在熱塑性彈性體TPE的注塑加工領(lǐng)域，厚壁制品的生產(chǎn)始終是一項(xiàng)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的技術(shù)難題。當(dāng)產(chǎn)品的肉厚超過(guò)三毫米甚至達(dá)到十毫米以上時(shí)，傳統(tǒng)的工藝窗口急劇收窄，生產(chǎn)者常常陷入縮水與氣泡此消彼長(zhǎng)的兩難困境。表面凹陷、內(nèi)部真空泡、縮孔等缺陷不僅嚴(yán)重?fù)p害產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，更會(huì)大幅削弱其機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命。搜索這個(gè)問(wèn)題的工藝工程師或生產(chǎn)管理者，正站在機(jī)器旁面對(duì)著不良品苦思冥想，他們需要的不是零散的理論知識(shí)，而是一套立即可行、邏輯清晰且能直達(dá)問(wèn)題根源的系統(tǒng)性調(diào)機(jī)策略。本文基于筆者在高分子材料厚壁注塑領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá)二十余年的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，將TPE厚膠注塑視為一個(gè)涉及熱力學(xué)、流變學(xué)以及壓力傳遞的復(fù)雜系統(tǒng)。文章將深入剖析厚壁條件下縮水與氣泡的形成機(jī)理，揭示二者之間的內(nèi)在聯(lián)系與矛盾，并提供一個(gè)從材料準(zhǔn)備、模具評(píng)估到工藝參數(shù)精細(xì)調(diào)控的完整解決方案。目標(biāo)不僅是解決眼前的問(wèn)題，更是賦予讀者應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜厚壁制品生產(chǎn)的底層邏輯和能力。

透徹理解厚膠注塑的核心矛盾：熱傳導(dǎo)與體積收縮

要同時(shí)克服縮水和氣泡，必須首先理解它們?cè)诤癖谧⑺苤械奶厥獗憩F(xiàn)和共生關(guān)系。與薄壁制品快速冷卻凍結(jié)不同，厚壁制品的冷卻過(guò)程極其緩慢且不均勻，這帶來(lái)了一系列獨(dú)特的問(wèn)題。

縮水的本質(zhì)：補(bǔ)縮不足與壓力衰減

縮水，即表面凹陷，其根本原因是熔體在冷卻固化階段，從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)發(fā)生的體積收縮沒(méi)有得到足夠的新熔體補(bǔ)充。在厚壁情境下，這一現(xiàn)象尤為復(fù)雜。

不均勻冷卻與皮芯結(jié)構(gòu)：當(dāng)高溫TPE熔體注入型腔，與冷模壁接觸的表面會(huì)瞬間形成一層凝固層（表皮）。而制品中心部位由于散熱路徑長(zhǎng)，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍保持熔融狀態(tài)（芯部）。這種皮芯結(jié)構(gòu)使得中心熔體在冷卻收縮時(shí)，會(huì)被已經(jīng)固化的堅(jiān)硬表皮所束縛，無(wú)法向內(nèi)部自由收縮，從而在表皮下方產(chǎn)生真空負(fù)壓，將尚未完全固化的表層向內(nèi)拉扯，形成凹陷。

壓力傳遞失效：保壓壓力的作用是向型腔內(nèi)補(bǔ)充因冷卻收縮而減少的物料。但在厚壁件中，澆口會(huì)過(guò)早凍結(jié)，切斷壓力傳遞通道。即使保壓壓力再高，也無(wú)法傳遞到遠(yuǎn)離澆口的厚大區(qū)域，導(dǎo)致補(bǔ)縮中斷，核心部位形成縮孔。

收縮率差異：TPE材料的收縮率本身較大，且受工藝條件（如保壓壓力、冷卻速率）影響顯著。厚壁導(dǎo)致冷卻更慢，結(jié)晶性TPE組分（如有）的結(jié)晶度可能更高，進(jìn)一步增大后收縮。

氣泡的根源：氣體卷入與揮發(fā)分氣化

厚壁件中的氣泡主要分為兩類(lèi)，其成因截然不同。

真空泡（縮孔）：這類(lèi)氣泡并非由氣體卷入產(chǎn)生，而是縮水的另一種表現(xiàn)形式。如上文所述，當(dāng)中心區(qū)域收縮而無(wú)法得到補(bǔ)縮時(shí)，如果表皮有足夠的強(qiáng)度抵抗住內(nèi)拉應(yīng)力，則內(nèi)部就會(huì)形成真空空腔，即為真空泡。它常出現(xiàn)在產(chǎn)品最厚、最后冷卻的部位，泡壁光滑。

氣體泡：這類(lèi)氣泡由物理氣體引起。一是空氣被高速注射的熔體裹挾進(jìn)入型腔；二是材料本身含有的水分或易揮發(fā)小分子（如低分子量油品）在高溫下氣化。在厚壁件中，由于熔體在型腔內(nèi)停留時(shí)間更長(zhǎng)，為揮發(fā)性氣體的積聚提供了更充分的條件。如果這些氣體在熔體固化前來(lái)不及通過(guò)排氣系統(tǒng)排出，就會(huì)被包裹在內(nèi)形成氣泡，泡壁通常較粗糙。

核心矛盾：保壓與排氣的博弈

解決縮水需要高保壓壓力、長(zhǎng)保壓時(shí)間以強(qiáng)化補(bǔ)縮。但這會(huì)加劇熔體壓縮，可能將型腔內(nèi)的氣體更緊密地壓迫到熔體內(nèi)部難以排出，甚至可能從排氣槽擠出過(guò)多的熔體產(chǎn)生飛邊，堵塞排氣。反之，為解決氣泡而降低保壓、增強(qiáng)排氣，又會(huì)削弱補(bǔ)縮效果，導(dǎo)致縮水加重。因此，調(diào)機(jī)的藝術(shù)在于找到這個(gè)微妙平衡點(diǎn)。

下表清晰對(duì)比了縮水與氣泡的特征與成因：

缺陷類(lèi)型	外觀特征	主要成因	發(fā)生位置
縮水（凹陷）	表面局部凹陷，手感平滑	補(bǔ)縮不足，表皮收縮	筋位、螺絲柱背后、厚壁區(qū)域表面
真空泡（縮孔）	內(nèi)部空洞，泡壁光滑	內(nèi)部收縮無(wú)補(bǔ)料，真空形成	制品最厚截面中心
氣體泡	內(nèi)部或表層氣泡，泡壁可能粗糙	空氣卷入、水分揮發(fā)	隨機(jī)分布，熔接痕附近，最后充填區(qū)域

系統(tǒng)性解決方案：四維一體的精細(xì)化調(diào)控策略

要實(shí)現(xiàn)厚膠TPE不縮水不起泡，必須采用系統(tǒng)思維，從材料、模具、工藝、設(shè)備四個(gè)維度協(xié)同發(fā)力，缺一不可。

第一維度：材料預(yù)處理與選擇是基礎(chǔ)

萬(wàn)丈高樓平地起，材料的準(zhǔn)備是成功的第一步。

充分徹底的烘干是排除氣體泡的首要前提。TPE材料，尤其是某些極性和SEBS基的牌號(hào)，具有一定的吸濕性。這些水分在注塑機(jī)筒內(nèi)高溫下會(huì)迅速氣化，形成水蒸氣氣泡。對(duì)于厚壁注塑，要求更為嚴(yán)苛。必須嚴(yán)格按照材料供應(yīng)商提供的技術(shù)數(shù)據(jù)表進(jìn)行烘干，通常建議在80至100攝氏度的循環(huán)空氣烘箱中烘干3至4小時(shí)以上。烘干料斗的露點(diǎn)值應(yīng)低于零下20攝氏度。使用前最好用快速水分測(cè)定儀進(jìn)行驗(yàn)證。

選擇適合厚壁注塑的專(zhuān)用牌號(hào)。向您的材料供應(yīng)商咨詢(xún)，選擇流動(dòng)性好、收縮率相對(duì)穩(wěn)定且內(nèi)部潤(rùn)滑體系經(jīng)過(guò)優(yōu)化的TPE牌號(hào)。高流動(dòng)性的材料能在較低注射壓力下充滿(mǎn)型腔，減少氣體卷入風(fēng)險(xiǎn)。一些牌號(hào)還含有成核劑，有助于細(xì)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少縮孔。

第二維度：模具設(shè)計(jì)的先天優(yōu)化

模具是材料的定型場(chǎng)所，其設(shè)計(jì)決定了工藝調(diào)校的上限。

澆口設(shè)計(jì)是生命線(xiàn)。對(duì)于厚壁制品，澆口尺寸必須足夠大，以延遲其凍結(jié)時(shí)間，確保保壓壓力能長(zhǎng)時(shí)間有效傳遞到型腔內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)縮。扇形澆口、薄膜澆口或直接點(diǎn)澆口比針點(diǎn)澆口更有利于保壓。澆口位置應(yīng)開(kāi)設(shè)在制品的厚壁處，以實(shí)現(xiàn)最有效的壓力傳遞。

冷卻系統(tǒng)必須高效且均衡。厚壁件需要強(qiáng)大的冷卻能力。模具冷卻水路的設(shè)計(jì)應(yīng)確保圍繞厚壁區(qū)域有充分的冷卻，盡可能實(shí)現(xiàn)均勻冷卻，以減少內(nèi)部應(yīng)力和平重翹曲。但需注意，冷卻過(guò)快可能使表皮過(guò)早凍結(jié)，反而阻礙補(bǔ)縮和排氣，需要找到平衡點(diǎn)。

排氣系統(tǒng)至關(guān)重要。充足、通暢的排氣是排除空氣和揮發(fā)性氣體的關(guān)鍵。應(yīng)在熔體流動(dòng)末端、鑲件位置及最后充填區(qū)域開(kāi)設(shè)排氣槽。對(duì)于厚壁件，排氣槽深度可適當(dāng)加大至0.03至0.05毫米，但需進(jìn)行試驗(yàn)防止飛邊?？紤]使用排氣鋼鑲件或真空排氣系統(tǒng)作為高級(jí)解決方案。

第三維度：注塑工藝參數(shù)的精細(xì)雕琢（核心）

這是調(diào)機(jī)工程師的主戰(zhàn)場(chǎng)，參數(shù)的設(shè)置需要極高的技巧和耐心。

溫度體系是調(diào)控的基石

熔體溫度：采用中等偏高的熔體溫度。溫度過(guò)低，熔體粘度大，流動(dòng)阻力大，需要更高的注射壓力，易卷入氣體，且補(bǔ)縮困難。溫度過(guò)高，則冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，降解風(fēng)險(xiǎn)增加，揮發(fā)物增多。建議在材料推薦范圍的中間偏上區(qū)域取值，并通過(guò)射膠觀察其流動(dòng)性。

模具溫度：采用中等偏高的模具溫度。較高的模溫（如50-70°C）能減緩表皮凍結(jié)速度，為保壓壓力傳遞和內(nèi)部氣體排出贏得寶貴時(shí)間，有效防止真空泡。但模溫過(guò)高會(huì)顯著延長(zhǎng)成型周期并增加縮水傾向。需要精細(xì)平衡。

注射階段：速度與位置的精準(zhǔn)控制

注射速度：采用多級(jí)注射速度控制。第一階段（澆口附近）使用慢速或中速，以防止湍流卷入空氣。當(dāng)熔體前端平穩(wěn)地越過(guò)澆口區(qū)域后，第二階段可采用中高速充滿(mǎn)型腔的大部分體積（約90%）。最后階段（充填末端）再次減速，讓前端的氣體有充分時(shí)間通過(guò)排氣槽排出。這個(gè)慢-快-慢的策略是關(guān)鍵。

V/P切換點(diǎn)：從注射到保壓的切換點(diǎn)設(shè)置至關(guān)重要。切換過(guò)早，型腔未充滿(mǎn)，保壓變成補(bǔ)壓，易產(chǎn)生縮水和氣泡。切換過(guò)晚，則可能已產(chǎn)生過(guò)保壓甚至飛邊。最佳切換點(diǎn)通常設(shè)置在型腔充填至95%至98%時(shí)，通過(guò)短射法或模腔壓力傳感器精確設(shè)定。

保壓階段：壓力與時(shí)間的藝術(shù)平衡

保壓壓力：保壓壓力是克服縮水的核心參數(shù)。但并非越高越好。起始保壓壓力應(yīng)設(shè)置在一個(gè)適中的水平（通常為最大注射壓力的50%至70%），以能剛好彌補(bǔ)收縮而又不產(chǎn)生飛邊為準(zhǔn)則。對(duì)于厚壁件，有時(shí)需要較高的保壓壓力。

保壓時(shí)間：保壓時(shí)間必須長(zhǎng)于澆口凍結(jié)的時(shí)間。對(duì)于厚壁件，澆口凍結(jié)慢，保壓時(shí)間需要顯著延長(zhǎng)。一個(gè)實(shí)用的判斷方法是：逐步延長(zhǎng)保壓時(shí)間，直到產(chǎn)品重量不再增加為止，此時(shí)的時(shí)間即為理論上的最小足夠保壓時(shí)間。實(shí)際生產(chǎn)中可以此為基礎(chǔ)略作延長(zhǎng)。

保壓壓力曲線(xiàn)：采用遞減式保壓壓力曲線(xiàn)通常比恒定壓力更有效。第一段較高的壓力用于初始補(bǔ)縮，后續(xù)幾段壓力逐級(jí)降低，以逐步釋放內(nèi)部應(yīng)力，避免過(guò)保壓。

冷卻時(shí)間：確保充分固化

厚壁件需要足夠長(zhǎng)的冷卻時(shí)間，以確保產(chǎn)品有足夠的剛性頂出而不變形。冷卻時(shí)間不足，內(nèi)部仍為熔融狀態(tài)，頂出時(shí)可能造成變形，內(nèi)部應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)致后期縮水或氣泡。冷卻時(shí)間可通過(guò)理論計(jì)算或?qū)嶒?yàn)確定。

工藝參數(shù)優(yōu)化策略總結(jié)如下表：

工藝參數(shù)	調(diào)控方向與目標(biāo)	對(duì)縮水的影響	對(duì)氣泡的影響
熔體溫度	適中偏高，保證流動(dòng)性	利于補(bǔ)縮，過(guò)高低降解	過(guò)高揮發(fā)分多，易生氣泡
模具溫度	適中偏高，延遲凍結(jié)	利于保壓傳遞，減輕縮水	利于氣體排出，減輕氣泡
注射速度	多級(jí)控制，末端減速	影響不大	慢速末端利于排氣，防氣泡
保壓壓力/時(shí)間	足夠壓力，充分時(shí)間	核心手段，直接補(bǔ)縮	過(guò)高壓力可能壓入氣體
冷卻時(shí)間	充分冷卻，穩(wěn)定尺寸	不足可能后收縮	影響不大

第四維度：注塑機(jī)狀態(tài)與輔助設(shè)備

確保注塑機(jī)處于良好狀態(tài)。止逆環(huán)磨損會(huì)導(dǎo)致熔體回流，保壓壓力無(wú)法維持。螺桿磨損會(huì)導(dǎo)致塑化不均。使用穩(wěn)定性好的伺服電機(jī)注塑機(jī)有利于工藝穩(wěn)定。模溫機(jī)、除濕干燥機(jī)是厚壁注塑的必備輔助設(shè)備，必須保證其工作正常。

高級(jí)技巧與特殊工藝

當(dāng)常規(guī)方法效果達(dá)到瓶頸時(shí)，可考慮以下高級(jí)方案：

變模溫技術(shù)：在注塑前將模具升溫（如通過(guò)高溫蒸汽或感應(yīng)加熱），使模溫接近材料軟化點(diǎn)，從而以極低的注射壓力完成充填，并極大地改善熔體表面復(fù)制性。充填完成后，迅速將模具冷卻至正常溫度進(jìn)行保壓和定型。此技術(shù)能同時(shí)顯著改善外觀和內(nèi)部質(zhì)量，但會(huì)大幅增加周期時(shí)間和能耗。

氣體輔助注塑或水輔注塑：對(duì)于特別厚的制品，這是一種革命性的解決方案。在熔體注入部分型腔后，向熔體中心注入高壓氮?dú)饣蛩?，氣體在制品較厚的部分形成中空通道，利用氣體的壓力從內(nèi)部進(jìn)行保壓，能徹底解決縮水問(wèn)題，并減輕重量、縮短冷卻時(shí)間。但模具和設(shè)備成本較高。

實(shí)戰(zhàn)案例剖析

案例：某企業(yè)生產(chǎn)一個(gè)TPE（硬度70A）的緩沖墊，肉厚8mm，直徑150mm。生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品中心出現(xiàn)大型真空泡，表面有輕微縮水。

排查與解決：

確認(rèn)材料已按規(guī)范烘干4小時(shí)，排除水分氣泡。

檢查模具，發(fā)現(xiàn)澆口為直徑1.5mm的點(diǎn)澆口，且排氣槽深度僅0.01mm，明顯不足。

工藝調(diào)整：首先將模溫從40°C提升至60°C，延緩凍結(jié)。將注射速度設(shè)為三段，末端慢速以利排氣。V/P切換點(diǎn)設(shè)為98%充填度。

關(guān)鍵調(diào)整：采用較高的初始保壓壓力（峰值壓力80%），并顯著延長(zhǎng)保壓時(shí)間至25秒（原為10秒）。保壓壓力分三段遞減。

結(jié)果：真空泡消失，表面縮水減輕但未完全消除。

根本解決：與模具部門(mén)溝通，將澆口直徑擴(kuò)大至2.2mm，并將周邊排氣槽深度增至0.04mm。修改后，采用優(yōu)化后的工藝，產(chǎn)品外觀完美，內(nèi)部致密，問(wèn)題徹底解決。

此案例表明，工藝調(diào)整能解決大部分問(wèn)題，但有時(shí)模具的局部修改是達(dá)到完美質(zhì)量的臨門(mén)一腳。

結(jié)語(yǔ)

TPE厚膠注塑不縮水不起泡，是一個(gè)對(duì)材料理解、模具認(rèn)知和工藝掌控能力的綜合考驗(yàn)。它要求我們超越簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置，深入到熱力學(xué)與流變學(xué)的底層邏輯。通過(guò)系統(tǒng)性的材料準(zhǔn)備、模具評(píng)估、以及溫度、速度、壓力、時(shí)間四大工藝參數(shù)的精細(xì)聯(lián)動(dòng)與平衡，完全有可能同時(shí)征服縮水與氣泡這兩大頑敵。記住，耐心和細(xì)致的觀察是調(diào)試厚壁制品最重要的品質(zhì)。每一次成功的調(diào)試，都是對(duì)注塑科學(xué)更深層次的理解。希望本文的體系化思路能為您點(diǎn)亮前進(jìn)的道路，助您駕馭厚壁TPE注塑的挑戰(zhàn)，穩(wěn)定生產(chǎn)出完美品質(zhì)的產(chǎn)品。

常見(jiàn)問(wèn)答

問(wèn)：降低縮水的同時(shí)，產(chǎn)品重量會(huì)增加嗎？

答：是的，通常會(huì)增加。因?yàn)榭朔s水本質(zhì)上是通過(guò)保壓向型腔內(nèi)補(bǔ)充更多的物料。因此，在優(yōu)化工藝后，產(chǎn)品的重量會(huì)略有增加，這是正常且期望的現(xiàn)象。重量穩(wěn)定是工藝穩(wěn)定的一個(gè)重要指標(biāo)。

問(wèn)：為什么有時(shí)提高保壓壓力后，氣泡反而更嚴(yán)重了？

答：這通常表明氣泡主要是由氣體（空氣或揮發(fā)分）引起的。過(guò)高的保壓壓力可能將這些尚未排出的氣體更猛烈地壓縮并溶解到熔體內(nèi)部，或是壓入更深的區(qū)域。當(dāng)壓力釋放后，這些氣體會(huì)膨脹形成更密集的氣泡。此時(shí)應(yīng)優(yōu)先確保熔體干燥、注射末端減速排氣，并檢查模具排氣是否通暢，而非一味提高保壓。

問(wèn)：對(duì)于非常厚的制品，冷卻時(shí)間太長(zhǎng)，如何提高效率？

答：對(duì)于極厚制品，冷卻時(shí)間往往占周期的70%以上。提高效率的方法包括：1. 優(yōu)化模具冷卻系統(tǒng)，確保水路貼近型腔且流量充足。2. 在保證質(zhì)量的前提下，尋求材料供應(yīng)商提供快速定型牌號(hào)。3. 考慮采用交替冷卻技術(shù)或異型水路。4. 最終極的方案是評(píng)估是否可采用氣體輔助注塑，它能大幅減少實(shí)體壁厚，從而縮短冷卻時(shí)間。

問(wèn)：如何判斷氣泡是真空泡還是氣體泡？

答：有幾個(gè)方法：1. 看位置：真空泡幾乎總是出現(xiàn)在制品最厚的截面中心；氣體泡位置不固定，可能在流道末端或熔接痕處。2. 剖開(kāi)看泡壁：真空泡內(nèi)壁通常光滑；氣體泡內(nèi)壁可能粗糙，有時(shí)有燒焦痕跡。3. 工藝響應(yīng)：延長(zhǎng)保壓時(shí)間、提高保壓壓力，真空泡會(huì)改善或消失；而對(duì)氣體泡可能無(wú)效甚至惡化。

以上內(nèi)容基于深入的工程實(shí)踐，具體應(yīng)用時(shí)請(qǐng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行判斷和調(diào)整。