塑膠射出製程大解密-上集

所謂的「塑膠射出成型」，指的是將原料加熱液化後，透過模具塑型，接著再冷卻固化成型。製程中的每一個環節都會影響最終成品的結果，這對於新手來說，有時候就像是個黑盒子，無法清楚地知道在這整段製程中，有哪些需要掌握的重點，這次就讓我們來解開塑膠射出成型生產製程的祕密吧。

塑膠射出製程的五大重點(如圖1)，分別為：

(1)  塑膠原料的乾燥

(2)  機台大小的選擇

(3)  模具的冷卻水路

(4)  射出參數的調整

(5)  首件檢查與量產

(1) 塑膠原料的乾燥

多數的塑膠原料，都會有微量的水氣附著在原料的表面，當這些微量的水氣進入高溫的料管後，可能會影響到產品的「外觀」或「物性」，也可能造成射出不穩定的狀況，因此，大部分的塑膠原料在生產前，都需要經過一道乾燥的過程。而不同的塑膠原料，吸水率也有所不同。吸水率的差異來自於該原料化學式的「極性」高低，「極性」高的塑料，親水性佳，所以吸水率較高。相反的，「極性」低的塑料則不容易吸水，甚至不需要烘料。舉例來說(如圖2)，PA6就是一種吸水率很高的塑料，所以在烘料設備上的要求程度也會比較高，一般來說如果要有比較穩定的生產良率，通常都會建議搭配除溼乾燥機來烘乾PA類的原料。也因為高吸濕的特性，因此PA6的原料包裝袋，大多需要使用鋁箔料袋來隔絕外在的水氣，而非使用紙質的料袋。而PE與PP屬於「非極性」，反而是親油性佳，就算需要烘料，所需要的時間也很短(1小時)，這也是為什麼一般業界都常說PP不太需要烘料的原因，如圖3所示。但如果原料經過染色重新造粒後，建議生產前還是簡短烘一下料，可以降低造粒中，過水冷卻時所殘留下來的極微量水氣。

較為常見的塑料乾燥設備有：1、熱風乾燥機 2、除濕乾燥機

「熱風乾燥機」是最常見且構造簡單的設備，主要由「風機」、「加熱管」、「乾燥桶」三個部件所構成，如圖4所示。這一類的設備，其乾燥效果容易受到環境中的溫度與濕度所影響，因為風機在進氣時，會直接抽取環境中的空氣，所以如果在梅雨季節時，因為空氣中的溼度高，所以會間接影響乾燥桶內的乾燥效率。較適合用在吸水率不高的原料上，像是ABS原料。但有時候也有例外，舉個例子來說，ABS正常的烘料時間是2小時，如果空氣潮濕時，可能會需要到3小時。假設產品的重量大、吃料量快，會導致原料在下雨天時來不及乾燥完全，進而影響生產時的良率。

另一種較好的乾燥設備則是「除濕乾燥機」，其乾燥的方式有很多種，像是「真空乾燥」、「蜂巢式轉輪」、「多段式轉輪」等，如圖5所示。它的乾燥能力比傳統的熱風乾燥機來得優異，不只乾燥時間較短，乾燥效果也比較好。常被應用在吸水率較高的PA或PC原料上。以下整理了常見塑料的「乾燥時間參考表」，如圖6，供各位參考。

(2) 機台大小的選擇

不同的產品大小、重量、厚薄，所合適匹配的機台規格也不同。一般來說，需要考量射出機的「鎖模力」、「料管」、「射壓」、「射速」等，以下只針對「鎖模力」的大小來進行說明：射出機的規格，大多會以該機台的「鎖模力」來做初步的區分，像是我們常聽到的50噸、100噸、200噸的射出機，以100噸的射出機為例，就是指該射出機在進行塑料充填時，機座鎖模力可承受100噸的「模腔內壓」。

什麼是「模腔內壓」呢？我們在YouTube頻道的塑膠酷知識《射出成型穩定的關鍵－基本概念篇》中有提到，當塑料注入模具中，其「射膠壓力」需要大於「流動阻力」，而這兩者力量在抵抗的過程中，模具內部會形成很大的壓力，迫使模具的公模與母模分開，而這股壓力就是「模腔壓力」。為此，在選擇射出機的規格時，需要先計算該產品可能產生的模腔內壓，評估合適的鎖模力大小。其計算參考公式如下：以一個長10公分、寬10公分、高2公分、ABS原料的產品為例，該產品的投影面積為10X10=100平方公分，而ABS的有效內壓值是：每平方公分為0.35噸，先假設修正係數為1，則所需要的鎖模力為100X0.35=35噸。因此，該產品可能適合以50噸的機台來生產。如圖7所示。

以上就是塑膠射出製程的前兩個重點，我們將在下集繼續說明另外三個重點(模具的冷卻水路、射出參數的調整、首件檢查與量產)。