雙色注塑的應(yīng)用研究

李庭軍

（珠海市保稅區(qū)光聯(lián)通訊技術(shù)有限公司 珠海 519030）

前言

雙色注塑成型，是指將兩種不同色澤的注塑材料注入同一模具的成型方法。它能使塑件出現(xiàn)兩種不同的顏色，并能使塑件呈現(xiàn)有規(guī)則的圖案或無(wú)規(guī)則的云紋狀花色，以提高塑件的實(shí)用性和美觀性，實(shí)現(xiàn)零件的立體效果。

1 雙色注塑的特點(diǎn)

雙色注塑因?yàn)橐谝惶啄＞咧羞M(jìn)行兩次注塑，且需要將兩種不同的材料進(jìn)行融合，所以雙色注塑成型模具的模具具有流道較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此雙色注塑相對(duì)與普通注塑存在溶料溫度高、注塑壓力大的特點(diǎn)。同時(shí)為了讓兩種不同注塑原材料完全融合不出現(xiàn)分層異常，所以要求兩次注塑的原材料溶料溫度、注塑壓力和注射量等注塑工藝參數(shù)基本相同。

雙色注塑要求兩次注塑的原材料既要可以完全融合不分層，又不能熔融沖壞內(nèi)部立體紋理，所以雙色注塑成型注塑件要選用熱穩(wěn)定性好、熔體黏度低的原料，以避免因熔料溫度高、在流道內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)而分解。應(yīng)用較多的塑料是聚烯烴類樹脂、聚苯乙烯和ABS等。同時(shí)雙色塑料件在注塑成型時(shí)，為了使兩種不同顏色的熔料在成型時(shí)能很好地在模具中熔接，保證注塑制品的成型質(zhì)量，應(yīng)采用較高的熔料溫度、較高的模具溫度、較高的注射壓力和注射速率。

2 雙色注塑模具設(shè)計(jì)和材料選型

雙色注塑模具設(shè)計(jì)有正裝和倒裝兩種，正裝就是先注塑有特征結(jié)構(gòu)側(cè)，再注塑外觀表面?zhèn)?；倒裝是先注塑外觀表面?zhèn)?，再注塑?nèi)部有結(jié)構(gòu)特征側(cè)。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1 雙色注塑模具設(shè)計(jì)

正裝模具設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：①可以較好地控制第一側(cè)的變形；②動(dòng)模轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，第一側(cè)不易脫落；缺點(diǎn)：膠口放置較困難，膠口難去除。倒裝模具設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：①膠口放置方便，膠口較小，去除方便；缺點(diǎn)：動(dòng)模轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，第一側(cè)注塑件易從模具脫落，造成二次注塑不良。

2.2 雙色注塑材料選型

現(xiàn)有使用雙色注塑的產(chǎn)品，倒裝模設(shè)計(jì)時(shí)，材料選型有兩種，①外觀層為透明PC（熔融溫度為260～300 ℃）；結(jié)構(gòu)層為ABS原料+色母（熔融溫度為210～240 ℃）；②外觀層為透明PMMA+7 %的填充物（熔融溫度為260～300 ℃）；結(jié)構(gòu)層為ABS（熔融溫度為210～240 ℃）；正裝模設(shè)計(jì)時(shí)，材料選型為：外觀層為透明PMMA（熔融溫度為200～230 ℃），結(jié)構(gòu)層為PC（熔融溫度為260～300 ℃）。

3 雙色注塑零件設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)市場(chǎng)上的雙色注塑零件的分析得出：模具為倒裝模具設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)外觀面層為PMMA時(shí)，零件的整體料厚為4.5 mm，外觀層PMMA材料側(cè)的料厚為2.8 mm，結(jié)構(gòu)層ABS材料側(cè)料厚為1.7 mm；當(dāng)外觀面層為PC時(shí)，零件的整體料厚為4.5 mm，外觀層PMMA材料側(cè)的料厚為2.5 mm，結(jié)構(gòu)層ABS材料側(cè)料厚為2.0 mm；模具為正裝模具設(shè)計(jì)時(shí)，零件的整體料厚為4.5 mm，外觀層PMMA材料側(cè)的料厚為2.5 mm，結(jié)構(gòu)層PC材料側(cè)料厚為2.0 mm。

3.1 雙色注塑零件料厚分析

注塑變形分析：雙色零件在成品去除過(guò)程中，第一側(cè)注塑零件是處于常溫冷卻狀態(tài)，此時(shí)零件會(huì)因?yàn)闇夭铋_始收縮變形，當(dāng)再次注塑第二側(cè)時(shí)，第一側(cè)零件會(huì)和第二側(cè)零件同時(shí)冷卻，已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而因?yàn)榈谝粋?cè)前期已經(jīng)冷卻過(guò)一段時(shí)間，無(wú)法與第二側(cè)同步達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，兩側(cè)的冷卻變形不統(tǒng)一就會(huì)造成變形無(wú)規(guī)律等異常。

當(dāng)雙色注塑零件，采用外觀層PMMA和結(jié)構(gòu)層PC進(jìn)行注塑時(shí)，因?yàn)橥庥^透明層PMMA料厚為2.5 mm，結(jié)構(gòu)層PC料厚為2.0 mm；PMMA熔融溫度為200～230 ℃，注塑溫度為220 ℃；PC熔融溫度為260～300 ℃，注塑溫度為270 ℃，雙色注塑零件拱起變形為較大;將內(nèi)層PC更換為ABS后（熔融溫度為210～240 ℃，注塑溫度為230 ℃），面板變形較小。分析原因，因?yàn)閮蓚?cè)料厚相差較小，在采用熔融溫度相近的材料時(shí)，兩種材料可以共同達(dá)到冷卻狀態(tài)，保證變形較好。結(jié)論：雙色料厚的分層，是根據(jù)材料的熔融溫度進(jìn)行劃分，兩側(cè)料厚的差值與兩層材料的熔融溫度差值成正比。

3.2 雙色注塑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

雙色注塑由于其零件料厚和注塑形式的特殊性，在設(shè)計(jì)雙色注塑零件時(shí)，需要注意以下問題：①因?yàn)殡p色注塑正裝模具需要保證第一側(cè)的良好變形，需要零件在模具打開和轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，保證與模具緊密貼合，不脫開，零件周圈應(yīng)該設(shè)計(jì)有保證模具卡緊的特征；②為保證雙色注塑零件的變形，配合邊應(yīng)設(shè)計(jì)較高且厚度較厚的加強(qiáng)特征；③雙色注塑零件因?yàn)榇蜷_時(shí)不易變形，結(jié)構(gòu)層的配合特征應(yīng)設(shè)計(jì)小于普通注塑零件的配合受力；④雙色注塑零件應(yīng)該盡量避免設(shè)計(jì)有顯示的配合。⑤透明層材料對(duì)溫度較敏感，注塑時(shí)溫度過(guò)高會(huì)出現(xiàn)絲狀體，劃傷模具；⑥外觀層材料中添加有片狀珠光粉（主要材料為石英），液態(tài)膠流動(dòng)過(guò)程中劃傷模具。

4 雙色注塑紋理設(shè)計(jì)及異常分析

4.1 雙色注塑零件的紋理設(shè)計(jì)

雙色注塑在兩種材料分層面增加有紋理，以增加外觀的美觀度，紋理設(shè)計(jì)有兩種：一種是紋理和進(jìn)膠方向垂直；一種是紋理和進(jìn)膠方向平行或存在一定夾角。雙色注塑零件的的紋理深度，經(jīng)驗(yàn)值為：無(wú)燈光顯示的區(qū)域紋理深度為0.7～1 mm，有燈光顯示區(qū)域紋理為0.3～0.5 mm，紋理的寬度最窄為1.5 mm。

4.2 雙色注塑零件的異常及整改優(yōu)化

現(xiàn)有的雙色注塑零件多會(huì)出現(xiàn)以下異常：①零件立體紋理圖案出現(xiàn)熔融，失真問題；②產(chǎn)品變形嚴(yán)重，且不可控；③外觀層出現(xiàn)刮花、黑紋等異常；④零件立體紋理圖案出現(xiàn)斷點(diǎn)，亮暗異常，造成立體紋理視覺問題；⑤有燈光顯示的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)光源發(fā)散，光斑等異常；⑥零件尺寸收縮嚴(yán)重，尺寸偏短。針對(duì)以上雙色注塑零件的異常，通過(guò)注塑驗(yàn)證，匯總以下異常問題的優(yōu)化方案：

1）零件立體紋理圖案出現(xiàn)熔融，失真的優(yōu)化

①紋理與面板長(zhǎng)度方向平行，A值不小于2 mm，B值不小于2 mm設(shè)計(jì)；紋理與面板長(zhǎng)度方向垂直，A值不小于2 mm，B值不小于1.5 mm（圖1）；

②紋理與面板垂直設(shè)計(jì)時(shí)，在距離膠口30 mm內(nèi)不能設(shè)計(jì)紋理；在距離膠口80 mm內(nèi)，紋理不能與流膠方向存在夾角；

③內(nèi)層材料與外層材料需要選擇適當(dāng)?shù)娜廴跍囟炔睿?/p>

④紋理應(yīng)都采用梯形紋理設(shè)計(jì)；

⑤ABS/PC，ABS/PC+ABS，ABS/PMMA雙色注塑時(shí)，需要先注塑溫度較高的PC，PC+ABS或者PMMA；

⑥如果是透明面殼模具時(shí)首選倒裝模。

2）針對(duì)長(zhǎng)條板狀零件長(zhǎng)度方向變形嚴(yán)重，且不可控問題的優(yōu)化（見圖2）

①透明層和非透明層料厚需要根據(jù)模具正裝和倒裝進(jìn)行封層，原則是第一色注塑層厚度大于第二色注塑厚度，第一色強(qiáng)度大于第二色強(qiáng)度；根據(jù)和模具模流分析，后續(xù)建議第一色厚度為總厚度的60 %以上；

②內(nèi)層材料和外層材料需要選擇適當(dāng)?shù)娜廴跍囟炔睿瑑煞N熔融溫度相近的材料，變形量很好。

3）針對(duì)外觀層出現(xiàn)刮花、黑紋問題的優(yōu)化

雙色注塑零件為了保證外觀的時(shí)尚性，外表面層增加珠光粉，因?yàn)榇朔N材料參數(shù)不穩(wěn)定且易劃傷模具，且注塑參數(shù)不穩(wěn)定，建議外表面層不使用增加有閃粉效果的材料。

4）零件立體紋理圖案出現(xiàn)斷點(diǎn)，亮暗異常，造成立體紋理視覺問題的優(yōu)化

①面板紋理深度建議設(shè)計(jì)為0.8 mm以下，以免造成液態(tài)塑膠，未完全注滿凹槽底面，凸面的進(jìn)膠已經(jīng)與凹面進(jìn)行形成壓力平衡；

②根據(jù)樣件實(shí)際分析，亮斑和視覺唐突，均因?yàn)闆_花時(shí)的料未留到紋理根部，同步局部壓力平衡，膠位不再流動(dòng)造成；

③建議紋理深度更改為0.8以下mm,紋理上下兩個(gè)斜面有一定的光線折射角度；

④燈光顯示區(qū)域的紋理深度建議設(shè)計(jì)為0.3 mm以內(nèi)，以保證沖融后的區(qū)域料厚，可清晰反射光線。顯示字母和數(shù)字的線條，必須與紋理完全重合，避免造成顯示出現(xiàn)不同的亮和暗，造成視覺不舒服；

⑤紋理方向與進(jìn)膠方向一致，避免紋理表面亮斑、沖花等問題。

5）針對(duì)有燈光顯示的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)光源發(fā)散，光斑等異常問題的優(yōu)化

①雙色注塑用于存在燈光顯示的材料基本都為白色，白色有標(biāo)準(zhǔn)白、高亮白、冷白、格力白，這幾種白色的B值都為負(fù)值，材料顏色均偏藍(lán)，現(xiàn)在所使用的顯示燈為冷光燈，光線為藍(lán)光，所以光線穿透非透明層后容易在透明層產(chǎn)生光暈，建議將面膜更換為半透白的面膜，以消除光暈；② 顯示區(qū)域紋理深度0.3 mm，非顯示區(qū)域0.5 mm，R0.3；紋理寬度盡量均勻，紋理顯示區(qū)料厚建議1.6 mm，以免透光率超標(biāo)；

6）零件尺寸收縮嚴(yán)重，尺寸偏短等異常問題的優(yōu)化

對(duì)于存在配合的零件，對(duì)于尺寸比的設(shè)計(jì)時(shí)，必須在模具設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該進(jìn)行將配合尺寸縮小。

圖1 紋路寬度示意圖

圖2 零件變形示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)雙色注塑零件設(shè)計(jì)中，模具設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)、不同模具設(shè)計(jì)材料的選型、雙色注塑零件的料厚設(shè)計(jì)、雙色注塑零件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)分析，最終達(dá)到了可以在滿足外觀要求的前提下，雙色注塑零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。達(dá)到了指導(dǎo)雙色注塑產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目的。