熱流道系統

熱流道是通過加熱的辦法來保證流道和澆口的塑膠保持熔融狀態，熱流道系統一般由熱噴嘴、分流板、溫控箱和附屬檔案等幾部分組成，熱噴嘴一般包括兩種：開放式熱噴嘴和針閥式熱噴嘴，由於熱噴嘴形式直接決定熱流道系統選用和模具的製造，因而常相應的將熱流道系統分成開放式熱流道系統和針閥式熱流道系統。

基本介紹

• 中文名：熱流道系統
• 方法：是通過加熱的辦法
• 組成：熱噴嘴、分流板、溫控箱
• 類型：開放式熱噴嘴和針閥式熱噴嘴

簡介

很多朋友可能都會對“熱流道系統”這個詞有些陌生，但行內人都無一不曉。熱流道在生產成型上面起著非常大的作用。熱流道系統是一個組合體。不是指單個產品。它其中包括了熱咀，流道板，溫控器，分流板等。這些一起就組成了熱流道系統。作為注塑模具系統的一個常用部件,是通過加熱的辦法來保證流道和澆口的塑膠保持熔融狀態。由於在流道附近或中心設有加熱棒和加熱圈，從注塑機噴嘴出口到澆口的整個流道都處於高溫狀態，使流道中的塑膠保持熔融，停機後一般不需要打開流道取出凝料，再開機時只需加熱流道到所需溫度即可。因此，熱流道工藝有時稱為熱集流管系統，或者稱為無流道模塑

分類

開放式

開放式結構簡單、對材料的局限性較高，易出現拉絲和泄露，表面質量差，在國外的高精密模具中套用較少，同一副模具可和不同廠家的針閥式混用。很多公司能自己製造。

針閥式

針閥式熱流道節省材料，塑件表面美觀，同時內部質量緊密、強度高。世界上有兩大類針閥式熱流道（根據注射原理）:氣缸式和彈簧式。氣缸式依*控制器和時序控制器控制氣缸推動針閥的關閉，結構較複雜，但本身設計簡單。主要有DME(美國）、INCOE（美國）、MOLD-MASTER(加拿大---熱流道的老大）、HUSKY(加拿大）、信好HOTSYS（韓國）、YUDO（韓國）、JTM(金特瑪）、hotflow塑勒。氣缸式因為其結構的特點決定模具精度要高，同時調試和維護都比較雜，其中MOLD-MASTER堪稱熱流道中的勞斯萊斯----加熱部分在噴嘴上。他們中的很大成本在調試和維護上，客戶基本不能自己維護。彈簧式就一家--FISA(日本），最大特點，依靠彈簧和注射壓力 的平衡控制針閥開關，裝配調試和維護簡單，模具精度不高，日本國內客戶基本自己有維護能力，廣泛套用在家電、汽車飾件、精密多腔模具中。彈簧式與氣缸的差別在於不能時序控制，不能很好解決熔接痕的問題。塑美熱流道研發了小直徑耐磨噴嘴；彈簧針閥及內加熱噴嘴

價位上基本上這樣（中國市場價），MOLD-MASTER、INCOE、DME、HUSKY、SM

國外流行的疊模非熱流道莫屬，其實熱流道模具減少了設計上的很多要求，對設計人員開發更多的模具結構提供了很大的方便。

優勢

成形超大件製品

須以熱澆道才能使塑膠流動～例如：汽車內襯板、平衡桿、…等，需要較多處同時進澆。

偏離射出成型機之中心的側向進澆

以熱澆道方式進澆將可使模具的構造簡單，成形容易、加快成形速度、減少成形時的料頭……一舉數得。

三板模之缺點：

(1)三板方式在每次射出時，沉重的母模板須在導梢上滑動，即使新品期間堪用，模具壽命也不長。

(2)三板方式在每次頂出時，從模子取出豎澆道的移動量大於從模子取出成形品所必要的模板移動量。

由頂出側進澆時時使用

可免除太長的料頭所產生的問題，例如：模具行程可減少、節省料頭殘留量、成形容易、不縮水、無流痕……等現象。

對於一些大型或是允許由中心進澆之產品

(1) 可以用熱澆道來取代三板模，以避免不必要的成形機模板的運動。

(2) 在三板模使用之方式中，須移動母模板而取出料頭，若用熱澆道成形法，開模運動可縮短卸下料頭所必要的移動，因此可增加模子厚度，傳統方式本須用大成形機方可生產時，使用熱澆道之後可改用小成形機。

較難成形之物件

例如：高黏度、低黏性、高成形溫度……、熱澆道系統可解決諸此問題。

具體的實例：金屬粉末射出、陶瓷粉末射出、塑膠磁鐵之射出、塑膠軸承之射出、熱可塑性橡膠（TPE）……等等。

可配合三板模之設計，減少料頭取出所需

以熱澆道套用在三板模時有以下之優點：

(1)料頭容易取出，並且可減少料頭取出之行程。

(2)射料時之料流動較平均，又可分別控制各射出點的操作條件，射出較容易。

(3)節省材料費用。

節省費用

節省材枓方面：

(1)冷料頭所產生之成本（利息損失）。

簡單的例子：倘若冷料頭占廢料率的68%而言，（在製造時1公斤的材料只能生產320 g的產品，而其餘的680 g為冷料頭）。

(2)儘管冷料頭尚可回收，不過基於人力的因素、回收料之混合比例……等等之因素之影響，為了維持正常的運轉，必須積存有一些冷料頭，因而造成資金的滯留。

倘若以材料費用100元/公斤，其積存的廢料為500公斤時，每天所需積壓的資金將高達500×0.68×100=34000元，因此其在利息上的損失約達每天200元左右，長期而言，金額非常可觀。

高速射出成形時

高速射出成形不只提高成形效率，如杯子、容器……等肉厚薄之成形所不可缺乏的。

於使用層模（stack mold）時

對於一些淺薄的、數量大的產品，例如：CD外殼、小顆粒產品，只需增加15%的鎖模力，以相同的射出時間，即可增加80%的產量。

環保與效率問題

由於熱澆道是不產生“垃圾”，因此無所謂處理“垃圾”的問題。

所謂的“垃圾”意味著：

(1)資源的浪費：分析塑膠射出成形的過程中──

(2)不占儲存料頭空間，無絞碎之噪音及變質的問題。

由於塑膠種類繁多，加上多種色澤不一，因此往往因積存料頭，必須在寸土寸金的土地上占有不少空間，同時積壓了不少資金。

同時因絞碎必須產生噪音影響安寧，較差的工作環境影響工作士氣。

模具業

由於時代的巨輪不斷的、快速的，而且很殘酷的往前快速邁進，加上我國內的幾項福利政策業已開始：“全民健保”、“國民年金”……等相關實施，不只使得以人力為主的模具業成本大增，更糟糕的是人力市場難求，模具業普遍缺人的現象……令人心憂！因此在有限的人力資源之下，如何提高您的模具利潤以應付日益增加的成本，乃是大家面臨的主要問題，提高精密度，自動化制模……，固然是一種很好辦法，不過需要投入大量資金購買設備、訓練人員……，針對以上情況，最簡單，最容易達成的方式，莫過於對“熱澆道之使用”做透徹的了解。

特性

射出成形之加工就是（塑化）→（流動）→（成形）→（固化結晶化）的工程。

可塑化

即玻璃狀態、高彈性狀態（橡膠態）、粘流態（可塑化狀態）、分解狀態，如圖示：

玻璃狀態：0～T1，分子在凍結狀態，硬且脆，遇壓力則易破裂。

粘流態（可塑化狀態）：T2～T3，可隨意加工成形。

分解狀態：T3，塑膠開始裂解，出現氣體分解物，甚至達燒焦狀態。

成形條件

(注)以下為一般形塑膠之成形條件

流動性

因此在這種非牛頓流動中，壓力增大則流動抵抗減小。因此射出成形時，雖然澆口相當狹小，但卻很容易填充於模穴內，至於牛頓流體，再加分類有兩種，如圖：

射出成形是將塑膠溶液採用高速度使其產生變形的一種加工法，因塑膠溶液有壓縮性，在高速的流動下，容易引起彈性的壓力變動。這個現象，當流動阻力有急速變化時，即可看出這種彈性的壓力變動變生後，流體前端的擴散方向極為混亂不安定。但是採用高速填充時，塑膠溶液又像是非壓縮性的現象。這種彈性的壓力變動（不安定的脈動）是因何而起的？以下分析如圖所示：

【當塑膠溶液之流動類似層流狀態時，即模穴在正常且安定的狀態下填充】

在圖中，富有壓縮性的塑膠溶液以螺旋狀的彈簧表示，敘想在彈簧施加壓力，使往管子中央移動時，當用一樣的速度使彈簧由左往右移動的活動，這是理想的層流狀態，由於射出壓力與阻力在平衡狀態時，彈簧的移動很平滑。【如C】

可是在某些情況，必需以急速填充時，射出壓力及速度也就異常的增高。因此富有彈性的塑膠溶液（彈簧），頭一瞬間時承受過程的壓縮，第二瞬間時引起強大的阻力，其原因是壓力的起伏變動和流動體前端的亂流所發生的，這種流動狀況稱為彈性亂流。

結晶性塑膠與非結晶性塑膠

從分子的結構觀察，結晶性塑膠─線狀高分子，依樣其化學構造，有些分子的一部份，乃以有規則地集合，將其稱為結晶性塑膠。不是所有的分子都變成此狀態，依據冷卻條件在重量比有40～80%程度變成結晶狀態。此程度稱為“結晶度”。結晶之內都是稱為Lamella的分子鏈彎曲、摺疊，而未進入產生單位結晶之結晶部分的分子鏈存在於Lamella或球晶之間，產生非結晶部分。非結晶性塑膠……與結晶性塑膠不同，分子無法有規則地集合。這是由於形成高分子鏈之原子團太大、架橋妨礙結晶。

從容積變化的觀察結果，亦可將熱可塑性塑膠分為兩大類，一種是非結晶性塑膠，另一種是結晶性塑膠。對於結晶性與非結晶性之分類，在表中有關各種塑膠的習性已有註明。對於其容積與溫度間之變化，我們可由以下例子來做更進一步的了解。例如：PS（非結晶性塑膠之代表）從20℃加熱到200℃時約膨脹8.3%，以密度而言，從0.97 cm/g增大到1.012 cm/g（結晶性塑膠之代表）在同條件下有下列的變化：

20℃容積：1.03 cm/g

200℃的容積：1.33 cm/g

容積增加率：29%

已溶融的非晶性聚合物，採用所使用的射出成形機，可做大幅度的壓縮。因條件而異，過剩的溶融體也可強制填充於模穴內，在這種條件下做出的成形品，殘留著很大的內應力而固化。對成形品的性能有很大的影響。它會在脫模的瞬間被破壞，稍受到外力或因化學藥品的作用也很容易受破壞。

結晶性塑膠，因加熱使結晶完全融解，溶融體成了非晶狀態，其動作與非結晶性聚合物一樣。值得注意的是壓力變高時，從結晶質到非結晶質的轉移溫度也會提高。結晶性塑膠成形時，在成形品的品質上有一點很重要，即聚合物在非結晶狀態時必需要完成成形的動作。這件事，特別是對保壓期間而言，保壓中的變形即是因流動而引起的。

結晶性塑膠的溶融體急速冷卻後，成形品的某些部份，其再結晶化受到妨礙，再結晶化的現象無法瞬間完成，而隨時繼續進行，密度和結晶化程度之間有直接的關係，結晶化程度高，則密度提高。相反地，結晶化程度低，則密度降低，因急激的冷卻，而使再結晶化受到妨礙的部份，因溫度、時間因素的差異下，或多或少繼續進行後結晶化。後結晶化繼續進行，直到回復原本此部份的密度為止。因此可以了解後結晶化與後收縮是相關連的，後結晶化和後收縮也是造成成形品彎曲變形和尺寸變化（成形品變小）的原因。

模穴表面溫度高的話，成形收縮起初很大，熱處理時卻少有變化。因此，在很高的模具表面溫度下做出的成形品，雖然在高溫下使用，但其尺寸安定性卻很好。因此，決定結晶性塑膠的模穴尺寸時，必需要考慮後結晶、後收縮的關係，而重要的是，模穴表面溫度從成形開始就要正確地掌握。當然，要使模穴的表面溫度完全無溫度差是不可能的，但可使用有效的溫度控制系統，儘量減少溫度差。

熱流道系統保養：

熱流道系統普遍套用於塑膠模、注射成型模、多型腔模具行業，熱流道模具在使用中定期進行熱流道元件的預防性保養是十分重要的，這項工作包括電氣測試、密封元件和連線導線的檢查以及元件髒物的清洗工作等，保養要點如下：

1、如果模具被長時間閒置，要採取措施防止加熱器受潮。

2、把模具安放在乾燥、通風的地方。

3、清除所有的水分和油污，塗上防腐劑以防生鏽。

4、在批量生產完成後，清除模具和噴嘴上所有不必要的原料和其它雜物。

5、再次生產時，設定熱噴嘴溫度至高於材料成型溫度或熔融溫度10攝氏度左右，檢查熱流道系統的整體狀況，再根據正確的順序開機操作。

優點

熱流道模具在當今世界各工業已開發國家和地區均得到極為廣泛的套用。這主要因為熱流道模具擁有如下顯著特點：

成型周期

因沒有澆道系統冷卻時間的限制，製件成型固化後便可及時頂出。許多用熱流道模具生產的薄壁零件成型周期可在5秒鐘以下。

節省塑膠原料

在純熱流道模具中因沒有冷澆道，所以無生產廢料。這對於塑膠價格貴的套用項目意義尤其重大。事實上，國際上主要的熱流道生產廠商均在世界上石油及塑膠原料價格昂貴的年代得到了迅猛的發展。因為熱流道技術是減少費料降低材料費的有效途徑。

提高產品質量

在熱流道模具成型過程中，塑膠熔體溫度在流道系統里得到準確地控制。塑膠可以更為均勻一致的狀態流入各模腔，其結果是品質一致的零件。熱流道成型的零件澆口質量好，脫模後殘餘應力低，零件變形小。所以市場上很多高質量的產品均由熱流道模具生產。 如人們熟悉的MOTOROLA手機，HP印表機，DELL筆記本電腦里的許多塑膠零件均用熱流道模具製作。

利於生產自動化

製件經熱流道模具成型後即為成品，無需修剪澆口及回收加工冷澆道等工序。有利於生產自動化。國外很多產品生產廠家均將熱流道與自動化結合起來以大幅度地提高生產效率。

擴大套用笵圍

許多先進的塑膠成型工藝是在熱流道技術基礎上發展起來的。如PET預成型製作，在模具中多色共注，多種材料共注工藝，STACK MOLD等。

缺點

儘管與冷流道模具相比，熱流道模具有許多顯著的優點，但模具用戶亦需要了解熱流道模具的缺點。概括起來有以下幾點。

模具成本上升

熱流道元件價格比較貴，熱流道模具成本可能會大幅度增高。如果零件產量小，模具工具成本比例高，經濟上不划算。對許多開發中國家的模具用戶，熱流道系統價格貴是影響熱流道模具廣泛使用的主要問題之一。

設備要求高

熱流道模具需要精密加工機械作保證。熱流道系統與模具的集成與配合要求極為嚴格，否則模具在生產過程中會出現很多嚴重問題。 如塑膠密封不好導致塑膠溢出損壞熱流道元件中斷生產，噴嘴鑲件與澆口相對位置不好導致製品質量嚴重下降等。

操作維修複雜

與冷流道模具相比，熱流道模具操作維修複雜。如使用操作不當極易損壞熱流道零件，使生產無法進行，造成巨大經濟損失。對於熱流道模具的新用戶，需要較長時間來積累使用經驗。

系統組成

儘管世界上有許多熱流道生產廠商和多種熱流道產品系列，但一個典型的熱流道系統均由如下幾大部分組成：

1．熱流道板（MANIFOLD）

2． 噴嘴 （NOZZLE）

3． 溫度控制器

4． 輔助零件

將在以後系列文章深入討論這些零件的種類與套用。

技術關鍵

一個成功的熱流道模具套用項目需要多個環節予以保障。其中最重要的有兩個技術因素。一是塑膠溫度的控制，二是塑膠流動的控制。

塑膠溫度的控制

在熱流道模具套用中塑膠溫度的控制極為重要。許多生產過程中出現的加工及產品質量

問題直接來源於熱流道系統溫度控制的不好。 如使用熱針式澆口方法注塑成型時產品澆口質量差問題，閥式澆口方法成型時閥針關閉困難問題，多型腔模具中的零件填充時間及質量不一致問題等。如果可能應儘量選擇具備多區域分別控溫的熱流道系統，以增加使用的靈活性及應變能力。

塑膠流動的控制

塑膠在熱流道系統中要流動平衡。澆口要同時打開使塑膠同步填充各型腔。對於零件重量相差懸殊的FAMILY　MOLD要進行澆道尺寸設計平衡。 否則就會出現有的零件充模保壓不夠，有的零件卻充模保壓過度，飛邊過大質量差等問題。熱流道澆道尺寸設計要合理。尺寸太小充模壓力損失過大。尺寸太大則熱流道體積過大，塑膠在熱流道系統中停留時間過長， 損壞材料性能而導致零件成型後不能滿足使用要求。世界上已經有專門幫助用戶進行最佳流道設計的CAE軟體如MOLDCAE。

套用範圍

塑膠材料種類

熱流道模具已被成功地用於加工各種塑膠材料。如PP，PE，PS，ABS，PBT，PA，PSU，PC，POM，LCP，PVC，PET，PMMA，PEI，ABS/PC等。 任何可以用冷流道模具加工的塑膠材料都可以用熱流道模具加工。

因此對於塑膠的特性，就格外重要了。例如：溶解溫度、壓力、黏度、比熱……等都必須予以重視。由於塑膠之領域非常廣闊，於此無法深入其間，不過我們將針對其常識部份加以說明。

1.可塑化

塑膠之所以能夠成形加工，是由於它在溫度與壓力的作用下產生變形，依受熱的溫度不同，可分為四種狀態，

玻璃狀態：0～T1，分子在凍結狀態，硬且脆，遇壓力則易破裂。

高彈性狀態（橡膠態）、：T1～T2，因外力可變形，未達溶化狀態不易成形。

粘流態（可塑化狀態）：T2～T3，可隨意加工成形。

分解狀態：T3，塑膠開始裂解，出現氣體分解物，甚至達燒焦狀態。

2.成形條件：

(注)以下為一般形塑膠之成形條件

對於每一種不同塑膠，其相對的成形區域或有不同，不過其過程分析皆相同。因此對於優秀的模具設計者而言，應確實了解每一種塑膠之成形區域及加工特性。

3.熔化塑膠的流動性

一般的流體（例如：水、油……）其流動狀態，皆依照牛頓定義進行。而塑膠熔液看似普通的流體，其實乃是非牛頓流體。例如：在牛頓流體中，雖然剪斷應力有變化，但其粘度卻不變。而塑膠熔液，當剪斷應力發生變化時，粘度也有明顯的變化產生。例如：在牛頓流體中，壓力從1增加到了10的時候，則流出量增加了10倍。以塑膠熔液來做同樣的實驗，當壓力從1增加到10，其流出量可能增加了100倍，或500倍，甚至1000倍（依照不同的塑膠而定）。

4.塑膠材料之選擇：

設計製品之初即應選擇所用塑膠，但大都未將模具併入考慮。但可能的話，所選用的材料應使模具之製造簡單才好。

成形收縮率小者（PS、ABS、PC）的尺寸精度較易達成。而成形收縮率大者（PP、PE、POM）較難做到尺寸精度（模具的公差為成形品公差之1/6）。

流動時黏度比較大者（ABS等），溶液較不易流入縫隙中，但黏度小者（如PA、POM）即使間隙很小溶液亦易於進入。

成形時之溫度較低者(PS等)較易成形且成形周期亦快，但成形溫度高者(PC)則較慢。

成形時不易變質或分解者（PS、PE、PP等），量產時不易引起品質不穩的不良品，但成形時易發生變質或分解者，若不嚴格要求成形條件（模具可以精密控制成形條件）則無法量產。此在熱澆道之情形下問題尤其嚴重。