从事TPE注塑成型工作多年，我深知将那一粒粒胶料转化为性能稳定、外观精美的制品，远非将材料倒入机器那么简单。TPE，作为一种兼具橡胶弹性与塑料加工便利性的特殊材料，其注塑过程是一场对材料特性深度理解与工艺参数精密调控的共舞。许多从业者，从新手到资深，都可能遇到过制品表面发粘、缺料、缩痕、粘模或物理性能不达标等问题。这些问题的根源，往往不在于材料本身，而在于未能掌握其独特的加工脾性。注塑好TPE制品，核心在于遵循一套与其分子结构、流变行为相匹配的系统性方法，从材料预处理、机器选型、参数设定到模具设计，每个环节都需精心考量。

TPE并非单一材料，而是包含SEBS、SBS、TPV、TPU等多个家族的庞大体系。然而，它们共有的软硬两相微观结构，使其注塑行为与普通硬质塑料（如PP、ABS）有显著区别。TPE熔体粘度对温度和剪切速率更为敏感，弹性记忆效应更明显，冷却收缩行为也更复杂。因此，成功的TPE注塑，始于放弃对传统塑料加工经验的简单套用，转而建立一套专门针对弹性体特性的工艺哲学。本文将深入解析TPE注塑的全流程关键技术，旨在为您提供一套从理论到实践的清晰路线图。

理解TPE材料的注塑行为特性

在讨论具体工艺之前，必须透彻理解TPE在注塑机筒和模具中的行为逻辑。这决定了所有参数设置的底层原理。

TPE的流变特性是其加工的核心。大多数TPE属于假塑性流体，其表观粘度随剪切速率的增加而降低。这意味着，在注塑过程中，通过提高注射速度可以有效地降低熔体粘度，改善充填流动性。然而，与硬塑料相比，TPE的粘度对温度也极为敏感，适当的升温能显著增加分子链活动能力，降低粘度。但温度过高，则可能导致热稳定性较差的橡胶相（如SBS中的聚丁二烯段）发生降解，反而影响性能并产生异味。

弹性记忆效应是TPE注塑中另一个关键概念。TPE熔体在受到螺杆剪切和通过浇口高速剪切后，分子链会发生拉伸和取向。一旦外力消失，这些被拉伸的分子链有强烈的趋势恢复卷曲状态，这种恢复过程就是弹性记忆。它会导致制品脱离模腔约束后发生收缩，并且收缩可能是各向异性的（沿流动方向与垂直方向收缩率不同）。控制弹性记忆，是保证尺寸稳定性和避免翘曲变形的重点。

TPE的冷却与结晶行为也需关注。对于含有结晶性塑料相（如PP）的TPE（如SEBS/PP基），冷却速率会影响PP相的结晶度和晶粒大小，进而影响制品的最终硬度、尺寸和表面光泽。快速冷却可能产生较小的晶体，制品硬度略高，尺寸稍大；慢速冷却则形成更完善的晶体结构。对于非结晶的TPU等，冷却过程主要影响其玻璃化转变和相分离结构。

理解这些特性，我们就能明白：TPE注塑的工艺目标，是在不引起降解的前提下，使材料达到充分且均匀的塑化；利用剪切和温度控制粘度，实现平稳、快速的充模；并通过温度与压力的精准管理，控制其弹性回复与结晶过程，从而获得外观与性能俱佳的制品。

第一阶段：注塑前的周密准备

成功的注塑，一半取决于准备工作。仓促上机往往导致后续问题频发。

材料的预处理与选择：尽管许多TPE牌号号称无需干燥即可加工，但我强烈建议对TPE材料进行预处理，尤其是开口存放后或潮湿环境下的材料。水分不仅可能在高温下引起水解（对酯类TPU影响显著），更会在注塑时形成气泡、银纹或表面缺陷。通常，在70-80摄氏度的鼓风烘箱中干燥2-4小时是稳妥的做法。对于易吸湿的TPU，干燥要求更为严格，可能需要100-110摄氏度干燥3小时以上。同时，确认您使用的TPE牌号是否适合注塑。某些极高硬度的TPE或特殊配方，其流动性与加工窗口可能较窄，需与供应商充分沟通。

注塑机的评估与选型：并非所有注塑机都同等适合TPE。以下几点至关重要：
1. 螺杆设计：推荐使用渐变式螺杆，其压缩比较低（通常在1.8:1到2.5:1之间），长径比L/D在18:1到22:1为佳。过高的压缩比和过强的剪切会产生过多摩擦热，可能导致TPE过热降解。螺杆头部应配有止逆环，确保射胶时有效密封，防止熔体回流。
2. 射嘴与流道：应选用开口较大的通用型射嘴或液压阀门式射嘴，避免使用自锁式射嘴，因为TPE冷却较快，易在尖端固化造成堵塞。流道应短而粗，减少压力损失和热量散失。
3. 锁模力需求：TPE成型压力通常低于硬质塑料，因此锁模力要求相对较低。但准确计算仍需基于产品投影面积和型腔压力。
4. 塑化能力：确保注塑机的最大注射量在机器容量的20%至80%之间。用量过小，物料在料筒内停留时间过长，易降解；用量过大，则塑化不均。

模具设计的核心考量：模具是赋予制品形状的母体，其设计对TPE注塑尤为关键。
• 浇注系统：浇口尺寸应足够大。TPE熔体粘度较高，且冷却快，小浇口易导致充填不足或过度剪切生热。对于大多数TPE制品，扇形浇口、潜伏式浇口或直接大浇口是较好选择，能提供平稳的充填模式。流道截面宜采用圆形或梯形，尺寸应比加工普通塑料时大20%-30%。

• 排气系统：充分的排气至关重要。TPE在充模时，模腔内的空气若无法迅速排出，会被压缩产生高温，导致制品表面烧焦、困气或充填不全。排气槽应开设在熔体流动末端和易困气区域，深度通常为0.01-0.03毫米（对于TPE，可以适当加深至0.03-0.05毫米），宽度足够，确保气体能排出而胶料不会溢出。

• 冷却系统：均匀高效的冷却能减少成型周期，稳定制品尺寸。冷却水路应均匀布置，特别是肉厚较厚区域。对于长条形或扁平制品，冷却不均可能引起翘曲。

• 脱模系统：由于TPE柔软且富有弹性，脱模相对容易，但设计不当也会造成变形或损伤。顶针面积应足够大，避免局部应力过大顶穿制品。脱模斜度宜适当加大，通常在1.5度至3度以上，方便脱模。对于深腔制品，可能需要考虑气动或液压辅助脱模。

下表概括了TPE注塑模具设计与通用塑料模具的主要差异点：

设计要素 TPE注塑模具建议 通用塑料模具常见做法 差异原因

浇口尺寸 较大，以降低流动阻力与剪切热 相对较小，以方便切除和美观 TPE粘度高，冷却快，需大浇口保证充填；剪切敏感，避免过度剪切生热。

排气槽深度 0.03-0.05毫米（可更深） 0.01-0.02毫米 TE充模时易裹入空气，且高温下空气被压缩易烧焦材料，需更畅顺的排气。

流道截面 圆形或梯形，尺寸较大 尺寸相对较小 减少压力损失和热量散失，保证熔体以足够压力和温度到达浇口。

脱模斜度 较大（≥1.5°） 可较小（0.5°-1°） TPE具有一定的柔性和粘附性，较大斜度利于顺利脱模，减少变形。

表面抛光 视需求而定，有时需要特定纹理以掩盖流动痕迹或提供触感 通常追求高光洁度 TPE制品更注重功能与手感，外观要求可能与硬塑料不同。

第二阶段：注塑工艺参数的精细设定

参数设定是TPE注塑的灵魂，需要系统性调整，而非孤立地更改某个值。

温度控制策略：温度是影响TPE塑化、流动和最终性能的首要因素。
• 料筒温度：设置应遵循前低后高的原则。喂料区（后段）温度不宜过高，防止物料过早软化粘附螺杆，导致输送困难。压缩段（中段）和计量段（前段）温度逐步升高，使物料充分均匀塑化。射嘴温度通常设定在与前段相近或略低5-10摄氏度，防止流涎。具体的温度范围需严格参照材料供应商的推荐值，不同硬度和类型的TPE差异很大。例如，SEBS基TPE加工温度范围可能在170-220摄氏度，而某些TPU可能需要在190-230摄氏度。关键在于找到能使熔体均匀、光滑挤出的最低有效温度。

• 模具温度：这是常被低估但极其关键的参数。较高的模温（如40-80摄氏度，取决于材料）能带来诸多好处：降低熔体前沿冷却速度，改善流动长度，减少流痕和熔接线强度；使制品冷却更均匀，降低内应力和翘曲；对于结晶性TPE，能促进更完善的结晶，提升尺寸稳定性和部分力学性能。但模温过高会延长周期并可能导致粘模。

压力与速度的协调：
• 注射速度：采用中高速注射通常有益。较快的注射速度能利用TPE的剪切变稀特性降低粘度，帮助充满薄壁或复杂结构，并形成更光滑的表面。但速度过快可能导致喷射（jetting），即熔体以细射流形式冲入型腔，产生蛇形纹。若出现此情况，需降低速度或调整浇口位置/形状。分段注射是更高级的控制策略：初期慢速通过浇口以消除喷射，随后快速充填大部分型腔，在充填末端前切换为低速，以利于排气和减少保压需求。

• 保压压力与时间：由于TPE的弹性记忆效应，其收缩补偿主要靠保压而非硬塑料那样依赖后期补缩。保压压力应设定得相对较低，通常是注射压力的30%至60%。过高的保压压力会将过多的物料压入模腔，不仅无助于减少收缩，反而可能造成溢边、粘模和较大的内应力。保压时间应足够长，以确保浇口封冻前持续传递压力，但不宜过长。通常可以通过称量制品重量来确定最佳保压时间：当保压时间增加到制品重量不再明显增加时，即为足够。

• 背压：适当的背压（通常3-10 bar）有助于压实熔体，排除挥发性气体，使塑化更均匀。但背压过高会增加剪切热，可能导致TPE降解。

冷却与周期时间：冷却时间占整个成型周期的大部分。足够的冷却时间确保制品有足够的刚性以便顶出，防止顶出变形。冷却时间取决于制品最厚肉厚、模温及材料的热性能。周期时间的优化需要在质量与效率间平衡。

下表列出了TPE注塑关键工艺参数的影响及调整指南：

工艺参数 对TPE制品的主要影响 调整原则与建议

料筒温度 影响塑化均匀性、熔体流动性及热降解风险。 在保证良好塑化与流动的前提下，尽量使用推荐范围的中下限温度，以防降解。

模具温度 影响表面质量、尺寸稳定性、内应力、结晶度（对结晶性TPE）及成型周期。 采用较高模温（如40-80°C）以改善流动、外观和尺寸；通过实验平衡质量与周期。

注射速度 影响剪切热、充填模式、表面光泽及喷射痕风险。 一般采用中高速注射以利用剪切变稀；若出现喷射，则降低初段速度或修改浇口。

保压压力 影响尺寸收缩、重量、内应力及溢边/粘模风险。 使用较低保压（注射压力的30-60%）；以制品重量稳定为设定依据，避免过高压力。

保压时间 影响浇口封冻前的补缩效果，与尺寸和缩痕相关。 设置到制品重量不再增加的时间点，过长无益且可能增加应力。

冷却时间 决定制品脱模时的刚度和尺寸稳定性，直接影响成型周期。 确保制品最厚部位充分固化；可通过模温监测或实验确定最短有效时间。

第三阶段：常见缺陷分析与针对性解决

即使参数设定合理，生产中仍可能出现问题。快速诊断并解决是注塑高手的基本功。

表面缺陷：
• 流痕与熔接线：这是TPE注塑中最常见的表面问题。流痕是熔体流动前沿冷却导致的痕迹；熔接线是两股熔体汇合时因融合不良形成的线痕。提高熔体温度和模具温度是首要解决措施，这能改善熔体流动性和融合能力。优化浇口位置和数量，使熔接线出现在非外观面或强度要求不高的区域。提高注射速度，使熔体在完全冷却前快速汇合。对于熔接线，在汇合点附近设置排气槽或冷料井有助于改善。

• 光泽不均或发雾：可能由于模温过低、注射速度过慢或熔体塑化不均导致。提高模温和注射速度通常能改善。确保模具抛光一致，并检查是否有脱模剂或油脂污染。

• 气泡或银纹：气泡可能是困气或材料分解产生气体所致。检查并优化排气系统。银纹（类似裂纹的丝状纹路）通常与水分有关，确认材料是否充分干燥。也可能是熔体温度过高导致降解。

填充与尺寸问题：
• 缺料/短射：熔体未完全充满型腔。可能原因包括：射胶量不足、注射压力/速度过低、熔体温度或模温太低、流道或浇口尺寸太小、排气不良等。应系统性检查并逐一排除。

• 缩痕与真空泡：缩痕是制品表面局部下陷，常出现在肉厚区域，因补缩不足导致。真空泡是内部空洞。对于TPE，提高保压压力和时间效果有限且风险高，更有效的解决思路是：优化产品设计，减少局部过厚壁厚；提高熔体温度以延长补缩时间；降低注射速度（在保证充满前提下）使熔体前端平稳推进，利于压力传递；调整浇口位置，使其靠近厚壁区域。

• 尺寸不稳定：批与批之间或一模多腔之间尺寸波动。需检查塑化是否均匀稳定（背压、螺杆转速），保压切换点是否一致（建议从位置切换而非时间切换），以及冷却系统是否工作正常，水温是否恒定。材料批次的稳定性也不容忽视。

脱模与性能问题：
• 粘模：制品粘在型腔或型芯上。可能由于模温过高、冷却不足、保压过高/时间过长、模具抛光不足或存在倒扣。降低模温和保压，延长冷却时间，检查并修复模具表面。

• 顶白或变形：顶出时制品被顶破或发生变形。原因是顶出力不平衡或制品冷却不足。增加顶针数量或面积，优化顶出位置，延长冷却时间，适当增加脱模斜度。

• 制品过软或过硬，物性不达标：这直接关联到材料塑化和最终结构。检查料筒温度设置是否准确，是否存在冷料或过热降解。对于结晶性TPE，模温会影响结晶度，从而影响硬度。确保材料被正确干燥和塑化。

第四阶段：进阶技巧与特殊工艺

掌握基础工艺后，以下进阶技巧能帮助解决更复杂的问题或实现特殊效果。

多级注射与保压的应用：现代注塑机允许对注射和保压过程进行多段精密控制。例如，对于带有薄壁和厚壁的复杂制品，可以采用：第一段低速通过浇口并填充薄壁部分；第二段高速填充主体型腔；第三段低速完成最后充填并开始保压。保压也可以分两段：第一段较高压力以补偿收缩，第二段较低压力以维持压力直至浇口封冻。这种精细控制能有效平衡外观、内应力和尺寸。

热流道系统的应用：对于大型或多腔TPE制品，热流道系统能减少流道废料，改善压力传递和充填平衡。但需注意，TPE热稳定性相对一般，在热流道中长时间驻留可能导致降解。因此，热流道温度控制需更精确，流道设计应避免死角和过长的驻留时间。针阀式热流道有助于防止流涎。

模内装配与包覆注塑：这是TPE的优势应用领域。例如，将TPE直接注塑到金属、塑料或织物等基材上，形成一体化的软触感部件。成功的关键在于：基材的预处理（清洁、预热、可能需要的物理或化学粗化）；TPE配方的设计（可能需要含有与基材相容的极性组分）；模具的精准对位与锁模力控制；以及工艺参数的匹配，特别是模具温度，较高的模温有助于TPE与基材界面的分子扩散和结合。

气体辅助与水辅助注塑：对于厚壁TPE制品，这些技术可以帮助减少缩痕，节省材料，并缩短冷却时间。气体或水被注入熔体中心，形成中空通道。工艺控制要求极高，需精确控制气体/水的压力、注入时机和速度。

生产稳定性维护与质量控制

稳定生产高质量TPE制品，离不开持续的维护和监控。

工艺窗口的建立与固化：通过系统的实验（如模流分析辅助的DOE），找到一组能稳定生产合格制品的工艺参数范围（窗口）。将这个窗口的核心参数固定下来，形成标准作业指导书。

生产过程中的监控：监控关键参数的实际值是否与设定值一致，如各段温度、压力、速度。定期（如每班或每小时）取样，测量制品的关键尺寸和重量。制品重量是反映塑化、充填和保压稳定性的极佳指标，波动应控制在极小范围内。

模具与设备的维护：定期清洁模具，检查排气槽是否堵塞，抛光面是否损伤，顶出系统是否顺畅。对注塑机的螺杆、料筒进行定期保养，防止因磨损导致塑化不均或黑点产生。

材料的批次管理：即使同一牌号，不同批次的TPE在流动性、硬度上也可能有细微差异。新批次材料上机前，应进行小批量试生产，必要时微调工艺参数（如温度或注射速度），以确保质量稳定。

结语

将TPE弹性体材料胶料注塑好，是一项融合了材料科学认知、机械工程理解和工艺控制艺术的工作。它要求我们深刻理解TPE作为热塑性弹性体的双重本性——其在熔融状态下的粘弹行为，以及在固态时的橡胶弹性。成功的注塑工艺，本质上是引导材料经历一场受控的相变与形态塑造之旅。

从谨慎的预处理与设备选型开始，到基于流变特性的参数精细设定，再到对缺陷根源的敏锐诊断与解决，每一个环节都环环相扣。没有一成不变的“黄金参数”，只有针对特定材料、特定模具和特定产品不断探索与优化的过程。记住，TPE注塑的核心哲学是“温和而坚定”：温和的剪切与热历史以保护其分子结构，坚定的压力与温度控制以驾驭其成型过程。

当您面对注塑机台，看着熔融的TPE被注入模具，最终顶出完美的制品时，那不仅是机器运行的成果，更是您对材料特性精准把握与工艺匠心运用的体现。掌握这套系统性的方法论，您将能从容应对大多数TPE注塑挑战，稳定高效地生产出满足甚至超越期望的弹性体部件。

相关问答

问：我们注塑TPE制品时，表面经常有油状物或雾状析出，冷却后手感发粘，这是什么原因？如何解决？

这通常是TPE配方中的低分子量物质迁移到表面所致，俗称“喷油”或“喷霜”。主要原因包括：1. 配方中填充油或某些添加剂过量或选择不当，特别是与SEBS等基础胶相容性差的油品，在加工受热后更易迁移。2. 加工温度过高或物料在料筒内停留时间过长，导致部分油分或小分子物质被“逼出”。3. 模具温度过低，使物料表面急速冷却，内部油分未来得及均衡扩散就被固定，随后缓慢析出。

解决方法需从多角度入手：首先，与材料供应商沟通，确认是否为材料本身配方问题，考虑更换为低迁移性或相容性更优的牌号。其次，优化工艺：在保证充分塑化和流动的前提下，适当降低料筒温度，尤其是射嘴温度；缩短成型周期，减少物料热历史；适当提高模具温度（如升至50-60°C），使制品缓慢均匀冷却，利于内部迁移平衡。此外，确保充分的背压（如5-8 bar）有助于均化熔体，有时能缓解此现象。如果问题顽固，可能需要考虑在模具型腔使用特定的脱模剂（非油性）以暂时改善脱模，但这治标不治本。

问：对于透明或高透明度的TPE材料，注塑时如何避免内部出现气泡或浑浊，保证清澈度？

透明TPE对工艺极为敏感。气泡和浑浊（雾度）主要源于两类问题：残留水分或挥发分，以及内部应力或结晶不均。
1. 彻底干燥：这是首要条件。透明TPE吸湿性可能更强，需采用比普通牌号更严格的干燥工艺，如使用除湿干燥机，在建议温度下（如75-85°C）干燥4小时以上，并确保干燥空气露点足够低（如-40°C）。
2. 温和而充分的塑化：采用中等的螺杆转速和背压，避免过度的剪切生热导致材料降解或产生微小气泡。料筒温度设置应均匀，避免局部过热。
3. 模具温度控制：这是获得高透明的关键。使用较高的模具温度（具体值依材料而定，可能需60-80°C或更高）。高模温使熔体缓慢冷却，减少因急速冷却导致的内部应力（应力会使材料产生光散射，变浑浊）和微晶形成（对于结晶性透明TPE，高模温促进形成更规整、尺寸更小的晶体，减少光散射）。
4. 注射速度与压力：宜采用中低速到中高速的平稳注射，避免湍流卷入空气。保压压力应足够但不宜过高，以补偿收缩而不产生过大内应力。
5. 模具表面：型腔表面需高度抛光，通常达到镜面级别，任何细微划痕都会影响光洁度。
6. 流道与浇口：设计应平滑流畅，无滞料点。尽可能使用大尺寸的扇形或点浇口，避免熔体通过小浇口时产生过高剪切热和应力。

问：在包覆注塑（二次注塑）中，TPE层与硬质塑料基体（如ABS、PC）粘结不牢，除了材料配方，注塑工艺上如何调整？

工艺调整对包覆注塑的粘结强度影响巨大，核心目标是提升界面温度以促进分子相互扩散。
1. 预热硬质塑料基材：在放入模具前，对基材进行预热（可用烘箱或红外加热），使其表面温度升高（例如达到80-110°C，具体视基材耐热性而定）。这能极大减少TPE熔体接触到冷基材时的冷却速度，延长分子活动时间。
2. 提高TPE的熔体温度：在TPE不降解的前提下，使用推荐范围的上限温度，使TPE熔体具有更高的热能。
3. 最关键的是提高模具温度：这是最有效且常用的工艺手段。将模具温度设置到较高水平（例如，对于ABS/TPE组合，模温可设定在60-80°C）。高模温能维持TPE熔体与基材界面处于较高温度状态，促进相互扩散和缠结。
4. 优化注射速度：采用较高的注射速度，使高温的TPE熔体能快速冲击并覆盖基材表面，减少其在接触瞬间的冷却。
5. 确保基材清洁与干燥：注塑前彻底清洁基材表面，去除油污、脱模剂等污染物，并确保其干燥。
6. 模具设计：在硬塑基材与TPE接触的区域，设计适当的倒扣、孔洞或粗糙纹理，以增加机械互锁力。

问：如何通过调整注塑工艺来改善TPE制品的尺寸稳定性，减少收缩率和翘曲变形？

尺寸不稳定、收缩和翘曲源于内部应力分布不均和收缩各向异性。工艺调整旨在促进均匀冷却和减少内应力。
1. 降低熔体温度与模具温度的差异：在保证充填的前提下，适当降低熔体温度，同时提高模具温度。较小的温差可以降低冷却速率，使制品内外冷却更同步，减少因温差引起的热应力。
2. 优化保压策略：采用较低但时间足够的保压压力。高保压会产生更大的取向应力和压缩应力，脱模后释放导致变形。通过实验找到刚好能补偿浇口冻结前收缩的最小有效保压压力。可采用分段保压，后期采用更低的维持压力。
3. 延长冷却时间：确保制品在模腔内得到充分冷却，使其在顶出时具有足够的刚性，抵抗顶出和后续收缩引起的变形。但需平衡生产效率。
4. 调整注射速度：对于扁平或长条形易翘曲制品，采用较低的注射速度有时有助于减少分子取向，使收缩更趋于各向同性。但需与充填平衡。
5. 保证均匀的冷却：检查模具冷却水路，确保制品各区域，特别是肉厚差异大的区域，冷却速率尽可能一致。冷却不均匀是翘曲的主因之一。
6. 后处理：对于尺寸精度要求极高的制品，脱模后可采用定型夹具在一定温度下进行约束冷却，或进行退火处理（在低于材料热变形温度下加热一段时间后缓慢冷却），以消除内应力，稳定尺寸。

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