摘要： 本文用出模膨脹原理揭示了注塑制件形成虎皮紋的原因,并從注塑工藝、模具設計和材料配方三個方面提出了如何解決虎皮紋的措施。

關鍵詞：出模膨脹、巴拉斯效應、虎皮紋、注塑制件

一、引言

目前，大型注塑零件在汽車上面的應用越來越多，并且出于降低成本的考慮，免噴涂注塑制 件的應用范圍越來越廣,但是這也對注塑件的外觀質量要求越來越高。在汽車保險杠、儀表板、 門板和其他較長的內飾件等大型零件上，出現了一種外觀缺陷，其特征是垂直于流動方向出 現一條一條的紋路，看起來就像是老虎皮上的花紋一樣，俗稱虎皮紋或斑馬紋，如下圖所示。

二、虎皮紋的形成原因分析

當高聚物熔體從小孔、毛細管或狹縫 中擠出時，擠出物的直徑或厚度會明 顯大于口模的尺寸，這種現象稱為擠 出物脹大或出模膨脹. 1893年美國生 物學家Barus首先觀察到了這一現象， 所以又稱Barus效應,亦稱出模膨脹。例如聚苯乙烯在175-200℃溫度以較 快速度擠出時，直徑膨脹可達2.8倍。

如下圖，薄板尺寸為400X50X2mm，模型采用3D網格，網格邊長為0.5mm， 從充填時間圖上看不出來有什么異常。

下圖是流動前沿溫度，可以發現，隨著流程長度增加，溫度等高線越來越密，說明溫度變化越來越明顯。

從下面這張實物圖片上來看，與流動前沿溫度圖上等高線變密區 域比較類似。但是具體等高線變化疏密程度要達到多少才會出現 虎皮紋則還無法下定論。

理論分析

在注塑成型時，熔體在流動過程中，制件較薄，型腔空隙較小，模溫過低，流動過程中制件結構造成流動波動或者流程過長，射速較快等，都會造成熔體前沿阻力增大，熔體流動明顯減速或出現停滯，此時充填的區域外觀光澤差，且較窄，該區域通常距離澆口有一定距離才出現。隨著注塑壓力的施加，熱的熔體不斷從澆口涌來，具有粘彈性的塑料熔體開始吸收并儲備能量，當能量積聚到一定程度時，即可突破熔膠前沿的阻力，熔體開始急速膨脹，跳躍推進，此時新充填的區域外觀光澤好，且較寬。這就形成表觀上的光澤度出現差異，從而形成虎皮紋。

塑料熔體流動形成虎皮紋的機理研究

塑料熔體流動形成虎皮紋的分析

當塑料熔體通過較小的澆口時，會在澆口處受到較大的流動阻力而使塑料在流道和澆口 處發生較大的體積壓縮和彈性變形，一旦通過澆口進入空曠的型腔后，就會由于流動阻 力突然變小而導致塑料熔體發生彈性回復而體積膨脹，從而導致熔體流動前沿的壓力和 流速產生較大的波動，并導致流動前沿發生膨脹跳躍現象，表觀上就會形成虎皮紋。

塑料熔體的粘彈性越強，這種現象越容易 出現。粘彈性較弱的材料就很少會出現虎皮紋 現象。比如玻纖增強材料、尼龍、PBT等材料 成型過程中很少有虎皮紋現象，而添加了 EPDM、POE等橡膠成分的PP材料，則非常容 易出現虎皮紋缺陷。原因就在于橡膠成分越多， 熔體的粘彈性形變越大，越容易出現出模膨脹 效應而導致虎皮紋。

三、解決措施

3.1、注塑工藝方面：

1）降低注射速度

某汽車零件采用50%注射速度出現虎皮紋。采用15%注射速度后虎皮紋消失

2）提高塑料熔體溫度和模具溫度

目前比較先進的急冷急熱模溫技術可以完全消除注塑零件表面的各種缺陷，但是很少有人把該技術應 用在pp材料零件上，主要原因可能還是制造成本方面存在一定壓力。

3.2、模具結構和注塑機方面

1）擴大澆口截面厚度和寬度和流道直徑，澆口厚度必須要達到零件壁厚的 0.8~0.9倍，澆口寬度盡量做到30mm寬以上；

2）增加澆口數目，盡量減少流長比；

3）盡量采用尺寸和截面積逐漸擴大的直澆口、側澆口或扇形澆口，避免使用截 面積逐漸縮小的潛伏澆口、點澆口（參考下面圖5，實踐中發現潛伏澆口和點澆口 或者很小的側澆口都很容易產生虎皮紋）；

4）模具排氣盡量做到良好，可以實現高速注射并且避免由于困氣導致的流動 前沿出現外觀質量缺陷;

5）采用控制精密的注塑機，避免產生壓力和速度的波動。

關鍵在于澆口的橫截面積應該逐漸增大。至少也不能逐漸減小。

開放式熱流道澆口尺寸 有些熱流道澆口小端直徑如果小于Φ3，也會造成很大的流動阻力，導致塑料 熔體被壓縮，產生較大的彈性形變。塑料進入型腔后也會發生較大的體積膨 脹，從而容易形成虎皮紋。

3.3、塑料材料方面

1）減小塑料中橡膠彈性體成分的含量；

2）減小橡膠成分在塑料中分散后的粒徑，或者添加橡膠成分 與基體樹脂的相容劑，有利于消除虎皮紋缺陷。

3）提高材料的流動性；

某儀表板表面虎皮紋，反復調機都無法消除，該項目拖延了3多月都無進展，最后換用流動性更好的材料才徹底消除。

韌性哥注：有時候提高材料流動性也無濟于事，曾經遇到融指是100多（230°C/5公斤）的熱塑性彈性體，在注塑薄壁產品的時候，在有的模具上有虎皮紋，有的模具上就沒有。

4）采用分子量分布較寬的材料可以有效減少虎皮紋現象出現的幾率。

四、總結

據大量統計結果表明：影響塑料件品質的因素中，模具設計和產品結構設計得是否合理占據了70%左右的因素，注塑工藝和注塑機占據了20%的因素，材料占據了10%的因素。虎皮紋的形成與模具、注塑工藝、塑料材料三者都有 一定關系，很多時候需要三個方面都進行優化改進才能取得良好的效果，而對模具和產品結構進行優化改進則能起到事半功倍的效果，并且更換流動性更好的材料后也能有很好的作用。

韌性哥注：本文著重從出口膨脹機理來解決虎皮紋，可以結合熔體破裂機理，一起來解決虎皮紋的問題。所以推薦閱讀：熔體破裂造成的外觀缺陷如何解決？