模具溫度對塑件表面轉寫性的影響

1. 模具溫度對塑件表面轉寫性的影響

塑件表面的粗糙度來自於模具表面的轉寫，轉寫性描述了模具表面的紋理、圖案和微結構如何被精確地映射到塑件上。在許多應用中，如微結構或高品質裝飾面板，高轉寫性是必不可少的。

這些細節不僅賦予了產品其功能特性，也提供了美觀的外觀。模具溫度對於實現高轉寫性至關重要，因為它直接影響熔體塑料在模腔中的流動行為和凝固過程。理想的模溫應該能夠使塑料在不造成熱降解的情況下，充分填充模腔並精確複製模具的所有特徵。對於外觀要求較高的產品，基本上都是需要用高模溫去處理(圖1)。

2. 模具溫度的基本原理

模具溫度的控制在塑料成型過程中扮演著至關重要的角色。它決定了塑料從進入模具到冷卻成型這一過程中的熱傳遞效率。當塑料熔體被注入模腔時，模具的溫度必須足夠高以避免過早冷卻導致的短射或冷料現象，同時也不能過高以致延長冷卻時間或造成塑件過度收縮。理想的模溫應該使熔體在模腔內均勻流動，並在保持足夠流動性的同時迅速固化，以確保成型品的尺寸穩定和塑件表面的精準轉寫。

模具的加熱和冷卻系統設計是確保適宜模溫的關鍵。通過冷卻液的循環或加熱裝置的使用，模具溫度可以在整個生產過程中保持恒定。熱傳導是模具溫度控制中最基本的物理過程。為了獲得均勻的模具表面溫度，冷卻通道必須適當地布局以避免熱點的產生。這不僅影響著成型周期的長短，也直接影響成型品的質量和生產效率。

3. 模具溫度對塑件質量的影響

準確的模具溫度控制對於塑件的整體質量至關重要。以下是模具溫度對塑件質量影響的幾個關鍵方面。

(3-1) 高模溫對塑件的影響

(3-1-a) 流動性提升

高模溫可以增加塑料熔體的流動性，這使得塑料能更容易填充模具的細小和複雜部分。這對於複雜零件的生產是有利的，因為它可以減少應力和翹曲。

(3-1-b) 表面品質

一般來說，較高的模具溫度會讓塑件的表面光滑度更好。這是由於塑料熔體在高溫下有更多時間流動並填充模具表面的細微紋理。

(3-1-c) 物理性質

高模溫可能會影響塑件的物理性質。塑件在高溫下冷卻緩慢，會導致分子結構更加均勻，從而改善塑件的力學性能。

(3-1-d) 收縮和翹曲

模具溫度的提高也會延長塑料的冷卻時間，這可能會導致收縮率不均勻，進而引起翹曲或尺寸不準確。

(3-1-e) 製程時間

更高的模具溫度意味著更長的冷卻時間，這會直接增加製程時間，影響生產效率和產能。

(3-1-g) 能耗

維持高模溫需要更多的能量，這會增加生產成本，尤其是在大規模生產時更為明顯。

(3-2) 低模溫對塑件的影響

(3-2-a) 流動性降低

低模溫會減少塑料熔體的流動性，這可能導致填充不完全，特別是在模具的細小和複雜部分。這可能會產生縮水和縮孔等缺陷。

(3-2-b) 冷卻速度加快

低模溫可以加速塑件的冷卻速度，這有助於縮短成型周期，提高生產效率，但同時也可能增加內應力，導致裂紋或變形。

(3-2-c) 收縮和尺寸精度

由於快速冷卻，塑件的收縮會更均勻，這有助於提高尺寸精度。然而，如果冷卻不均勻，也可能導致翹曲或尺寸不穩定。

(3-2-d) 表面質量

低模溫可能會對塑件的表面質量產生不利影響，例如表面光澤度下降和出現痕跡。

(3-2-e) 物理性質變化

由於冷卻速度的提高，塑件的分子結構可能會不那麼均勻，這會降低塑件的力學性能，如抗張強度和韌性。

(3-2-f) 節能和成本效益

低模溫的運行成本通常低於高模溫，因為能耗降低，這對於降低生產成本會有幫助。

4. 材料特性對模具溫度設定的影響

塑料的種類繁多，每種塑料的物理和化學特性都對模具溫度設定有著獨特的要求。例如，熱塑性塑料如聚丙烯（PP）和聚碳酸酯（PC）在流動性和冷卻特性上有很大差異。聚丙烯可能需要較低的模溫以避免過度收縮，而聚碳酸酯則需要較高的模溫以獲得更好的透明性和減少內應力。添加劑的使用也顯著影響模具溫度的選擇；增塑劑可以增加塑料的柔韌性，而填充劑則用於提高強度或改善熱性能。這些材料的添加會改變塑料的流動和固化行為，從而影響轉寫性。

在實際生產中，模具溫度控制面臨著多種挑戰。不同的塑料材料對溫度的敏感度不同，如前面所述，工程塑料通常需要更高的模具溫度來達到較好的流動性和物理性能。此外，模具設計的複雜性、生產週期的要求以及環境溫度的變化都會對模具溫度控制造成影響。

5. 模具溫度的高低對塑件表面轉寫性的影響

轉寫性是指模具表面的紋理、圖案和微結構如何被精確地映射到塑件上的能力。當模具溫度設定得當時，塑料熔體能充分填充模腔，並在不引起熱降解的情況下，精確複製模具的所有特徵。然而，模具溫度過高或過低都會對轉寫性造成負面影響。

(5-1) 模具溫度過低時的影響

• (a) 塑料熔體的流動性會降低，這可能導致填充不完全，特別是在模具的細小細節處。
• (b) 快速冷卻可能導致塑件表面出現痕跡或不平滑的紋理。
• (c) 收縮和變形可能會更加明顯，尤其是當塑件冷卻後，這會對精密的特徵轉寫造成影響。

(5-2) 模具溫度過高時的影響

• 在高溫條件下能增加轉寫性能力，但這可能導致塑件的過度收縮和變形。

6. 高低模溫產品轉寫性的比較

以下圖片是高低模溫產品的比較。如果各位有做到高光或是咬花的產品，在試模過程中可以去嘗試高低模溫於產品外觀的效果以及對生產的影響。做這一方面的驗證以及比對，可以累積出成型條件對產品外觀這方面的經驗。畢竟不是每種產品都適合高模溫生產，或是高模溫克服了外觀問題，但又衍伸出其他的問題，在這種情況下要怎麼做取捨。有些事情就是沒有辦法兩全其美，所以才會有後製程加工的出現。以下產品使用的塑料是PC防火塑料，(圖A-1)的塑件是模溫較低的產品，(圖A-2)的塑件是高模溫的產品，(圖A-3)是這兩者的比較。

7. 總結

為了達到最佳轉寫性，模具溫度必須精確控制。這通常需要通過實驗來確定特定塑料材料和模具設計的理想溫度範圍。此外，模具的冷卻系統設計也需要優化，以確保模具溫度的均勻性和可控性。

模具溫度不僅影響轉寫性，還影響生產效率和能源消耗。因此，在考慮轉寫性的同時，也應評估生產成本。這意味著製造商需要在轉寫性、生產效率和可持續性之間找到平衡點，這部分在進行DFM檢討甚至在報價階段就要考慮進去。

☆ 其他參考資料及文章

●【塑膠製品表面噴砂製程工藝】

● 【後製程加工去除塑件表面應力痕】