系，而重要的是，模穴表面温度从成形开始就要正确地掌握。当然，要使模穴的表面温度完全无温度差是不可能的，但可使用有效的温度控制系统，尽量减少温度差。
通常提高模具温度，产品尺寸会收缩减小. 但不能绝对.有时候会发现提高模具温度，尺寸反而会增大.最终还是要看实际的成型效果. 热流道模具在当今世界各工业发达国家和地区均得到极为广泛的应用。这主要因为热流道模具拥有如下显著特点：
1、缩短制件成型周期
因没有浇道系统冷却时间的限制，制件成型固化后便可及时顶出。许多用热流道模具生产的薄壁零件成型周期可在5秒钟以下。
2、节省塑料原料
在纯热流道模具中因没有冷浇道，所以无生产费料。这对于塑料价格贵的应用项目意义尤其重大。事实上，国际上主要的热流道生产厂商均在世界上石油及塑料原料价格昂贵的年代得到了迅猛的发展。因为热流道技术是减少费料降低材料费的有效途径。
3、减少废品，提高产品质量
在热流道模具成型过程中，塑料熔体温度在流道系统里得到准确地控制。塑料可以更为均匀一致的状态流入各模腔，其结果是品质一致的零件。热流道成型的零件浇口质量好，脱模后残余应力低，零件变形小。所以市场上很多高质量的产品均由热流道模具生产。如人们熟悉的MOTOROLA手机，HP打印机，DELL笔记本电脑里的许多塑料零件均用热流道模具制作。
4、消除后续工序，有利于生产自动化。
制件经热流道模具成型后即为成品，无需修剪浇口及回收加工冷浇道等工序。有利于生产自动化。国外很多产品生产厂家均将热流道与自动化结合起来以大幅度地提高生产效率。
5。扩大注塑成型工艺应用笵围
许多先进的塑料成型工艺是在热流道技术基础上发展起来的。如PET预成型制作，在模具中多色共注，多种材料共注工艺，STACK MOLD等。 尽管与冷流道模具相比，热流道模具有许多显著的优点，但模具用户亦需要了解热流道模具的缺点。概括起来有以下几点。
1、模具成本上升
热流道元件价格比较贵，热流道模具成本可能会大幅度增高。如果零件产量小，模具工具成本比例高，经济上不花算。对许多发展中国家的模具用户，热流道系统价格贵是影响热流道模具广泛使用的主要问题之一。
2、热流道模具制作工艺设备要求高
热流道模具需要精密加工机械作保证。热流道系统与模具的集成与配合要求极为严格，否则模具在生产过程中会出现很多严重问题。如塑料密封不好导致塑料溢出损坏热流道元件中断生产，喷嘴镶件与浇口相对位置不好导致制品质量严重下降等。
3、操作维修复杂
与冷流道模具相比，热流道模具操作维修复杂。如使用操作不当极易损坏热流道零件，使生产无法进行，造成巨大经济损失。对于热流道模具的新用户，需要较长时间来积累使用经验。