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1、Copyrights 2009 K.Y. Yeh2前言 2009 年 4 月塑膠製品在我們的周遭十分地常見，從各類塑膠容器，PET類保特瓶、汽車、電器、消費性產品、手機、冰箱、洗衣機、電腦等。塑膠和相關的石化材料在很多地方的應用上，已經成功地取代金屬，成為最普遍被應用的工業材料。塑膠有可塑性高、可回收、可按產品功能需要低成本地以添加、合成等方式衍生出新的複合材料（例如耐衝擊和適用表面塗裝的 PC+ABS、加纖維的各類塑膠原料)。然而，在大量依賴塑膠成品的我們，對於這個產品的製作過程、以及所需要的技術知識卻又少之又少。學校也限於師資和經費，也只能普遍偏重於原材料物性等的研究，對於製造過程以及注塑
2、成形技術經常是空有理論而無法讓學生在實踐中學習。注塑成形技術（日文：射出成形 Shashutsu Seikei) 的層面是非常廣泛的。某種程度上甚至是頗具挑戰性的。要完全掌握全面的注塑技術，還需要搭配機械、電子、模具、材料、化學、力學、工業工程等各方面的輔助和專業知識才行。對於注塑成形生產技術有興趣的初心者，單靠學校的教育課程內容以及現場生產的實際經驗，往往不能將這些知識以系統化、明理化的彙整與有效的傳授。絕大多數的注塑成形的經驗，還必須要搭配實際工作體會，但是這樣也就拖長了整個必要的學習曲線。個人從事射出成形行業三十餘年以來，一直有著一個深切的信念；感覺這個業界正急迫地需要一本能夠針對有興趣
3、的初學者，以及初入注塑成形行業的社會新鮮人，一個廣泛、簡單、完整地涵蓋整個注塑成形技術的參考書籍。更重要的是，這本書必須是要有系統地、以淺顯易讀的方式整理出所有注塑成形的相關知識。因此，僅以個人手邊在三十多年來收集的手稿、筆記，搭配插圖、說明，期盼能夠完整地給初學者作一個綜合性地介紹。在完成自己三十年前剛進入塑膠行業初時，所對自己設下期許的同時，並希望能夠將注塑成形知識與技術作一個完整地傳承。這本圖解注塑成形百科可以搭配同系列的圖解注塑模具百科一併閱讀參考。同時為了配合書中內容書寫，中文的注塑、或台語、日語的射出成形兩個同義詞會互相替換地使用，請讀者注意。塑膠的技術領域像一座挖不完的寶山。每一
4、天，有新的塑膠材料、注塑技術被開發或公開出來！本書書名雖為圖解注塑成形百科，但是個人卻不敢承認是整個塑膠知識的匯總大全。反而是希望藉著簡單、易懂的重點圖解，引發讀者對注塑成形和注塑工藝的興趣，並協助現代工業累積及貢獻更深入的製造技術。對於書中不完善的部分及說明，以及新技術的更新，更請業界先輩及同好不吝指教。Copyrights 2009 K.Y. YehCopyrights 2009 K.Y. YehCopyrights 2009 K.Y. YehCopyrights 2009 K.Y. YehCopyrights 2009 K.Y. YehCopyrights 2009 K.Y. YehCo
5、pyrights 2009 K.Y. Yeh91. 有關注塑成形的初步認識有關注塑成形的初步認識 VIVI旋轉鑄塑生產設備範例將達到可塑化溫度的塑膠材料裝在密閉式的模具裡，透過鑄塑機械的旋轉及轉速將塑料藉重力附著於模具的內壁上，加以加熱並等待冷卻後硬化成形，即可取出中空的塑膠產品，遊樂場公園內的大型玩具、滑梯、水桶，交通用的紐澤西護欄等即為旋轉鑄塑的常見範例塑料於加熱（移轉室）加熱軟化，然後藉由沖壓柱的高壓。迫使已經軟化熔融的塑料穿過流道和進膠口。這個成形方法被廣泛應用在 IC 晶片、半導體封裝行業。這個成形方法3非常適合有金屬導電插件和高精密度的生產需求Copyrights 2009 K.Y
6、. Yeh10接下來將要以比較多的篇幅來說明熱塑最常被應用的注塑成形（又稱 Shashutsu Seikei 日文：射出成形)。從之前的其他注塑成形方式我們瞭解到，如果我們的產品是連續式管狀的塑膠成品時，我們會選擇擠壓成形。如果我們的產品是屬於容器類的話，則必須要透過吹入成形。又如果我們的產品是尼龍布或 PE 薄膜或塑膠袋時，則輪壓成形的生產方式會是最有效率的。但是最常被應用的熱塑成形方法，卻是結合高壓力合金模具與注塑機的注塑成形 (Injection Molding) 。注塑成形被廣泛應用的裡有：成形品形狀的自由度高，可以注塑成任何形狀、厚薄、大小，包括板狀、桶狀成品可以大量、快速地生產以降
7、低成本廣泛的應用性（例如不同塑膠材料在一定的限度下，可以共用模具和注塑機）1. 有關注塑成形的初步認識 VIIVII注塑機首先將塑料溶解至可塑的溫度。驅動馬達使螺管產生推力，將定量的熔融塑料注入鎖閉中模具裡面。鎖閉的模具形成保模壓力，讓熱塑成形，冷卻後，再將產品取出（手動或自動頂出）現代主流臥式注塑機構造適合軟膠、二次成形、小量、小噸數、半自動射出的垂直立式注塑機Multiplas Taiwan 提供Copyrights 2009 K.Y. Yeh111. 有關注塑成形的初步認識 VIIIVIII注塑成形有五道工序合模注塑保壓、冷卻（同時準備下一次成形的塑料與劑量）開模1.成品脫出或取出注塑必
8、須的事前知識注塑必須的事前知識原料及成品的塑性變形（重複熱塑性 vs 熱固性材料） 與彈性變形、縮水率注塑壓力與注塑推進速度1.原料的流速因材質不同而不同Key Point!模具剖開圖一般注塑成形所使用的壓力大約是200 500 kgf/cm2 這大概是4到10位50公斤的成年人站在一個一公分面積小角落的壓力，也大約是深海 2000-5000公尺的深水壓力，所以非常驚人！如何評估好的注塑成形機台？控制系統的高性能與高精密度？射速、螺桿加速度（是否可配合高速生產？）低噪音、省能源機台精密性、高抗性品牌噸位、大小、長度、設計、開模間距安全性配備售後服務的配合度維修的容易度廠商提供的優惠條件Copy
9、rights 2009 K.Y. Yeh122. 注塑成形機的分解：安全門鎖模裝置及控制系統進料系統料筒注塑砲筒、螺管裝置及控制系統電控箱控制系統產品出口注塑機內部細節注塑機內部細節加熱管進料系統料筒傳動系統鎖模端油壓缸砲筒螺管模具固定（）板注塑端油壓缸模具行程拉桿模具動作移動（）板待注塑的熔融塑膠模具保護裝置模具開閉制御系統模具支撐裝置產品頂出裝置製品排出滑道鎖模端油壓缸注嘴及螺桿供料計量系統注塑程序控制裝置注塑端油壓缸溫度控制系統動作表示裝置電力箱各類警告探測裝置產品頂出探測裝置射速、壓力、保壓制御系統模具溫控裝置頂出程序設定裝置各類製程數據記憶儲存冷卻水路管理系統各項安全警示裝置Copy
10、rights 2009 K.Y. Yeh133. 注塑成形的工序循環 Injection CycleInjection Cycle首先在架模時參考過去設定資料庫資料或按經驗，設定注塑時間以及開模速度確認模具模板接合順利，開閉運動良好後，設定鎖模壓力啟動注塑行程，保壓、冷卻成形，同時注塑端開始計量、加熱準備下一個注塑循環模具打開，產品脫落每一次的循環 (Cycle) 可以是數秒也可以是數分鐘，按產品大小、注塑量以及產品、模具精度而定材料模具內壓力 (kgf/cm2)PE, PP200-300PS200-300ABS, HIPS250-350POM250-400PA250-400Acrylic P
11、MMA300-450PC350-500由左表看來，注塑以及保壓成形時模具內所累積所產生的壓力很大，因此在鎖模端的壓力就必須大過注塑壓力，要不然兩個力量會抵銷，模具會被推開壓力壓力 X 模具投影面積模具投影面積 = 所需鎖模壓力所需鎖模壓力例如：某個製品射出平均壓力是300, 模具投影面積為1200 cm+2,所需要的模具壓力就等於 300 x 1200 = 360,000 kgf/cm2 (或360噸）Copyrights 2009 K.Y. Yeh144. 注塑機鎖模系統 Clamping System多數用在直立式注塑機台臥式採用這個設計較少設計簡單、油壓力較為直接、穩定油壓推進的時間較長
12、，需要較大型的油壓缸配合軸距相對較長， 開模間距 (Daylight) 相對會被縮短大的油壓缸(Hydraulic Cylinder) 比小的油壓缸需要更長的軸距，因此模具開合時間會被油壓缸大小影響。小型油壓缸雖然鎖模力沒有大油壓缸大，但是有開合速度較快的優點!注塑機設計工程師在觀察我們人類的手肘的運動及運作後，想出了一個可以用較小的油壓缸達到同樣鎖模壓力的方式。原先大油壓缸需要行走的軸程，現在由一個曲手裝置 (Toggle System) 取代，當模具打開時，曲手跟著彎曲起來，當鎖模壓力推進時，這個曲手裝置也成為一直線，作用好像是油壓缸後續的軸程一樣。但是實際油壓缸軸距行程卻很短（只有在背版
13、後面），這樣可以使開模動作更快，減少注塑時間，進而降低營運成本。而這個設計又發現開模間距 (Daylight) 也可大幅度地拉開，供更大或更複雜的模具彈性使用，因此機台的共通性、靈活性都大幅度提高，所需動力、電力則可以減少！因此已經被大多數的臥室機台所採用！曲手式鎖模設計油壓缸與直立式鎖模系統比較Daylight 也拉長了Copyrights 2009 K.Y. Yeh155. 注塑機的其他部分砲筒/料管螺桿射出端油壓缸防止塑料在注塑時逆流的墊圈塑料流動示意圖壓力範圍 PO 1,000-2,000 kgf/cm2射出力(Fi)=射出端油壓缸壓力 X 油壓缸軸橫斷面積射出壓力(PS)=射出力 X
14、 螺桿橫斷面積按這個公式來計算，一台有1,000 kgf/cm2壓力油壓缸的一般注塑機，搭配4cm 粗的螺桿，約可產生 2,230 kgf/cm2的射出壓力機台最大射出量（VS）的計算是：料管砲筒的面積（AS）乘以油壓缸軸距長度（Xi) 最大注塑量多數可參考機台廠商提供數據頂出系統頂出系統 (Ejection System)：用來固定模具上的頂針版的裝置，可以搭配模具運作的時間適時地推出頂針讓產品脫膜注塑保壓（等待成形）循環示意圖模具注塑中.填滿/保壓切換點Copyrights 2009 K.Y. Yeh166. 環保新趨勢：電動式/油電混合注塑機 Electric IMM and Hybri
15、d IMMElectric IMM and Hybrid IMM全電動注塑機具有節能、低噪音、高重複精度、維修方便、可靠等優點，是近年來注塑機發展的趨勢。因為使用伺服馬達作為動力，同時配合滾珠絲缸和同步皮帶，結構雖然十分簡單，卻非常有效率，精度重複性高的一種傳動機構，唯一的未能取代傳統油壓注塑機台的原因為購入成本太高。目前電動機台的成本是同規格型號油壓機台的2.5倍。電動注塑機最大的優點是能夠將注塑循環中減速階段（保壓）的能量，利用伺服馬達，轉換成電能再次利用，因而減低了運行成本，比相對的液油壓驅動的注塑機台能量降低50以上，所需的電力也只是油壓的四分之一。電動注塑機更能夠精密地控制注塑量，特
16、別適合光學元件、醫療器材、薄片、以及潔淨度要求高的塑膠產品的生產。電動機台更可以做到高速射出（注塑循環10秒以下），達到降低生產成本的目的。此外，電動機台的低噪音約為（油壓注塑機台的2/3）也是其優點之一。油電混合油電混合 Hybrid Hybrid 注塑機注塑機雖然電動機台有種種的優點，但是卻不一定能夠完全取代油壓式注塑機台的經濟效益、機台壽命長、保壓能力強、適合厚塑膠件射出等優點。因此主要的注塑機台製造廠商也同時開發了油電混合的注塑機台，希望能夠兼顧兩種注塑機台的優點。於是，油壓機的驅動變成由伺服馬達控制，適時地於各個注塑循環中，調整所需的馬達驅動功力雙色、三色注塑機雙色、三色注塑機過去的
17、注塑往往侷限於單色、單材料設計限制，但是在企業生產成本、產品設計以及消費者要求一體成形的需求下，全自動的雙色、三色多料管的注塑機台也被開發出來。不用立式射出機台的二次加工，在同一個注塑循環裡，可以藉著模具的轉動，達到雙色、雙料的效果。牙刷、刮鬍刀軟膠部分、手機以及很多的消費性電子產品外殼、太陽眼鏡等，現在都是以自動雙色、三色注塑機生產。Copyrights 2009 K.Y. Yeh177. 泛用塑膠原料出会材料區份日文中文學名/通俗名稱英文用途熱可塑性塑膠Thermo-PlasticPolymer高溫軟化，可多次重複加工高密度高密度聚乙烯HDPE包裝、建材、農業低密度低密度聚乙烯LDPE膠袋
18、、吹筒、包裝聚丙烯PP用途廣泛、包裝（）尼龍6 單聚酰胺 PA6油管、文具、日用品（）尼龍66 雙聚酰胺 PA66齒輪、汽車、電器（）9尼龍 9PA9電纜護套、機械零件（）1010尼龍1010PA1010電纜、管材、齒輪聚碳酸酯 PC接頭、防彈玻璃、儀器、儀表聚甲醛（塑鋼）AcetalPOM泛用工業性塑膠樹脂壓克力 (Acrylic)PMMA裝飾、廣告牌、膠版塩化聚氯乙烯 PVC電纜、薄膜、人造皮革聚苯乙烯 PS透明燈罩、免洗餐具ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ABS齒輪、電器機殼PET聚對苯二甲酸乙二醇酯 PET保特瓶類容器PBT聚對苯二甲酸丁二醇酯 PBT連接器、繞線軸、繼電器PPE聚
19、丙乙烯PPE大型家電外殼/可電鍍PPO聚苯醚 PPO需耐熱的電子零件熱可塑性聚丁二烯橡膠 TPE鞋材 聚氨酯樹脂 PU軟膠、耐磨損、鞋材熱可塑性合成乙烯醋酸乙烯共聚物 TPR通用軟膠，具成形容易優點聚苯硫醚 PPS耐熱、耐變形電器連接件熱硬化性塑膠Thermoset Polymer加熱、壓後不會再變形樹脂苯酚甲醛樹脂(電木粉）PF齒輪、頭盔、軸承、配件樹脂尿素UF樹脂三聚氰胺MF繊維強化玻璃纖維FRP大型鑄件、船身、浴缸 SiliconeSI樹脂環氧樹指 (Epoxy)EP塗料增加結晶度會使聚合物傾向更堅硬，更抗熱、抗拉也會更脆。結晶度越接近零，會越透明，而提高結晶度，會越來越不透明，因為光會
20、被結晶的區塊所散射，同時耐衝擊性（韌性）、伸展性也會降低材料乾燥溫度 （C）乾燥時間 小時塑化溫度（C）模具溫度 （C）PE-170-30020-50PP-170-30020-50PVC-170-25040-60PC100-1204-5260-28060-120PMMA70-1002-6230-27040-90ABS70-802-3200-26050-80POM80-1102-3190-21060-120PA680-906-15230-27040-120PA6680-906-15270-30040-120泛用塑膠材料成形條件標準Copyrights 2009 K.Y. Yeh188. 注塑模具
21、概念 in Three Minutes！注塑模具各部零件及的開模閉模動作分解注塑模具各部零件及的開模閉模動作分解直接進膠方法側進膠大水口設計模具設計時必須考慮的產品材料縮水率頂針頂針板注塑口襯套注塑口固定環淺進膠（submarine gate) （澆口痕跡小，成品容易分離）但製造工藝複雜，模具風險,同時進膠口應該設在產品最厚的地方，因為此處冷卻較慢，凝固比較晚，需要比較長的保壓時間。淺進膠的優點在於移動的滑塊或模仁同時扮演切削刀功能，將產品與進膠口切開分離，分離的同時，將進膠口附近可能的毛邊一併削除。流道成品進膠口熱膠道多應用於較貴的材料製成的產品裡。塑膠在注入模具膠口前被加熱，之後直接進膠注
22、入產品，因此不產生沒有用的冷支架，可以縮短生產時間，但是每一個模穴需要獨自配備一個熱膠道控制管，成本相對提高熱膠道模具及位置側面圖Copyrights 2009 K.Y. Yeh19由於模具的尺寸以及整個的保壓過程，當成形品透過頂針作動退出的時候，如果沒有考慮一個脫模角度，產品會與模具產生摩擦、卡模或折斷在模具內的現象產生，因此模具設計裡多數要考慮一個3-5度的脫模角度，這又是一個模具與產品之間微妙不同的地方（另一個微妙的差距是縮水率）沒有設計脫模角度造成產品不能順利頂出而斷裂在模具裡有少許的脫模角度複雜形狀的成品可能沒有辦法有足夠的脫模角度，或者模具脫開的方向不一，如果強行脫模會損害到產品和
23、模具，此時可以利用材料物性（例如軟膠或稍微有彈性的尼龍）在容許的角度下脫開，或設計滑塊並配合模具開合動作，由滑塊 Slide 先行脫開模具需要在這三個方向打開，幾乎不可能，只能靠滑塊設計來解決模溫控制系統的主要任務是冷卻融膠，幫助融膠固化以便頂出退模。冷卻時間因為很長，所以直接影響到產品成本與經濟性。模溫控制系統必須將成品由200300度C的熱膠溫度降到大約50110度之間的頂出溫度。縮短冷卻時間策略缺點/問題點降低融膠溫度射出壓力增加，降低結合線品質降低模具溫度影響產品表面品質、流痕提高頂出退模溫度溫度太高導致產品變形各種冷卻系統（多數透過模具內的水路）設計分配管、內壁、外壁設計重點是均勻的
24、模壁的冷卻溫度在注塑的同時，原先模具閉合前在裡面的空氣，（約有0.01- 0.02 mm3 立方左右體積）需要排出，以便讓注塑熱膠填滿、並進行保壓。如果這些被卡在模具內的空氣不被排出的話，這些被擠壓的空氣會倒流，產生流痕影響 成品外觀品質造成接合不良、射料 不足，影響產品強度。9. 注塑模具概念 再一分鐘！排出模具內空氣的策略：排出模具內空氣的策略：利用模具內仁或鑲塊件之間的空隙，或必要時要製造鑲塊、或排氣溝槽（如圖所示）件強行排出，但是鑲塊件又造成新的結合線，所以設計與實際注塑時要特別注意！可透過模流分析來模擬並最佳化模具及產品的冷卻Copyrights 2009 K.Y. Yeh2010.
25、 常見注塑問題和原因一覽表 常見問題常見問題英文英文日文日文原因原因毛邊Flash/ Burr射速過高、射壓過大、鎖模力不夠、模具間隙縮水凹陷Sink Mark射速不夠、冷卻時間太短、肉厚收縮缺料Short Shot射速不夠、劑量不夠、排氣不良、阻塞成形缺陷Defect成形不良各類原因變形Deformation填充過飽、保壓不夠、脫模不良、肉厚不均翹曲Bent曲射壓過大、冷卻排路設計不良、冷卻不夠斷裂Break折射壓過高、頂出過快、脫模角度不對牽絲糸引注塑嘴溫度不安定、檢查機台卡膜Stock in mold成形品固定側残脫模角度、頂出受力不均、模具表面不夠光滑強度不足Lack Strength
26、強度不足射壓不夠、料溫、次料比例太多、排氣不良流水紋Flow Mark料溫過低流動性差、模溫過低、排氣設計不良銀線Silver Line銀条黒条料溫過高、材料乾燥不充分氣泡BubbleVoid材料流動性不佳、冷卻系統不良結合線明顯Parting Line模具鑲件組合不良、射壓不夠、模溫低燒焦Burn焼射壓過大、料溫過高、進膠時間過長油污Grease汚潤滑油滲出、模仁漏油顏色不勻Uneven Color料管清理不完全、拌料不均勻、模溫過低光澤不勻Uneven Luster模溫、脫模劑污染頂針印Ejector Pin MarkEP印射壓過大、冷卻時間短、頂針組合不良頂白Whitening白化射壓過大、偏大的產品脫模不順拉傷尺寸偏大Oversized模具設計縮水率尺寸計算、射壓、保壓過大尺寸偏小Undersize模具尺寸、射壓保壓過小、模仁溫度太高產品冷卻收縮造成氣泡冷卻不均勻造成產品彎曲頂針印、毛邊