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第一章注塑技術篇 lnjection Moulding of Thermopladtics 本書是一部注塑工序指南，內容是關於一些被視為熱塑性的塑膠。熱塑性塑膠對塑膠來說是一種頗具重要性的物料，約占目前世界各國所採用的塑膠總數80%；大致可分為四類：1） 通用熱塑性塑膠（commoditybulk thermophastics）；2） 工程熱塑性塑膠（engyneering thermoplastics）；3） 熱塑性彈體或橡膠（thermoplastic elastimersrubbers）；及4） 調配或摻混熱塑性塑膠（blendsalloys）。 上述各種名詞一向均為人所共知，但由於現時塑膠不斷改良，因此各類塑膠之間的界線再不能清楚劃分。以PP為例，有時被納入工程塑料類，有時又不包括在內。由此說明，某一種塑膠可以跳出既定的範圍，而歸入另一類別中，例如PP，以前為列為通用塑膠類，但經過塑膠改良後，現以被列入工程塑料類。 塑膠改良技術其實與聚合物工業（Polymerindustry）一樣，已有相當歷史。例如將硫（sulphur）加入交聯橡膠（cross-link rubber）內；將橡膠加入聚苯乙烯（polystyrene PS）內；這種改良方法能把衝擊強度（im-pact strength）差劣的PS改變成一種可供製造高跟鞋鞋跟用的優良塑膠。在上述兩種情況中，物料之間並不是純粹的相加作用，而是塑膠與塑膠之間以化學方法接技接合。在第二個例子中所形成的新聚合物HIPS是一種熱塑性塑膠，故可以再加工。但交聯橡膠則不然，因為這種化學結構在熱力下仍頗為穩定。換句話說，最理想的熱塑膠是能夠像其他熱塑性塑膠般加工，但亦同時具備交聯塑膠特有的性質。這引起了現今塑膠工業對聚合物調配（polymer alloying）方面的興趣，希望能從中研製出更理想的熱塑膠。I通用熱塑性塑膠： 包括各種主要塑膠；如PP，PVC，PS及PE等，而從中又可細分為多個品種，例如PP包括了均聚物（homopolymers）及共聚物（copolymers）；PVC包括硬質（rigid）及塑化（plasticised）品種；PS分為一般用途及增軔（toughened）及，簡稱TPS或HIPS；PE包括了LDPE、LLDPE及HDPE等。雖然目前所用的塑膠之中，約有70%是屬於這類塑膠，但其重要性不應過份抬舉。此類塑膠之所以被廣泛應用，主要原因是生產所需的原料比較便宜，可輕易轉化成有用的塑膠製品。此外，據知這類塑膠的性質可經改良，與較特別亦較昂貴的塑膠竟爭。UPVC就是其中一個例子，由於它本身具有防火的優點，故被研製成多種品級，使之在某些用途中可與工程熱塑性塑膠竟爭。II工程熱塑性塑膠： 工程塑料（EP）是一組結合了下列某些性質的聚合物：高強度、剛硬、堅韌、耐磨損、抗化學品及耐高溫。（有關個別塑膠的注塑性能已詳載于本書作者之另一著作“Injection Moulding of Engyneering Thermoplastics”內。） 有關工程塑料的資料一般都著重於聚先胺（PA）、聚甲醛（acetals）、聚碳酸酯（PC）、熱塑性聚酯及改良聚苯氧PPO（或改良聚苯醚PPE），因為目前全世界所採用之工程塑料有90%以上是屬於上述其中一類，（而這五類工程塑料占全球所用的塑膠總數約8%。）其他工程塑料如風類（sulphones）及改良聚先胺只占曾用量中很小比例（約1至2%），因為它們大部份是用來代替金屬零件，故特別昂貴。至於大量使用的EP，雖然耐熱性較低（150以下），而在高溫下的抗蠕動性（creep resistance）也特別差，但用途卻十分廣泛。III熱塑性彈體： 熱塑性彈體（TPE）又稱熱塑性橡膠（TPR），雖然是較新的塑膠，但由於新市場不斷開拓，同時在某些情況下可以取代其他塑膠或傳統橡膠，因此，其用量及使用價值不斷提高。它們既具備傳統或硫化橡膠的一些性質，亦兼備熱塑性塑膠加工簡便快捷的性能，並具可以再加工，以及有多種顏色可供選擇。TPE是以特製聚合物（如SBS，SEBS，PEEL）或調配橡膠及塑膠（如PVC/ NBR/ 及PP/ EPDM）為基料研製而成的。IV調配或摻混熱塑性塑膠： 調配或摻混塑膠的原因很多，包括：要研製特別的塑膠、加強現有塑膠的性能、在短期內提高塑膠的性能，以廉價成本提高塑膠的性能，及將用過的塑膠再次使用等。通常，由於時間及金錢所限，不容許研製新塑膠，譬如可能要花15年長的時間去發展一種新塑膠，成本可能要數百萬元；但如採用調配方法，成本就便宜得多。另一原因是製造商認為新塑膠難以長期滿足市場需求，當市場發展到相當程度時，改良性能的需求亦隨之增加。 調配塑膠通常是利用雙螺絲擠壓機（twin screw extruders）,以反應配料法制成。雙螺絲擠壓機大多是以模件式設計，因此可根據特定的調配樹脂種類而建造出合用的擠壓機結構，故能促進生產，更重要的是能令配混塑膠達致均一。由於有些工程塑料在某些應用情況下所表現的性能差劣，而且成本昂貴，故目前主要致力於發展摻混工程聚合物（Engineering polymer blends,EPB）。 摻混工程聚合物大致上可分為下列各類：工程塑料或工程樹脂（ER）與通用塑膠調配而成的品級、兩種工程塑料調配成的品級、工程塑料與彈體調配的品級，以及由三種或以上聚合物調配成的品級，因而產生了各種配搭的品種：PPO/PS,PPO/ PA,PC/ ABS,PET/ PBT,PBT/ PC/ SAN等；而每種調配成的品級均可用填料增強。總體來說，調配塑膠的止的是希望能生產出一種具有最佳成份的新聚合物，同時具備特定情況所要求的主要物質，刪除不重要的物質。 在討論個別塑膠及其注塑特性之前，首先解釋本書所引用的各個名詞及術語的定義：1.通稱： 雖然大部份塑膠的專有名稱很特別，但有時卻不合邏輯或系統化。大部份熱塑性塑膠的名稱都以“poly”(聚)起首，表示多，再接上塑膠沿用的單體結構名稱，因而產生出“polystyrene”、“polyethylene”等名詞。但這並非一成不變的常規，有些亦採用獨立的名稱，如，“scetals”及“cellulosics”等。曾經有人建議用一個較邏輯化的系統為塑膠命名，惟至目前為止仍未被接納。2.縮寫： 由於塑膠的化學名稱多數都很複雜，故通常以縮寫代表。縮寫是由英文大楷組成，每個字母均代表塑膠通稱的一部份。例如polystyrene及polyethylene分別縮寫成PS及PE。多個訂定標準的機構如DIN及BSI等均已頒佈一些縮寫的準則，本書除採用標準化的縮寫外，亦引用了一些非標準但廣泛使用的縮寫。不過，目前似乎還有一種趨向，就是不在塑膠名稱縮寫前加上任何字母，例如低密度聚乙烯（LDPE）會寫成PE-LD。若塑膠是一種均聚物，例如PP homopolymer,根據上述方式合寫成PP-H，原來的“H”改置於PP後面。至於共聚物則在該塑膠縮寫後面加上“K”字，而不採用“C”字，因為“C”是用以代表氯化塑膠，例如經過氯化工序，以改善耐高溫性的PVC，便寫成PVC-C。3.別名： 許多塑膠均有多個名稱，例如acetals又稱polyfomaldehyde或polyoxymethyler，遇此情形，本書亦會列出其在香港工業的俗稱，以供參考。4.供應商： 由於塑膠的銷售綱遍佈世界各地，故不能像其他商品般可以盡錄製造商的名稱，因此，本書只能列出部份有代表性的供應商，如Dow、Dupont等。5.商品名稱注冊商標： 由於有些注塑廠一向以來只沿用塑膠的商品名稱或商標為主，故本書盡可能列出各公司產品的商品名稱或商標，不過是以規模較大的化學公司為主。6.物料性質： 本書將介紹熱性塑膠之各項性質。但由於每種塑膠是由一系列不同性質的物料構成，故這裏舉出的只應作為一般性的參考準則。另外，加工條件及添加劑亦會大大改變塑膠的性質；例如將不同的添加劑加入塑膠基體中，以達到所要求的性質，譬如改良耐熱性、耐老化、改良衝擊強度等。此外，又可加入填料，以改善塑件的衝擊強度、拉伸強度及熱變形溫度（加入纖維或填料等改良方法廣泛應用工程塑料，務求使塑膠達到所要求的性質）。7.流動性： 塑膠之間的流動性（即粘度）相差很大，加上每一類塑膠有各個不同的品級，各品級亦有不同的流動性質，故令到問題更加複雜。此外，由於塑膠的流動性質是非牛頓式（non-Newtonian）的，因此，壓力與流性質之間並不足以代表塑膠的流動性質，故須在各個不同的操作條件下進行流動性試驗，所得的結果才具有代表性。 Moldflow (Europe) Ltd公司之物料資料庫保存了上述物料資料，如有需要可從資料庫取出有關資料，以引證塑膠的流動性質。所提供之資料包括在固定剪切率（Shear rate）下改變溫度所產生的影響，以及在固定溫度下改變剪切率對流動數值的影響。剪切率是以秒的倒數（s-1）表示，換句話說，這數值越大，塑膠受剪切或壓迫流動的速度就越快。在多數情況下，塑膠會表現出假塑性（psuedoplastic），即是說如塑膠快速移動，其黏度就會較低，因此，流動性較大。表一列出BASF所生產的一些聚苯乙（PS）品級的黏度值。表1.塑膠流動資料物料 於以下溫度及1000S-1剪切率下的黏度（Nsm-2）：BASF Polystyron 180 200 220 240 360 392 428 454易流動級143E 197 137 95 66一般流動性級165H 203 152 114 85慢流動級168N 238 184 143 111 物料 於220（428）下的黏度（Nsm-2）： 100s-1 1000s-1 10000s-1 100000s-1 Polystyron 143E 406 95 22 2Polystyron 165H 596 114 22 4Polystyron 168N 815 143 25 4 表中清楚顯示，BASF的三個PS品級黏度相差甚大，第一種的黏度最低，亦會即流動性最佳（數值較低表示黏度較低）。這品級主要用於填模困難或流動距離較長的注塑情況。當剪切率增加，這三個品級的黏度就隨之下降，故填模變得較容易。提高熔膠溫度可減少將流量保持於固定速率所須的注射壓力。 選定適合的塑膠後，下一步便要選擇適合的品級。若注塑件是用於機械應力強的用途，就應選用黏度較高的品級，因為高黏度品級通常有最高份子量及最佳的機械性質，但在某些情況下，卻又不宜以此作準，否則會產生過量的凍結應力（frozen-in strains）。注塑薄壁部份或非常平滑的表面時，則宜採用流動性高的品級。8.收縮性： 由於塑膠會收縮，故大部份塑膠製品的實際體積都比原來模具小。各類熱塑性塑膠的收縮程度皆不同，非結晶性熱塑性塑膠的收縮量亦為半晶體的4倍。此外，各品級之間的收縮量亦各異，而加工條件的轉變，亦會影響到收縮性。不同的流動方向，例如順流與垂直流向的收縮量便顯著不同；說半結晶性塑膠來說，順流方向的收縮量約等於垂直流向的雙倍。 此外，同一流向的不同點，也有不同的收縮量，例如流徑增長時，模腔的壓力便會下降，而這些低壓區域的收縮量會較多。當製品厚度增加，收縮度亦較大，故這部份的收縮量便與其他部份不同，因此，若製品各部份壁厚不同，便可能形成扭曲的現象。 基於上述原因，各塑膠的收縮性通常以一個範圍值表示，模具收縮是以百份比（例如0.4%）或線性收縮（例如0.004寸寸或毫米毫米）來表示。一件製品的總收縮量（TS）是由模具收縮（MS）及注塑後收縮或後收縮（AS）構成。模具收縮（Mould Shrink-age）的定義為：製品從模具頂出24小時後，模腔與製品之間的尺寸上的差異。注塑後收縮（post-moulding shrink-age）則是製品注塑完成後接受特效處理時所出現的收縮現象，亦稱為環境收縮（environmental shrink-age）。 當模具溫度及或熔膠溫度上升時，模塑收縮量亦會隨之增加。不過，實際上當模具溫度提高時，製品的部收縮量卻往往減少，故通常可造出尺寸穩定的製成品。如果模具溫度非常高，後收縮便相應的變得微不足道，即使是半晶體塑膠亦如是。高模具溫度通常用於要求緊密公差的用途。 9.可抵抗以下物質： 文中所述的抗化學性質，只可作為一般參考性資料，並非絕對，因為每種塑膠均有不同的品級，其中有些品級的性質是完全不同的。不過，一般來說，塑膠具有良好的抗化學性，而在正常情況下，半結晶性塑膠的抗化學性亦比非結晶性佳。當溫度上升時，所有塑膠的抗化學性都會減退。檢查注塑塑膠的性質都有很大影響。如果預先知道注塑塑件的應用王環境，最好先向物料製造商查詢有關該種塑膠在此特定環境下的性能表現，因為即使是表面安全的環境，有時亦會發生故障。 因此，塑膠所表現的抗化學性主要是視乎應用情況而定，並與所處的時間及溫度有密切關係。若製品是應用於極端的環境，或有多種化學品產生作用的話，便須要索取更多資料，始能確定適合的塑膠。 本書所介紹的抗化學性主要著重於塑膠對強酸、弱酸、堿及溶液的抵抗性質。強酸是指在稀釋後仍保持強烈性能的酸液，而弱酸是指經過加濃後性能仍然薄弱的酸液。溶劑則包括極性及非極性；極性溶劑是指物料本身不均衡，故份子之間可以電荷劃分。極性溶齊包括水、酒精、酮(Ketones)、酯(esters)及局部鹵化(halogenated)的溶劑。非極性溶劑包括四氯化碳(carbon tetrachloride)、苯(benzene)及碳氫(hydrocarbons)。10.不能抵抗以下物質： 塑膠的短期抗化學化性一般均為人所共知，而較長期的抗化學性及抗環境應力色裂性(ESC)卻較少人熟悉。 一種塑膠或許能抵抗某種化學性(例如水)，但長期性試驗，例如經過數百小時後，卻可能出現不同的結果。因此，最可靠的做法是在特定環境對製品本身進行測試。此外，在某些情況下，抗環境應力龜裂性更難以確定。抗環境應力龜裂的定義為：把製品置於某一環境中(譬如一種表面上安全的化學品中)，在受應力的情況下會破裂。直至製品破裂，試驗才算結束。 另外一點值得注意的是，塑膠與金屬的表現各有不同。金屬及其它塑膠所受的化學腐蝕通常只限於表面，使製品重量減輕。惟塑膠則不然，它會吸收化學劑，繼之軟化及膨脹，故製品的重量會增加。在一些極端的情況下，塑膠表面溶解或膨脹後分解脫出，使製品重量減輕。11.塑膠測試或鑒定法： 文仲介紹一些較便宜及容易進行的測試鑒定方法，包括密度、熔點及加熱表現，測試亦應依照這三個程式進行，假如測試所得的密度頗高，例如超過1.7gcb-3，物料樣本可能是一種氟化聚合物，而由於它在加熱時會有冒煙的危險，故不能進行加熱試驗。同樣道理，進行加熱試驗時只可使用少量樣本，最好在煙櫥內進行。12.著色： 著色對塑膠業來說非常重要，而塑膠被工業界廣泛利用的其中一個主要原因，就是由於塑膠可以加上各種鮮豔奪目的顏色。a.化合色料（Compounded Colour）： 由於非結晶性的熱塑性塑膠是透明的，故著色範圍比半結晶性廣泛。傳統上所有塑膠產品是採用有色的膠粒注塑而成，但現時將色粉加入注塑機內注塑著色，過程十分簡單，故目前色種（colour concentrate）及色母料（masterbatch）在注塑業的用途越來越普遍，並可與其他未著色的天然物料連合使用。 直至目前為止，化合色料著色法仍可算是最精確的著色技術，可生產出準確、重複性高面深淺適度的顏色，最適宜小批量生產。雖然注塑機著色法的缺點是各部注塑機的顏色並非完全一致，但此法卻漸受歡迎，尤其是採用色母粒料。b.色母料著色（masterbatch colouring）： 色母料分為粒料及液料兩種，均可調配成各式各樣的顏色。其中以粒料最為普遍，是以蠟狀或樹脂為基料的通用介體（universal carries）或基體聚合物（物定聚合物色種）作為母料，以後者的價格較廉。採用某種通用色母料之前，最重要的是先查明這各色料是否適用於該種塑膠。有些色母料據稱是通用的，但採用前仍要小心檢查。有時候，即使色母料濃度保持固定，但用於不同塑膠時，卻會產生出不同的色調；而在另一些情況下；即使塑膠色母料的配搭一樣，但如使用不同的注塑機生產，亦會產生出有差異的色調。注意：由於色母料的顏料濃度非常高（例如50%），故大部份色母料的密度都很高，並遠超須要著色的物料本身的密度。密度上的差異會引起離析（separation）問題，尤其是採用分批混合法（batch mixing）的時候。c.幹色粉（dry colour）：最廉宜的著色法是採用幹色粉，但有一大缺點，就是使用時吸塵及骯髒。市面現有標準份量供應，例如以25公斤或較大份量包裝。採用這些標準裝可提高生產過程中的顏色均勻度及準確性。使用幹色粉著色時，塑膠料的表面必須蓋上一層均勻的著色劑，以便顏色能平均地散佈於熔膠內。配混的方法（如單軸或多軸轉動）及時間必須有標準，才可確保著色均勻。著色步驟確定後，就必須持之以恆。此外亦要避免色粉在貯存期間吸收水份，否則容易凝結，令注塑品出現斑紋。有些色粉（如鎘基cadium based色粉）因為有毒，故處理必須十分小心，亦因此原因，幹色粉的用途日趨息微。總之，無論採用哪種類型的著色劑，必須緊記：顏料或染料的類型對注塑品的物質及尺寸有重大影響。d.螺絲設計及著色： 螺絲設計是決定於注塑機整體操作性能的重要因素之一，雖然如此，但其重要卻常被忽略，尤其是在提高注塑機的著色劑份量（如採用色母粒）時。傳統的螺絲設計，缺點是在簡單的配混操作中效率不高，即使採用高熔膠溫度及高背壓亦如是。設有排氣孔機筒的雙段式螺絲操作效率較佳，亦可考慮採用裝有混合段的螺絲。13.塑膠及製品的處理： 製造商的注意力通常只集中於改善工序的操作，而忽略了塑膠及製品處理方面的問題。a.塑膠供應及處理： 大部份塑膠均以粒狀或球狀供應，通常以25公斤一袋的半散裝容器（載有1000公斤）或以散裝式付運，後者的成本較高。無論以何種包裝法付運，塑膠都必須小心存放，因為多數塑膠的價格昂貴，並且是易燃物品。 所有貯存及起卸必須保持清潔乾爽。為減低火警危險，貯存室與注塑工廠之間必須以防火門分隔。貯存的塑膠不能受陽光照射，應存放於結實的貨架上。一般來說，自然通風、非高溫的環境已合乎標準。此外，必須採取嚴密的措施監管塑膠存貨，避免存滯過多，應採用先入先出（Fi-Fo）的存貨管理制度。嚴格的存貨管制十分重要，因為每次付運都有數批不同的存貨，而其中可能有次貨；採取嚴密的管理制度，就可以即時辨認出次貨，將之抽起，這樣便可進一步防止生產出有缺陷的製品。 假如塑膠有一種以上的形式，如要混合使用這些形式，進料時便會出現問題。以輸出率來說，圓球狀的顆粒（直徑約3毫米）輸出率最高，翻磨粒料次之，隨之為切方粒料及圓切面切割粒料，而輸出率最差者為幼粉末粒料。 用自動化系統輸送塑膠時，必須防止塵埃產生。所有設備均須安放穩妥。 由於許多注塑廠商都忽略了塑膠及製品處理的重要性，致令物料及製品受到污染。物料的主要污染物質為水份，而製品方面則是油脂。b.水份污染及烘乾處理： 塑膠運抵注塑工廠時，首先要將塑膠的溫度調整至工廠溫度，此舉可防止塑膠被凝固的水份染汙。舉例說，當塑膠運抵時，無須立即開啟容器，應把容器存放於工廠內8小時；尤其是在冬天及濕度高的季節，更應預早將每日所須的塑膠用量存於工廠內。 大部分塑膠均以幹式供應，可隨時使用，只有小部分是濕的，注塑前就必須烘乾處理。許多塑膠，尤其是工程塑料，都具有吸水性，故使用前必須弄幹。（事實上許多注塑廠已習慣事行必定把塑膠烘乾。）此外，可採用抽濕機將濕塑膠的濕度減低至可接受的水準。此舉不但可減低塑膠的水份，更能清除那些在達到注塑溫度時會揮發成氣體的物質。不過，有些塑膠如PC，經抽濕機處理時會因與水接觸時受熱而損失某些物質。至於損失了哪些物質，多數不能從塑件表面察覺出來，例如有些塑件表面看來合乎標準，但使用後卻發覺衝擊強度不足。測量塑膠吸水程度的常用方法是量度塑膠在室溫下24小時內所吸收的水份，如吸水量超過0.2%，塑膠通常需要烘乾。若在0.2%以下，便無此需要。烘乾處理所採用的設備為熱氣爐、乾燥機或真空乾燥機。後兩者較快、吸水力較高，所須的時間只是熱氣爐的一半；對某些塑膠來說更是唯一可取的方法。 塑膠經烘乾後不應長期置於開放式料斗內，否則會再次吸收水份，特別是ABS及PA66等吸水塑膠，吸水後的塑膠製品表面會出現水漬或裂紋。注塑機模具配搭使用時，必須行計算出塑膠用量，以便確定料斗的準確加料量，這樣便可避免塑膠長期存放於料斗內。吸水塑膠存放於料斗內的時間不可超過1小時。C.計算料斗加料量： 以注塑機模具配搭進行注塑時，須行計算出料斗所須的加料量，目的是避免過多塑膠長期貯存於料斗內。所用的料斗通常是加熱式的，而塑膠於料斗內的存放時間不可超過1小時。、 舉例說，某注塑機在24秒（24s）週期內可生產6件製品，每件製品及進料流道的重量分別為14克及12克，因此總射料量是：（6*14）+12=96克，然後利用下列公式計算出加料量（Q），即每小時的塑膠消耗量（kg/h）為：Q = 總射料量（g）*3600 1000*週期時間（s）Q = 96*3600 =14.4kg/h(公斤/小時) 1000*24 由此得知，料斗應加入14.4公斤塑膠。加料時要留意水準，不能超過這份量。 製品頂出後常遭受油脂污染（油脂通常是由肘板toggles、範本襯套plsten bushesey 液壓沒缸密封件hydraulic cylinder seals滴出）。遇此情況應立刻作出修補，並採取預防保養措施，控制油脂漏出。（現時採用全電動操作的注塑機在幹凈的環境下亦可生產塑件。）導致油脂污染的其中一個主要原因是，頂針周圍有油脂漏出，尤以ABS注塑工序為甚。保養模具的方法是先剝脫模具內的物塑膠，然後徹底清潔，再用白色的PTFE基潤滑劑重新裝配模具。許多塑膠都很易吸塵，清潔方面甚為固難，成本亦高。故最佳的預防方法是經常遮蓋塑件，儘量避免搬動，因為塑件容易磨損（事實上塑件互相輕觸亦會磨損）。另外，許多製品因為包裝差劣，以致搬動時受損；用手觸摸塑件時容易留下油脂，導致問題產生，例如使電鍍工序出現困難。因此，搬動塑件時應戴上清潔幹凈的手套，除非已預先實行預防油脂的措施。4.模具及澆口設計： 每種塑膠對於模具設計的要求不同，稍後將會提及。盡和管如此，仍有些準則可循：a) 模具設計上應與熱交換器相似；b) 應採用尺寸恰當的進料流道系統；c) 注塑件應均勻冷卻；d) 模具必須有足夠的排氣；e) 盡可能採用標準模具元件及附件；f) 盡可能採用無流道式模具；g) 採用已預先韌化處理的鋼材；h) 利用電腦輔助模具設計；i) 預留適量的收縮度；j) 設計應以容易裝配為准；k) 考慮以其他物料代替鋼材；l) 根據注塑工序的要求設計注塑塑件；a.熱交換器設計： 由於模具溫度的冷卻及控制對整個注塑週期及物料性質有委大的影響；故模具必須具有熱交換器式的設計。如能計算出注射每克塑膠所須消耗的的最高熱量（以焦耳為單位），所得的數位便可用以算出在模具內迴圈流動，以驅散熱必所須的液體量（通常採用水）。計算時假設模具各個元件所含熱量均須清潔消除，但在頂出前只須消除進料流道系統所含的一半熱量。作上述計算時必須先知道塑膠的比熱，但由於比熱數值是隨溫度而改變，因此，計算時一般會採用塑膠由熔體注塑成塑件狀態的溫度範圍內的比熱（以J/kgk為單位）。b.尺寸恰當的進料流道系統： 流道尺寸一般有3至10毫米（0.125至0.4寸），常用的為6毫米（0.25寸）。流道跟 注口一樣，通常較短，但直徑闊，目的是減輕消耗壓力，同時可施以充份的隨動壓力。不過，若直徑過闊，便會延長週期，以致損耗大量塑膠。相反，如直徑太短，則難以填充模具，以致大量消耗的壓力轉為熱量；故注塑工序所產生的熱量應與工序中壓力的下降成正比。熱量通常集中於塑膠切變最多的區域，即澆口附近。這種局部溫度上升可達到很高水準，而導致物料降質（因此規格注明塑膠的最高剪切率）。目前塑膠業的普遍現像是流道設計太大，而澆口則太細。c.均勻冷卻： 注塑完成的塑件必須均勻冷卻，即是說，模具不同部分必須以不同的速率冷卻，這樣，整件製品才會均勻冷卻。塑件必須以最快的速度冷卻，同時要確保不會產生缺陷，例如表面不平滑、物理性質起變化等。塑件各部份的冷卻速度必須相等，即指以不均勻的方法來冷卻模具，例如將冷水輸入模具冷卻系統的內部（特別是澆口部位），而模具外面則採用較暖的水來冷卻。注塑公差緊密的平直製品或澆口熔流較長的大型製品時更應採用此技巧。d.足夠排氣： 模具必須要有足夠排氣位，以便排氣。排氣位須設于夾水紋及最終注塑部份附近。一般排氣位為6至13毫米（0.25至0.5寸）闊、0.01至0.03毫米（0.0005至0.001寸）深的槽縫，通常設於其中一個半模的涵接部份。如採用真空負壓裝置，更可將氣體排出至冷卻水管。排氣可加速填充模具、減低塑件燃燒及縮短週期時間。e.標準的模具元件及附件： 儘量採用標準的模具元件及附件。目前約有7%模具是根據標準化元件來設計的，這不但可加速繪圖過程（因標準製品已貯存於電腦系統內），更可減低模具的生產成本用維修成本。有些公司，如DME、Hasco等所供應的一系列元件，特別設有以下標準化的部件：i） 塑膠生產日期印鑒 - 方便控制品質；ii） 溫度控制注口襯套 - 對熱固性塑膠很有用，注塑厚注口制時更可縮短週期時間；iii） 有效的固定行位模芯 - 結合行位模芯開動器，簡化模具設計及操作；iv） 倒退拔注射咀 - 用於注塑大型模具如PAGF及PC等，遇此情況須採用一個中央針型澆口，以取代三板式模具。注口是以氣動頂出至射料機。v） 快速安裝夾架或支板 - 用以協助裝配模具，例如把柱栓（studs）裝配於模具上或緊鎖于支板的孔內。vi） 快速聯接件 - 可輕易地接連冷卻水循環系統及頂出系統；vii） 螺紋斜錐形盒式加熱器 - 遇加熱器發生故障時可容易拆除，並提供較佳控制；viii） 兩段式頂出單位 - 尤其適用於行位模芯；ix） 行位元模芯移動裝置 - 方便拆除模具螺絲。f.無流道式模具： 由於無流道工模具的注塑成功率高，因此注塑業愈多採用。現時這類模具的種類有款式很多，故選用前應向熱流道及保溫流道專家查詢有關塑膠生產成製品的要求和質素，這樣便可確定何種系統最適用。目前，許多製造商均已知道，在設計階段詳細研究無流道式模具，可免除日後很多問題。至於長注口及長流道，採用無流道式模具可加速週期時間，因為右大量縮短模具的開關動作。多數製品的最厚部份為注口及流道，故採用無流道式設計便可節省模具冷卻時間，因而縮短週期時間。無流道式模具適宜裝配鑄封式加熱器（cast heaters），因它比普通加熱器更耐用。g.預先韌化的鋼材： 現時所採用的注塑模具大多以鎳銘合金鋼製成，鋼材經過加熱處理及表面處理，以達到48至67的洛氏硬度(HRC)。此水準足以防止模具表面受損，同時令模具的表面光滑，提高其穩定性及耐用性。現時英國有些模具製造商已開始學習日本、葡萄牙及西班牙等國家，採用無須進一步熱處理的預先韌化鋼材，這樣可減輕成本及縮短交貨時間；另一方面，可改善及更精確地控制模具的感應性及注塑機的關閉/鎖緊操作，這樣便可避免塑件及進料流道系統困夾於兩個半模之間，表面受損。不過，有些模具製造商至今仍未確信採用預先韌化鋼材造成的多腔模具可加速操作週期、改善塑件的尺寸穩定性及結實程度，故很多注塑商仍繼續使用傳統的硬化處理模具。h.電腦化模具設計： 由於塑件要求的標準及質數不斷提高，因此，準確地預測模腔內塑膠的流動及冷卻特性的需求也愈來愈大。電腦輔助模具設計技術的進展，使預測工作更加容易，可對一系列澆口位置進行詳細分析。於是制模商可根據分析結果進行設計，並製造出一些能按照預定交貨日期生產的完整無瑕的製品。i.預留收縮量： 大部份塑膠製品的體積比模具本身細小。事實上，塑件的總收縮量（TS）及後收（AS）合成。模具收縮是指注塑件由模具頂出24小時後，塑件與模腔之間的尺寸上的差異。塑件經長期使用後收縮的情況，稱為環境收縮。 要計算模塑的收縮量，首先應以適當的方法進行模塑：熱固性塑膠（thermosets）以壓縮模縮法製造，熱塑性塑膠則以注塑方法製造。製成後經過一段特定時間（例如2小時），可於室溫下量度塑件及模腔的尺寸。模具收縮的計算公式如下：100*(L0-L1/L0),L0為模腔長度，而L1為塑件長度。至於後收縮（AS或PMS）的計算公式是：PM48H=100*(L1-L2/L1)，L1為原來塑件長度而L2是48小時（或其他時間）後再量度塑件的長度。要將體積收縮（MSL），可採用MSV=-1+（1+ MSL）3的公式。 採用模具收縮數值計算模腔尺寸（Dc）的公式如下：Dc=Dp+ DpS +DpS2,Dp為塑件尺各寸，S為線性收縮。 由於收縮量是決定於生產情況，故一般做法是列明塑膠的一連串收縮數值範圍。至於模腔的實際數值，則須試驗生產出模腔樣本，然後在生產條件下注塑成製品。j.以容易裝配為准： 設計模具時通常會忽略一點，就是模具必須容易裝配，否則安裝時會浪費很多寶貴的生產時間。現時許多快速的裝配系統集多種優點於一身，裝配模具前，最好預先將之預熱。k.以其他物料代替金剛材： 儘管生產週期多數不會很長，製造商仍然採用工具鋼這種難以切削的物料來製造模具。事實上，除鋼材外還有其他物料及生產方法是適用於生產樣本，生產試驗或小批量生產的，在某些情況下更可節省成本。l.根據工序要求設計： 若要注塑工序達到品質穩定及最高生產速度，便要根據注塑工序來設計塑件。最理想的是在長生產週期下，模具物料全無問題，這只有在物料、注塑機及模具完全相配合的情況下才會發生。塑件的設計與模具的生產方法必須互相配合，才可在要求的速度下順利注塑出製品，並須容易頂出，無毛邊，同時符合所要求的尺寸公差。通常，模具的公差愈大愈好，壁厚必須儘量薄而均勻，側壁多為斜錐形，角位則是圓形。為減低翹曲情況，模具表面必須有槽縫、波紋或彎曲面，但儘量避免設計出須要使用側行位模芯的形狀。5.流徑：膠壁厚度比例： 這是另一個表示塑膠流動性的方式。舉例說，比例為150：1即表示如膠壁厚度為1毫米，那麼，從澆口流出之流徑最長約為150毫米。由於可達到的流量乃決定於膠壁厚度，故可為一系列膠壁厚度列舉出不同的流徑：膠壁厚度比例。6.投影面積： 一件製品之投影面積是指它在鎖模力（clamp force）下，由施以鎖模力的方向所看到的最大面積。在一般模塑工序中，鎖模力約為每平方寸2噸（2tsi）或每平方米31兆牛頓（31MNm-2）。不過，這只是一個低數值，只可作為粗略的準則，因為譬如以有深度的製品來說，就必須顧及側壁壓力。7.射料缸裝備： 所採用的注塑機一般被視為螺絲直射式（inline screwtype）,因為這類注塑機的使用最為普遍。而且除非特別注明，均裝配有通用螺絲。這些通用螺絲的壓縮率約有2/2.5：1；L：D比例約為20：1。螺絲根直徑由進料區末端至注入區起點逐漸增加。進料區約為長度的一半（50%L），緩衝區約為30%L，而注入區為20%L（包括滑環閥在內）。 由於通用螺絲是為適應各類塑膠而設，故對於特別塑膠的注塑工序來說（例如PA）並非最佳選擇。因為PA是一種半結晶性的熱塑性塑膠，所採用的螺絲輸入熱量要比非結晶性的高，因此，如注塑機需要長時間專用於某種特定物料時，值得考慮採用一些特別設計的螺絲。 無論採用哪種螺絲，其尖端通常均裝備回流閥；為防止物料由射咀溢出，亦會裝有減壓（倒索）裝置或特別射咀。 若使用回流閥，必須定期檢查，因它是射料缸內一個重要部份。目前，開關式射咀並不普遍使用，因為射咀裝備內容易瀉漏塑膠及分解。現時每種塑膠均有列明適用的射咀類型。 注塑有磨損性塑膠時應考慮使用雙金屬式（bimetallia）射料缸及耐磨損螺絲。經過氮化處理而硬度達67RC的螺絲可防止化學侵蝕或塑膠黏附於螺絲上以致分解。18.螺絲墊料（screw cushion）： 大部從注塑操作週期中均須要調校螺絲的轉動，故當螺絲注射完畢後，多數會餘留少量軟墊塑膠，這樣可確保螺絲達到有效的推進時間及保持固定的射壓。小型注塑機的墊料為3毫米（0.125寸）；大型注塑機則為9毫米（0.375寸）通常約等於射料量的10%。對於大多數注塑工序來說，螺絲墊料是必須的，因它可將射壓由液壓系統傳送入模具內；如缺乏這種傳送作用，製成品便會出現氣孔。19.射料量： 射料量通常是根據注塑機在1小時內可均勻熔化的PS料量，或加熱至均勻注塑溫度的PS料量而定。但由於PS是一種非結晶性熱塑性塑膠，在輸入熱量方面的要求有別於半結晶性塑膠。因此，注塑苯乙烯（styrene）類以外的塑膠時通常須要彩採用比射料量較低的數量，一般是額定射料的75-80%，以減低熔膠滯留時間，並能在較高的熔膠溫度下進行注塑。此舉不但可促進熔膠流動，而且能防止熔膠分解。不過，若射料量比額定的數量低很多（35%以下），而又要防止塑膠分解的話，就必須採用較低的熔膠溫度；亦即表示須要較高射壓，導致殘餘應力增加，使製品的穩定性減低。 以下有關射料量及熔化量的簡單公式，可確定整個就塑週期中的產品質素是否能夠保持：T = 總射料量（克）*3600 注塑機熔化量（公斤/每小時）*1000 T即最低週期時間，如模具的週期時間低於t值，注塑機便不能將塑膠充份熔塑化，以達致均勻的熔膠黏度，故塑膠件常出現偏差（例如尺寸上或外型上）。尤其要注意在使用短週期注塑薄壁或緊密公差的製品時，射料量各熔化量必須互相配合。 購買注塑機時，供應商通常會數種螺絲尺寸給買家選擇；一般有3個款式，分別為A、B、C款。各款螺絲有不同的直徑，以便射料量（進料系統量加注塑量）能配合機筒容量。由於螺絲直徑不同，故不單只射料量有差異，其他如射壓及熔塑化量等亦有差別。通常以A款螺絲的射料量為最低，射壓則最高；C款則剛好相反。20.熔膠溫度： 可測量射咀或以空氣噴射法量度。利用後者進行測量時，必須小心確保清理熱熔塑膠時不會發生意外，因為熱熔塑膠的高溫會燒傷皮膚，甚至腐蝕皮膚。在注塑工廠內，燒傷是常見的意外。因此，在處理熱原料或遇上熱熔塑膠四濺的危險時（例如攪動或噴發時），應戴上手套及面罩。為確保安全，測量針的尖端應預先加熱至要測量的溫度。 通常，每一種物料都有不同的溫度範圍，即是說，應用高溫注塑薄壁，而用低溫注塑厚壁。假如注塑工人不大熟悉某一種物料，便應以低溫進行模塑。 每種物料均有一個特定的熔膠溫度，要達到這個溫度，一副機器的實際射料缸調值還須視乎螺絲轉動速度、背壓、射料量及注塑週期而定。21.機筒滯留時間： 塑膠的分解速率是取決於溫度及時間。例如，塑膠處於高溫一般短時間後便會分解；但處於較低溫的環境時，則要經過較長時間才會分解。故塑膠在射料缸內的滯留時間十分重要。實際的滯留時間可通過實際驗確定出來，方法是量度有色塑膠通過射料缸所須的時間，可以下列公式粗略地計算出來：射料缸額定料量（克）*週期時間（秒） 射料量（克）*30 塑膠的滯留時間是應該計算出來的，尤其是當大型注塑機採用較小的射料量時，塑膠容易分解，而這並非肉眼可探測到的。例如，以某些ABC塑膠注塑成的塑件，頂出時外觀上雖無問題，但貯存期間卻會呈現黃/棕色的斑紋，而這正是塑膠滯留時間過長所引致的。鑒於滯留時間有此重要性，所以最好知道在特定溫度上的大約滯留時間。22.溫度調值： 注意：射料缸溫度只可作為參考，熔膠溫度才是最重要。如對某種品級的塑膠之注塑方法毫無經驗，可由最低調值開始（為方便控制，射料缸通常分為多個區段）。所有溫度可調校至相等數值。假如週期時間長或在高溫下操作，可將首區段的溫度調校至較低數值，這樣可防止塑膠過早熔化或堵塞料斗。 為確保塑膠能在自由狀態下進入螺絲的進料區，冷水會流入料斗喉部；冷水亦可用以抽出液壓油內的多除熱量。（注塑工序要在液壓油達到其操作溫度時才開始，例如45。對於多數注塑機來說，液壓油要預先加熱至操作溫度，才能塑造出較均一的製品。） 冷水的流動速率及溫度很重要，因為會影響到塑膠在機筒內的熔化程度及液壓零件的動作。由於冷水通常是自來水，故水溫常受天氣影響（在英國，冬季時水溫約3，夏季為23），而水溫的變化亦導致產品質素有所差異。 要解決以上問題，便須採用一種間接的溫度控制式泠卻系統（例如模具溫度控制器），每部注塑機冷卻系統的冷卻劑流動速度及溫度必須標準化。另一個方法是在冷卻劑供應器內安裝一個磁圈促動閥（solenoid actuated valve），只有在溫度超過預校值時，閥門才會打開，讓水流出。輸入注塑機的塑膠溫度亦必須一致。23.射料速度： 這是指螺絲作為沖頭時，模具的填充速度。模塑薄壁製品時，必須採用高射速有時又稱（螺絲位移速率）（screw displacement rates）以便於熔膠未凝固時完全填模具。生產較厚壁部份時則應採用較慢的射速，可例塑件的表面較為光滑。在大多數注塑工序中，模具通常會在1秒鐘內完成充模。於充模時使用一系列程式化的射速，可免產生噴射或困氣等缺陷。射料可在開環式或閉環式控制系統下進行。* 注：無論採用哪種注射速度，都必須將速度數值連同射料時間記錄天調值記錄表上。射料時間指模具達到預校的首階段射壓所需要的時間，乃螺絲推進時間的一部份。 多款新式注塑機均採用閉環式控制系統來控制注塑工序，並利用感應器追測螺絲位置（又稱衝壓頭位置），然後繪出相應天時間的螺絲位置。感應器所發出的訊息亦輸送至控制器，控制器便會發出指示，逐步提高射壓，以便維持一個固定的注塑速率。射壓逐漸增強的原因是充模時塑膠流動阻力逐步提升，例如在注塑程式某點上，當模具將近填滿或澆口冷卻凝固時，流阻非常之高，故螺絲難以保持所要求的速率。就在這點，控制器由速度控制轉變為壓力控制，因此這點被稱為速度壓力轉移（velocity pressure transfer）或VPT。24.射壓： 在注塑週期的充模階段中，可能須要採用高射壓，以維持充模速度于要求的水準。模具經填充後便不再須要（亦不宜用）高壓力。通常若首階段採用高壓，次階段便採用較低壓力。不過，在注塑一些半結晶性熱塑膠（如PA及POM）時，由於壓力驟變，會使結晶體結構惡化，所以有時無須使用次階段壓力。 要減低塑膠的定向性（orientation），必須儘快填滿模具，而熔膠在冷卻時卻不受剪力，會出現冷蠕流（creepingflow）; 如果VPT點的位置有誤，例如過早將速度控制轉變在壓力控制，蠕流就會產生。若澆口仍然開啟，而填充壓力最高亦只能緩慢充模時，製品便會產生高度壓力，因為假若充模緩慢，冷卻作用便會使殘留定向達至最高水準。遇此情形就應增加填充壓力，以提高充模速度。因此，VPT點必須能精確調定，並且有高度重複性，不則會一產出劣質的製品，這有違注塑工序生產優質產品的目的。 注塑機操作員可負責調定VPT，便必須輔以適當的監管設備。VPT轉變點可以下列任何方式調定或觸動：1） 螺絲位置-即決定天螺絲行程的轉換方式（path de-pendent switchover）; 2） 液壓-又稱管道壓力；3） 射咀壓力-即熔膠壓力；4） 模腔壓力-即CPC；5） 開模力；6） 開模位置。 上述各種VPT轉換方式中，理論上以CPC最為適合，因為控制來自模具內部，而這正是須要控制的部位。模具內的壓力右控制模壓收縮及製品重量等。但CPC的使用並不如預期中普遍，原因有多個，例如須要更改模具（事實上許多注塑商均擁有大量模具）；在頂出板上安裝變換器頗為困難，而且難以調定；變換器容易損壞、修理成本高等。快速週期注塑機因液壓系統的反應不夠快，故採用CPC方式時，VPT點轉換無效。 許多注塑商均認為近年來注塑機的設計及運作有顯著的改進，例如現時的注塑機較易調校、重複性較高；因此，他們大多認為無須採用先進的控制設備，如模腔壓力控制（CPC Control），除非是注塑技術製品。有些注塑商選用CPC系統只為配合未來需求；而在大多數情況下，這系統從未被使用，因為無此需要，而且安裝困難。 如果控制可在任何位置下進行，那麼，除螺絲行程控制外，大數注塑商都會選用線壓控制（line pressure con-trol）,因為操作較容易簡單，系統損壞的可能性較低，而且無須維修。感應器乃設於模具外面，不須切削加工，安裝甚為簡便。25.螺絲轉動速度： 熔化塑膠所須的熱量來自螺絲的轉動；螺絲轉動愈快，溫度就愈高。雖然螺絲可以高速轉動，但這並不表示應採用高速。較佳的方法是調校螺絲轉速以配合注塑週期，例如儘量減至最低值。這樣可以令溫度更加一致，減少機器磨損及破裂的可能，並縮短射料缸前端的滯留時間。由於螺絲面速度