在热塑性弹性体TPE的加工与应用过程中，气泡的出现是一个极为常见且令人困扰的质量缺陷。无论是挤出、注塑还是压延成型，这些存在于制品内部或表面的气泡，轻则影响产品外观，导致客户投诉，重则显著削弱材料的力学性能、密封性能或介电性能，造成批量性报废。作为一名深耕高分子材料加工领域近二十年的工程师，我曾协助众多工厂解决过形形色色的气泡难题。气泡问题看似简单，但其背后往往隐藏着材料、工艺、设备乃至环境等多重因素的复杂交互。若要彻底根治，必须像一位经验丰富的侦探，透过现象看本质，进行系统性的排查与分析。本文将深入剖析TPE加工中气泡产生的根本原因，并提供一套从预防到治理的完整解决方案。
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气泡的形态与分类：诊断问题的第一步
并非所有气泡都源于同一原因。准确识别气泡的形态、大小、分布位置，是锁定问题根源的关键第一步。
内部气泡与真空泡： 这类气泡通常体积较大，呈球形，位于制品壁厚的中心区域。剖开制品，气泡内壁一般光滑。其产生主要与熔体冷却过程中的体积收缩以及保压补缩不足密切相关。
表面气泡或银纹： 气泡分布在制品表层，有时会拉长成细丝状，俗称银纹。这类气泡往往与材料中的挥发性成分（主要是水分）在高温下汽化有关。
微小分散气泡： 整个制品内部均匀分布着极其细密的小气泡，使制品呈现乳白色或不透明的雾状。这通常是由于熔融塑化过程中卷入过多空气且未能有效排除所致。
气泡位置与工艺的关联： 靠近浇口的气泡多与保压压力或时间不足有关；均匀分布的微小气泡首要怀疑材料干燥问题；而随机出现的大气泡则可能与螺杆打滑、塑化不均等设备状态关联更大。
材料因素：气泡产生的内在根源
材料是加工的基石，TPE原料自身的问题，是引发气泡最直接、最普遍的原因。
水分含量超标
这是导致表面银纹和气泡的头号元凶。TPE，尤其是以SEBS、SBS为基材的品种，以及某些TPU材料，本身具有一定的吸湿性。这些吸附的水分在TPE加工的熔融温度下（通常远超100°C），会迅速汽化成为水蒸气。在高压的熔体中，这些水蒸气无法逸出，便被包裹在其中，冷却后形成气泡。
更为复杂的是，TPE配方中大量使用的增塑油（白油）和某些小分子助剂也可能含有微量水分或本身就是易挥发性物质。因此，干燥不单是去除TPE颗粒表面的吸附水，更是去除整个配方体系中所有易挥发组分的过程。许多教训表明，仅仅依靠料斗干燥器可能是不够的，对于易吸湿的TPE牌号或在高湿度环境开封的原料，必须使用除湿干燥机，并确保干燥风露点达到-40°C甚至更低，干燥温度和时间严格遵循材料商推荐（如80-95°C下干燥2-4小时）。
材料的热稳定性与降解
TPE在料筒内停留时间过长，或加工温度设置过高，会导致聚合物分子链发生热降解或热氧降解。降解会产生一些小分子气体，如CO₂、CO等。这些降解气体是形成气泡的另一个重要来源。某些TPE配方中的添加剂（如某些润滑剂或阻燃剂）热稳定性较差，在临界温度附近也会分解释气。因此，设定一个合理的加工温度窗口，并避免物料在料筒内长时间停留，是防止降解起泡的关键。
原料的粘弹性与排气能力
TPE是一种粘弹性材料，熔体强度过高或过低都会影响气泡的排除。熔体强度过高，熔体过于粘稠，卷入的气泡不易上浮破裂；熔体强度过低，熔体易破裂，在螺杆剪切过程中更易卷入空气。此外，一些高填充的TPE（如填充大量碳酸钙、滑石粉），填料本身可能吸附气体或在高剪切下与聚合物基体分离形成界面微气泡。
| 材料特性 | 对气泡形成的影响 | 易产生的气泡类型 | 改善方向 |
|---|---|---|---|
| 高吸湿性 | 水分汽化导致表面/内部气泡 | 银纹、表面气泡 | 加强干燥，选用低吸湿牌号 |
| 热稳定性差 | 高温降解产生小分子气体 | 细小分散气泡，伴有黄变 | 降低加工温度，缩短停留时间 |
| 熔体强度高 | 卷入空气不易排除 | 均匀微小气泡 | 优化螺杆转速，提高背压 |
| 高填充体系 | 填料携气或界面分离 | 界面微气泡，雾度增加 | 改善填料处理，优化分散 |
加工工艺参数：控制气泡的关键环节
加工工艺参数的设定，直接决定了物料在设备中的塑化、输送、成型和冷却行为。不合理的工艺是诱发气泡的主要外部因素。
温度设置不当
料筒温度过高： 这是最常犯的错误之一。过高的温度不仅加剧热降解风险，还会使熔体粘度变得过低。粘度过低的熔体在螺杆的旋转剪切下更易裹入空气，且包裹的气泡因熔体强度不足而更难合并长大和逸出。
料筒温度过低： 温度过低，TPE塑化不良，固体颗粒之间熔合不紧，存在缝隙，这些缝隙在冷却后可能成为真空泡或缩孔。同时，未完全塑化的物料也可能包裹更多空气。
模具温度的影响： 模温过低，熔体前锋接触冰冷的模壁后迅速冷却固化，形成一层硬皮，阻碍了内部熔体中气体向流道和排气槽的扩散通道。模温适当提高，有利于熔体保持流动状态更长时间，为气体排出提供时间窗口。
背压与螺杆转速的设置
背压不足： 背压是螺杆在旋转后退时，为克服液压阻力而需要建立的压力。足够高的背压能压实熔体，将熔体中裹挟的气泡和挥发分从料筒后部的排气口或通过螺杆的压缩段强行挤出。背压过低，螺杆后退过于轻松，熔体松散，含气量高。
螺杆转速过高： 过高的螺杆转速会产生强烈的剪切生热，这可能引起局部过热降解。同时，它像一台高速搅拌机，将更多的空气卷入熔体，并可能将大气泡打散成难以排除的微小气泡。
注射/挤出速度与保压压力
注射/挤出速度过快： 在注塑中，过快的注射速度会使熔体以湍流形式充满模腔，极易裹入空气。这些被湍流卷入的空气若来不及通过排气槽排出，就会被困在模腔内形成气泡，通常位于熔体流动末端或两股熔料交汇处。
保压压力不足或保压时间过短： 这是产生内部真空泡（缩孔）的最主要原因。熔体在冷却过程中会发生体积收缩。如果保压压力不足以将新的熔体持续补进模腔以补偿收缩，制品内部就会因材料不足而形成空洞，即真空泡。这类气泡多出现在壁厚较厚、冷却最慢的区域。
| 工艺参数 | 设置不当的后果 | 典型气泡症状 | 优化调整方向 |
|---|---|---|---|
| 加工温度 | 过高：降解起泡；过低：塑化不良裹气 | 降解黄变气泡 / 真空泡 | 设定合理温区，熔体温度适中 |
| 背压 | 不足：熔体疏松含气量高 | 均匀微小气泡 | 适当提高背压（以不产生流涎为限） |
| 注射速度 | 过快：湍流裹入空气 | 流动末端或熔接线气泡 | 采用多级注射，末段减速 |
| 保压压力/时间 | 不足：补缩不够产生缩孔 | 壁厚中心的大真空泡 | 提高保压压力，延长保压时间 |
模具与设备因素：硬件条件决定的瓶颈
再好的材料和工艺，如果模具和设备存在固有缺陷，气泡问题也难以避免。
模具排气系统设计不良
模具的排气系统是熔体充模过程中排出空气的唯一通道。排气不畅是导致气泡的一个极其常见且容易被低估的原因。
排气槽位置不当或数量不足： 排气槽应开设在熔体流动的末端以及熔接痕形成的区域。如果这些关键位置没有排气槽，或排气槽数量不够，困住的空气无处可逃。
排气槽深度不合理： 用于TPE的排气槽深度通常建议在0.01-0.03mm之间。过浅，排气阻力大，效果不佳；过深，则可能产生飞边（毛刺）。排气槽的宽度和长度也需合理设计，确保有足够的排气面积。
排气槽堵塞： 长期生产过程中，排气槽容易被油污、脱模剂残留或原料分解物堵塞，定期清理和维护模具排气系统至关重要。
螺杆与料筒磨损
注射机或挤出机的螺杆和料筒磨损后，其间隙变大。在塑化时，熔体会沿着这个变大的间隙逆流，导致塑化效率下降、熔体输送不稳定。为了达到所需的塑化量，操作员可能会不自觉地提高螺杆转速或降低背压，这反而加剧了空气的卷入和塑化不均，从而产生气泡。
止逆环失效
注射机螺杆头部的止逆环（单向阀）如果磨损或卡滞，无法有效密封。在注射阶段，部分熔体会从螺杆头部与料筒的间隙倒流回螺杆的螺槽中，这不仅造成注射压力损失和计量不准，倒流的扰动也会引入空气，并导致气泡和银纹的产生。
环境与操作因素：不容忽视的细节
一些看似不起眼的环境和操作细节，往往是压垮骆驼的最后一根稻草。
环境湿度的影响
在潮湿的季节或地区，即使原料已经过充分干燥，但在上料和生产过程中，暴露在空气中的原料会再次吸湿。特别是对于在料斗中停留时间较长的物料，环境湿度的影响不可忽视。为料斗加装干燥盖或使用干燥空气密闭循环系统，可以有效缓解此问题。
换料过程中的污染
在生产中，由一种材料更换为另一种材料时，如果料筒清洗不彻底，残留的旧料或其他物料（尤其是吸湿性更强的物料如PA、PC）可能会污染当前的TPE，成为气泡的诱发点。
回收料的使用不当
为降低成本而使用回收料是常见做法。但回收料通常经过多次热历史，其降解程度和吸湿性都高于新料。如果回收料比例过高，或使用前未经过严格干燥和筛选，会极大增加气泡产生的风险。
系统性解决方案与预防措施
解决TPE气泡问题，必须采取系统性的思维，从源头预防，并进行精细化的过程控制。
第一步：建立严格的原料处理规范。 这是最有效、成本最低的预防措施。强制要求对所有TPE原料进行预干燥，并定期校验干燥设备的性能（如露点值）。建立不同牌号TPE的干燥作业指导书。
第二步：优化工艺参数窗口。 采用科学的方法（如田口法）进行DOE实验设计，找出针对特定产品和模具的稳健工艺参数组合，特别是背压、注射速度曲线和保压曲线。将优化后的参数标准化，并纳入作业指导书。
第三步：模具与设备的定期维护保养。 制定模具排气系统的定期检查和清理计划。定期检测螺杆和止逆环的磨损情况，并及时更换。这是保证生产稳定性的硬件基础。
第四步：加强过程监控与质量检验。 对每批生产的首件制品进行详细检查（剖切检查内部气泡），并在生产中定期抽检。利用SPC统计过程控制工具，监控关键工艺参数（如熔体温度、注射峰值压力）的波动，及时发现异常趋势。
通过以上系统性的方法，可以将TPE制品的气泡问题控制在最低水平，实现稳定、高效的生产。
常见问题解答
问：如何快速区分气泡是水分引起的还是空气卷入或保压不足引起的？
答：一个实用的快速判断方法是观察气泡的形态和位置：
• 水分气泡： 多表现为制品表面的银纹状丝状气泡，或非常细密均匀的表层气泡。将有问题的料粒放入烘箱快速烘干后再注射，如果气泡消失或大幅减轻，则可基本断定是水分问题。
• 空气卷入气泡： 气泡通常较小且分散，可能在整个制品中均匀分布。提高背压后如果有所改善，则指向空气卷入。
• 保压不足气泡（缩孔）： 气泡通常位于制品壁厚最厚的中心区域，体积较大，内壁光滑。提高保压压力和时间后明显改善，则可确认。
问：对于非常柔软的TPE（如邵氏A硬度低于50），为什么似乎更容易产生气泡？
答：这是因为高软度的TPE通常含有更高比例的增塑油。这些油类不仅本身可能含有微量水分或易挥发物，而且会降低熔体的强度和粘度。低粘度的熔体在螺杆剪切下更易裹入空气，且包裹的气泡因熔体强度低而更难排出。因此，对于超软TPE，需要更加严格的干燥条件和更精密的工艺控制（如更精确的背压和更平缓的注射速度）。
问：提高背压是排除气泡的万能方法吗？背压越高越好吗？
答：绝对不是。提高背压是排除熔体中气体的有效手段，但它有副作用和极限。过高的背压会加剧螺杆对物料的剪切作用，产生过多的剪切热，可能导致物料过热降解，反而会产生降解性气泡。同时，高背压会降低塑化效率，增加能耗，并可能造成流涎（射咀滴料）。因此，背压应设定在一个合理的范围：高到足以压实熔体、排除气泡，但又不能高到引起降解和效率下降。通常需要根据物料和机器状态进行试验确定。
问：有时同一模具、同一批料，白天生产正常，夜班就出现气泡，可能是什么原因？
答：这种随时间周期性出现的问题，强烈指向环境条件的变化。夜间环境温度下降，湿度可能升高。如果车间的除湿系统在夜间关闭或减弱，环境湿度升高会导致在料斗中的物料或暴露在空气中的设备部分（如烘料桶）吸湿加剧，从而在夜班出现气泡。建议核查车间温湿度的日夜记录，并确保生产环境（特别是料斗区域）的密闭性和干燥空气的持续供应。
解决TPE气泡问题是一个需要耐心和细心的系统工程。唯有深入理解其成因，并坚持从材料、工艺、设备、环境多个维度进行精细化管理和控制，才能实现稳定优质的生产，从根本上杜绝气泡的困扰。
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