連接器的100個(gè)為什么（23）丨為什么注塑成型的連接器殼體容易出現(xiàn)縮痕或氣泡？

在連接器殼體的注塑生產(chǎn)中，縮痕（凹陷）和氣泡（氣孔）是最常見(jiàn)的外觀缺陷，某連接器廠商的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，這兩類缺陷占注塑不良品的 65% 以上，直接導(dǎo)致材料損耗率超過(guò) 8%，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。

縮痕會(huì)削弱殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，氣泡則可能破壞絕緣性能（尤其對(duì)高壓連接器），甚至在后續(xù)裝配或使用中因受力、溫度變化導(dǎo)致殼體開(kāi)裂。本文從高分子材料成型原理、模具設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)三個(gè)維度，解析縮痕與氣泡的形成機(jī)理，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)例提供系統(tǒng)化的解決方案。

（一）縮痕的本質(zhì)：材料冷卻收縮不均

縮痕是塑料熔體在冷卻固化過(guò)程中，因體積收縮得不到充分補(bǔ)料而在表面形成的凹陷，其形成遵循高分子材料的 “體積收縮定律”：

塑料熔體從熔融態(tài)（溫度 T?）冷卻至玻璃化溫度（T?）以下時(shí)，體積收縮率通常為 2%-8%（如 PA66 收縮率 2.5%-3.5%，PPS 收縮率 0.5%-1.5%）。當(dāng)局部區(qū)域（如壁厚突變處、加強(qiáng)筋根部）冷卻速度過(guò)快，或熔體流動(dòng)路徑受阻導(dǎo)致補(bǔ)料不足時(shí)，表面就會(huì)形成縮痕。

典型縮痕表現(xiàn)為：

• 壁厚較厚區(qū)域（如殼體拐角、螺絲柱根部）的圓形或橢圓形凹陷，深度通常 0.1-0.5mm；

• 加強(qiáng)筋、凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)的根部與主體連接處的線性凹陷；

• 大面積平面區(qū)域的不規(guī)則淺凹陷（因整體收縮不均導(dǎo)致）。

（二）氣泡的分類與成因

氣泡根據(jù)成因可分為 “氣體滯留型” 和 “真空收縮型”，兩者形成機(jī)理差異顯著：

1. 氣體滯留型氣泡

由注塑過(guò)程中卷入的氣體（空氣、原料揮發(fā)分、模具排氣不暢的氣體）無(wú)法排出，被包裹在熔體內(nèi)部形成，特征為：

• 氣泡多為圓形，分布在熔體流動(dòng)末端（如殼體邊緣、薄壁區(qū)域）或模具排氣死角；

• 切開(kāi)后氣泡內(nèi)壁光滑，可能帶有原料揮發(fā)分殘留的油狀痕跡；

• 常見(jiàn)于高射速、高熔體溫度的成型場(chǎng)景（氣體來(lái)不及排出即被熔體包裹）。

2. 真空收縮型氣泡

與縮痕成因類似，是材料冷卻收縮時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生真空，外界氣體未及時(shí)補(bǔ)充形成的 “負(fù)壓氣泡”，特征為：

• 氣泡多分布在壁厚較厚區(qū)域（如螺絲柱、殼體底部），呈不規(guī)則形狀；

• 氣泡大小隨冷卻速度變化（冷卻越快，氣泡越小且數(shù)量越多）；

• 常與縮痕伴隨出現(xiàn)（表面縮痕對(duì)應(yīng)內(nèi)部氣泡）。

（一）模具設(shè)計(jì)缺陷：成型 “先天不足”

1. 壁厚設(shè)計(jì)不合理

連接器殼體的壁厚差異過(guò)大（如主體壁厚 2mm，螺絲柱壁厚 5mm），是導(dǎo)致縮痕的首要原因。根據(jù)注塑成型規(guī)律，當(dāng)局部壁厚超過(guò)相鄰區(qū)域 2 倍以上時(shí)，厚壁區(qū)域冷卻速度會(huì)慢 30%-50%，熔體收縮時(shí)無(wú)法通過(guò)薄壁區(qū)域的熔體實(shí)現(xiàn)充分補(bǔ)料，必然形成縮痕。某測(cè)試顯示，PA66 殼體的壁厚從 2mm 增至 4mm 時(shí)，縮痕發(fā)生率從 5% 升至 45%。

2. 澆口位置與數(shù)量不當(dāng)

澆口是熔體進(jìn)入模具型腔的通道，其位置決定熔體流動(dòng)路徑：

• 澆口遠(yuǎn)離厚壁區(qū)域（如螺絲柱、加強(qiáng)筋），會(huì)導(dǎo)致厚壁區(qū)域成為熔體流動(dòng)末端，補(bǔ)料壓力不足，形成縮痕；

• 單澆口成型大面積殼體（如尺寸超過(guò) 100mm×100mm），熔體流動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)，末端壓力衰減（通常每流動(dòng) 100mm，壓力下降 10-15bar），易產(chǎn)生氣泡和縮痕；

• 澆口尺寸過(guò)?。ㄈ缰睆剑?mm），熔體流動(dòng)阻力大，補(bǔ)料速度跟不上冷卻收縮速度，加劇縮痕。

3. 排氣系統(tǒng)失效

模具排氣不暢是氣體滯留型氣泡的主因：

• 排氣槽深度不足（標(biāo)準(zhǔn)要求：PA66 排氣槽深度 0.03-0.05mm，PPS 因熔體黏度高需 0.05-0.08mm），氣體無(wú)法及時(shí)排出；

• 排氣槽位置未設(shè)置在熔體流動(dòng)末端（如殼體邊緣、分型面拐角），或被頂針、滑塊等結(jié)構(gòu)遮擋；

• 型腔表面粗糙度 Ra＞1.6μm，氣體易吸附在型腔壁面，形成 “氣膜” 阻礙熔體流動(dòng)，導(dǎo)致氣泡。

（二）工藝參數(shù)失控：成型 “過(guò)程失調(diào)”

1. 溫度參數(shù)不合理

• 料筒溫度過(guò)低：熔體黏度增大（如 PA66 料筒溫度低于 240℃時(shí)，黏度從 500Pa?s 增至 1000Pa?s），流動(dòng)阻力大，補(bǔ)料困難，易形成縮痕；

• 料筒溫度過(guò)高：原料過(guò)度降解（如 PPS 超過(guò) 360℃時(shí)發(fā)生熱降解，產(chǎn)生小分子氣體），或揮發(fā)分增多（如 PA66 中的水分在高溫下汽化），導(dǎo)致氣泡；

• 模具溫度過(guò)低：型腔表面冷卻過(guò)快，熔體在接觸型腔壁后迅速固化形成 “硬殼”，內(nèi)部熔體收縮時(shí)無(wú)法突破硬殼補(bǔ)料，形成縮痕（某測(cè)試顯示，PA66 模具溫度從 80℃降至 40℃，縮痕深度從 0.1mm 增至 0.3mm）；

• 模具溫度過(guò)高：冷卻周期延長(zhǎng)（超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 50% 以上），厚壁區(qū)域收縮時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，內(nèi)部易產(chǎn)生真空氣泡。

2. 壓力與速度參數(shù)失衡

• 注射壓力不足：無(wú)法推動(dòng)熔體充分填充型腔末端，或補(bǔ)料階段壓力無(wú)法抵消材料收縮（如 PA66 成型壓力低于 80bar 時(shí)，補(bǔ)料效率下降 40%）；

• 保壓壓力與時(shí)間不足：保壓是彌補(bǔ)冷卻收縮的關(guān)鍵，保壓壓力低于注射壓力的 60%（如注射壓力 100bar，保壓＜60bar），或保壓時(shí)間短于冷卻時(shí)間的 1/3，會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)料不足；

• 注射速度過(guò)快：熔體在型腔內(nèi)流動(dòng)時(shí)卷入大量空氣，且高速流動(dòng)產(chǎn)生的 “剪切熱” 使局部溫度驟升，加劇氣體膨脹，形成氣泡；

• 注射速度過(guò)慢：熔體在流動(dòng)過(guò)程中提前冷卻，尤其在薄壁區(qū)域（厚度＜1mm）易形成 “流動(dòng)前沿凍結(jié)”，導(dǎo)致末端缺料和氣泡。

3. 原料預(yù)處理不當(dāng)

• 原料含水量過(guò)高：吸濕性塑料（如 PA66、PC）未充分干燥，水分在料筒高溫下汽化，形成氣泡（PA66 含水量超過(guò) 0.2% 時(shí)，氣泡發(fā)生率驟升 50%）；

• 原料中混入雜質(zhì)或回收料比例過(guò)高：雜質(zhì)（如金屬碎屑、灰塵）會(huì)阻礙熔體流動(dòng)，回收料（尤其是多次回收的料）因分子鏈斷裂，收縮率不穩(wěn)定，易加劇縮痕；

• 色母粒分散不均：色母粒與原料相容性差，或混合不充分，會(huì)在熔體中形成 “局部高黏度區(qū)域”，影響補(bǔ)料，導(dǎo)致縮痕。

（三）材料特性影響：成型 “先天局限”

1. 高收縮率材料的固有缺陷

不同塑料的收縮率差異顯著，收縮率越高的材料，越易出現(xiàn)縮痕：

• 高收縮材料（PA66、ABS，收縮率 2%-3.5%）：冷卻時(shí)體積變化大，若補(bǔ)料不及時(shí)，必然形成縮痕；

• 低收縮材料（PPS、LCP，收縮率 0.5%-1.5%）：縮痕風(fēng)險(xiǎn)低，但因熔體黏度高（如 LCP 在熔融態(tài)黏度仍達(dá) 200Pa?s 以上），易卷入氣體形成氣泡。

2. 熔體流動(dòng)性差異

熔體流動(dòng)速率（MFR）低的材料（如 PPS，MFR＜10g/10min），在型腔內(nèi)流動(dòng)阻力大，尤其在復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如多加強(qiáng)筋、細(xì)孔）處易出現(xiàn)流動(dòng)不暢，導(dǎo)致補(bǔ)料不足和氣泡；而 MFR 過(guò)高的材料（如 ABS，MFR＞30g/10min），冷卻時(shí)收縮過(guò)快，也會(huì)增加縮痕風(fēng)險(xiǎn)。

（一）模具優(yōu)化：從 “源頭” 改善成型條件

1. 優(yōu)化壁厚與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

• 采用 “等壁厚設(shè)計(jì)”：將殼體各區(qū)域壁厚差異控制在 30% 以內(nèi)（如主體壁厚 2mm，螺絲柱壁厚≤2.6mm），厚壁區(qū)域通過(guò) “減料筋”（厚度 0.8-1mm 的加強(qiáng)筋）替代實(shí)心結(jié)構(gòu)，減少收縮量；

• 圓角過(guò)渡：在壁厚突變處設(shè)置 R≥1mm 的圓角，避免熔體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生 “死區(qū)”，改善補(bǔ)料通道；

• 增加 “溢流槽”：在熔體流動(dòng)末端（如殼體邊緣、螺絲柱頂部）設(shè)置容積為型腔 1%-3% 的溢流槽，容納多余熔體和氣體，減少氣泡和縮痕。

2. 優(yōu)化澆口與排氣系統(tǒng)

• 澆口位置：將澆口設(shè)置在厚壁區(qū)域附近（如螺絲柱旁、殼體中心），確保厚壁區(qū)域優(yōu)先填充且補(bǔ)料充分；大面積殼體采用多澆口（如每 50mm×50mm 設(shè)置 1 個(gè)澆口），縮短熔體流動(dòng)距離；

• 澆口尺寸：根據(jù)材料流動(dòng)性確定，PA66、ABS 等流動(dòng)性好的材料，澆口直徑為壁厚的 0.8-1.2 倍；PPS、LCP 等流動(dòng)性差的材料，澆口直徑為壁厚的 1.2-1.5 倍；

• 排氣系統(tǒng)：在分型面、熔體流動(dòng)末端設(shè)置排氣槽，深度按材料特性調(diào)整（如 PA66 取 0.04mm，PPS 取 0.06mm），寬度 5-10mm；在滑塊、頂針等活動(dòng)部件處設(shè)置 “排氣間隙”（0.03-0.05mm），避免氣體滯留。

（二）工藝參數(shù)調(diào)整：從 “過(guò)程” 控制成型質(zhì)量

1. 溫度參數(shù)優(yōu)化

• 料筒溫度：根據(jù)材料熔點(diǎn)和流動(dòng)性設(shè)定，PA66 控制在 240-280℃，PPS 控制在 300-340℃，LCP 控制在 320-360℃，避免過(guò)高導(dǎo)致降解或過(guò)低導(dǎo)致黏度增大；

• 模具溫度：采用 “梯度控溫”，厚壁區(qū)域模具溫度比薄壁區(qū)域高 10-20℃（如 PA66 殼體主體模具溫度 80℃，螺絲柱區(qū)域 90-100℃），減緩厚壁區(qū)域冷卻速度，便于補(bǔ)料；

• 熱流道溫度：比料筒溫度高 5-10℃，確保熔體在流道中不提前冷卻，保持良好流動(dòng)性。

2. 壓力與速度參數(shù)優(yōu)化

• 注射壓力：根據(jù)材料和結(jié)構(gòu)設(shè)定，PA66、ABS 等材料注射壓力 80-120bar，PPS、LCP 等材料 120-160bar，確保熔體充滿型腔；

• 保壓參數(shù)：保壓壓力為注射壓力的 60%-80%，保壓時(shí)間為冷卻時(shí)間的 1/3-1/2（如冷卻時(shí)間 20s，保壓 6-10s），厚壁區(qū)域適當(dāng)延長(zhǎng)保壓時(shí)間（增加 2-3s）；

• 注射速度：采用 “分段調(diào)速”，填充初期（型腔 1/3 前）低速（20-30mm/s），避免卷入空氣；填充中期（型腔 1/3-2/3）中速（40-60mm/s），確保流動(dòng)穩(wěn)定；填充后期（型腔 2/3 后）低速（10-20mm/s），便于排氣；高黏度材料（PPS、LCP）適當(dāng)提高速度（50-70mm/s），低黏度材料（PA66、ABS）降低速度（30-50mm/s）。

• 
  

3. 原料預(yù)處理強(qiáng)化

• 干燥處理：吸濕性材料按標(biāo)準(zhǔn)干燥（PA66：80-100℃，4-6h；PC：120℃，2-4h），含水量控制在 0.05% 以下；

• 原料混合：色母粒添加比例≤5%，采用高速混合機(jī)（轉(zhuǎn)速 1000-1500r/min）混合 5-10min，確保分散均勻；回收料比例≤30%，且需與新料充分干燥混合；

• 雜質(zhì)過(guò)濾：在料筒與噴嘴之間安裝 100-120 目過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾原料中的雜質(zhì)，避免堵塞澆口。

（三）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與持續(xù)改進(jìn)

1. 過(guò)程檢測(cè)

• 每生產(chǎn) 100 模抽樣檢測(cè)，通過(guò) “三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x” 檢測(cè)殼體壁厚均勻性（偏差≤0.1mm），“光學(xué)顯微鏡” 觀察縮痕深度（≤0.1mm 為合格）和氣泡大?。ㄖ睆健?.2mm 且每平方厘米≤1 個(gè)為合格）；

• 采用 “熔體流動(dòng)速率儀” 定期檢測(cè)原料 MFR（偏差≤10%），避免原料性能波動(dòng)導(dǎo)致缺陷。

2. 失效分析與優(yōu)化

• 對(duì)缺陷品進(jìn)行 “切片分析”：通過(guò)金相切片觀察縮痕與氣泡的位置、形態(tài)，判斷是補(bǔ)料不足（縮痕對(duì)應(yīng)內(nèi)部致密）還是氣體滯留（氣泡內(nèi)壁光滑）；

• 結(jié)合 “模流仿真”：利用 Moldflow 等軟件模擬熔體流動(dòng)、冷卻過(guò)程，定位澆口、排氣、壁厚等設(shè)計(jì)缺陷，指導(dǎo)模具優(yōu)化（某廠商通過(guò)模流仿真，將縮痕率從 25% 降至 5% 以下）。

（一）PA66 連接器殼體縮痕問(wèn)題解決

某廠商生產(chǎn)的 PA66 連接器殼體（主體壁厚 2mm，螺絲柱壁厚 4mm），縮痕率達(dá) 30%，主要問(wèn)題：

1. 模具缺陷：螺絲柱區(qū)域無(wú)單獨(dú)澆口，熔體流動(dòng)距離長(zhǎng)（80mm），補(bǔ)料不足；模具溫度均勻（60℃），螺絲柱冷卻過(guò)快；

2. 工藝問(wèn)題：保壓壓力 50bar（注射壓力 100bar，僅 50%），保壓時(shí)間 5s（冷卻時(shí)間 20s，僅 25%）。

改進(jìn)措施：

• 模具：在螺絲柱旁增加 1 個(gè)直徑 1.5mm 的點(diǎn)澆口；螺絲柱區(qū)域模具溫度提高至 90℃，主體區(qū)域保持 60℃；

• 工藝：保壓壓力提升至 70bar，保壓時(shí)間延長(zhǎng)至 8s；注射速度采用分段（20→50→20mm/s）。

效果：縮痕率從 30% 降至 3%，合格率提升至 97%。

（二）PPS 連接器殼體氣泡問(wèn)題解決

某 PPS 連接器殼體（壁厚 1.5mm，帶 3 個(gè)細(xì)孔結(jié)構(gòu)），氣泡率達(dá) 25%，原因：

1. 模具缺陷：排氣槽深度 0.03mm（PPS 需 0.05-0.08mm），細(xì)孔附近無(wú)排氣；

2. 工藝問(wèn)題：料筒溫度 350℃（接近 PPS 降解溫度 360℃），注射速度 70mm/s（過(guò)快卷入空氣）；

3. 原料問(wèn)題：PPS 含水量 0.15%（超過(guò)標(biāo)準(zhǔn) 0.05%）。

改進(jìn)措施：

• 模具：排氣槽深度增至 0.06mm，細(xì)孔附近設(shè)置 0.05mm 排氣間隙；

• 工藝：料筒溫度降至 330℃，注射速度調(diào)整為 30→50→20mm/s；

• 原料：干燥溫度 120℃，時(shí)間 6h，含水量控制在 0.03% 以下。

效果：氣泡率從 25% 降至 2%，材料損耗率從 8% 降至 1.5%。

連接器殼體的注塑缺陷（縮痕、氣泡）本質(zhì)是 “材料收縮” 與 “熔體補(bǔ)料”、“氣體排出” 之間的平衡問(wèn)題。通過(guò)模具設(shè)計(jì)的 “等壁厚、優(yōu)澆口、強(qiáng)排氣”，工藝參數(shù)的 “控溫度、調(diào)壓力、穩(wěn)速度”，以及原料管理的 “嚴(yán)干燥、勻混合”，可系統(tǒng)性解決缺陷問(wèn)題。在連接器向微型化（壁厚＜1mm）、復(fù)雜化（多腔、多結(jié)構(gòu)）發(fā)展的趨勢(shì)下，需結(jié)合模流仿真與現(xiàn)場(chǎng)工藝驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn) “設(shè)計(jì) - 工藝 - 材料” 的協(xié)同優(yōu)化，從根本上提升注塑質(zhì)量。