热流道喷嘴和浇口的种类特点及其选择

本文介绍了热流道注射模喷嘴和浇口的种类，对它们的选择作了一些分析讨论。选择喷嘴品种，实质上是选用浇口的形式。热流道喷嘴上的浇口是由冷流道系统的浇口演化而来，在塑料熔体充模流动中，它起到调节流量的作用。浇口处于热流道系统和冷型腔的交界面上，在每个注射周期中，在塑料熔体注射充模和保压的时间内，浇口要开启畅通；在塑料制品冷却期间，浇口则完全闭合。喷嘴和浇口的选择，不但决定了注射成型生产的稳定性，还关系到塑料制件的质量。

1. 单喷嘴和多喷嘴

单喷嘴用于一模一腔的注射模，也是电加热的主流道。针阀式单喷嘴如图1所示，它的流道要绕过驱动阀针的气缸，因此结构复杂，体积较大。此外，单喷嘴的浇口也可以是各种开放式结构。

图1 针阀式单喷嘴

图2所示单喷嘴的浇口是大直径倒锥，是大流量的开放式浇口，被称为主流道型浇口，也称直接浇口、直浇口，俗称大水口。塑料熔体流经大浇口时的压力损失较小，故300 mm以上的长喷嘴用这种浇口为好。如果用于一模多腔的注射模，下接冷流道-多浇口，这种混合式的浇注系统容易在注塑件上产生流动痕等缺陷。

图2 主流道型浇口的单喷嘴

见图1和图2，单喷嘴的输入端与注塑机的喷嘴头压合时，射入高压高温的塑料熔体，在两者的贴合面上，必须防止熔料泄漏和反喷。单喷嘴的凹坑的球半径，必须大于注塑机喷嘴的球面半径。单喷嘴的入口流道直径，必须大于注塑机的喷嘴直径1mm左右。而且，该单喷嘴的主流道杯零件要有足够的硬度和强度，能够抵御注塑机喷嘴的挤压。此主流道杯零件要与喷嘴和模具联接牢固可靠，不能松动。

图3 针阀式多喷嘴

图4 针尖式多喷嘴

多喷嘴也被称为分喷嘴，见图3～图8所示。多喷嘴用于一模多腔，或一模一腔的大型注塑件，有流道分叉和多个浇口。此种多喷嘴的注塑模具，有热流道系统的电加热流道板（或称分流板）。多喷嘴的输入端平面，与流道板贴合，防止熔体泄漏。多喷嘴的浇口可以是各种开放式结构，也有针阀式的多喷嘴，见图3所示。

2. 针阀式和开放式喷嘴

热流道的浇口形式大致可分为针阀式和开放式两种，开放式中又可分为直接式(大水口)、针尖式和侧孔式浇口。针阀式喷嘴采用机械闭合，而开放式喷嘴属于热力闭合。热流道浇口对熔体注射有热工阀的功能，实行周期性的开合。

图3是装在流道板下的针阀式多喷嘴。它的阀针穿过流道板，由安装在定模固定板上的气缸驱动。针阀式浇口适用的塑料品种，基本上无限制。塑料熔体在喷嘴中有较大压力降，过长的阀针在熔体压力下容易失稳。针阀式喷嘴使用需要液压油或压缩空气驱动，需要与注塑机的操作信号相联接。对于多个针阀式喷嘴，能按程序控制各个喷嘴打开和关闭，可使熔合缝转移到最优位置；也可实现在料流前锋打开喷嘴，成功地消除熔合缝。如图3所示针阀式喷嘴，浇口关闭由仪表控制，气缸执行，保证有合适的注射保压时间，而且浇口的痕迹又小，为模具设计师所乐意采用，近年来有应用扩大的趋势。针阀开合可靠，但需注意到针阀式喷嘴结构复杂，价格昂贵。

表1 塑料流动性决定喷嘴的最大注射量

图4是开放式多喷嘴的针尖式浇口，适用于热流道板下有两个或两个以上喷嘴的热流道注射模。浇口在定模板上，由模具工场加工浇口孔。喷嘴口有导流梭，中间镶有导热良好的铍铜，提高浇口中央的熔料温度。在注塑件表面上只有微小针点痕。浇口附近又有冷却水管，冷却充分。浇口区的温度较低，适合于无定形的ABS、PS和PMMA等塑料，和慢结晶固化PE和PP等塑料。但喷嘴的射出量较小，见表1。

3. 开放式喷嘴的浇口

开放式喷嘴的浇口在注射充模的过程中，既是节流阀，又是热工阀。塑料熔体是对压力、温度和流动剪切速率敏感的物料。浇口区域的温度取决于浇口结构零件的导热性，取决于浇口内塑料绝热皮层的利用，它们都将影响开放式浇口的启闭。

图5 侧孔式多喷嘴

图6 改进型侧孔式多喷嘴

3.1 浇口在模板上的喷嘴

图5所示为开放式多喷嘴的侧孔浇口。没有浇口套，浇口在定模板上，由模具工场加工浇口孔。浇口区的温度较低，在注塑件表面上只有微小针点痕。侧孔式与图4所示的针尖式浇口相比，塑料熔体从流道中，经锥尖上2～3孔中涌射，流经浇口的压力损失较小。而且在锥尖的浇口孔里壁，能形成绝热皮层。因此，浇口区的温度和充许注射量比针尖式浇口高些，比较适合熔体注射温度较低的ABS、PMMA、PE和PP等塑料。

图7 有浇口套针尖式多喷嘴

图6所示为图5侧孔式多喷嘴的改进型。侧孔管尖材料的导热性较好，喷嘴的浇口零件装拆较方便，侧孔管尖上有不锈钢套，使它温度稳定，但注射量比前者小些。浇口在定模板上，浇口区的温度较低，在注塑件表面上只有微小针点痕。比较适合熔体注射温度较低的ABS和PE等塑料。

图8 有浇口套主流道型多喷嘴

在一模多腔注塑模中，如果有十几个以上侧孔式或针尖式分喷嘴，浇口孔又都在定模板上。那么这些喷嘴的安装误差，加上喷嘴两个方向上的热膨胀量不一致，故很难保证这些针尖和浇口的尺寸精度和位置精度。尤其是1mm左右的点浇口，很难做到每个顶尖与浇口型腔面平齐。所造成的误差会影响对各型腔的平衡浇注。

3.2 有浇口套的喷嘴

图7所示是开放式多喷嘴的针尖浇口。它有浇口套，起绝热保温作用，浇口区较为温热，浇口针尖和孔的精度有保证，注射浇口在注塑件表面上只有微小针点痕，但会在注塑件表面留下套圈压痕。适合无定形塑料ABS和PMMA等，尤其适合慢结晶的PE和PP等塑料。其安装调试方便，有较好的换色性能。

图8所示是开放式多喷嘴的直浇口。具有倒锥通孔的浇口套，除在注塑件表面留下套圈压痕外，会在注塑件上留下圆锥冷料柄，必要时需将注塑件倒置注射成型，热力闭合较为可靠，但浇口区温度过高时会有拉丝或流涎可能。适合大多数塑料品种，尤其适用PC等高黏度塑料及各种玻纤增强塑料，适用于大型厚壁深腔的注塑件，且适用于热流道和冷流道混合的浇注系统。

4. 热流道喷嘴的选择

喷嘴和浇口类型的选择，要考虑到各种塑料材料性能的影响、各种喷嘴产生的浇口痕迹及允许射出量。

4.1 塑料材料的影响

必须充分认识塑料的加工范围和热性能，才能准确和有效地控制热流道系统的浇口冻结时间，这对于浇口形式的选择尤其重要。首先认识温度对各种塑料形态的影响。从冷却固化期间塑料分子结构建立，热塑性塑料可分成两大组群。

一类是有无定形结构塑料，微观分子以粘结的连接形式保持着紊乱状态。PS、ABS、乙酸纤维素CA、聚苯醚PPO、PVC、PC、PSU和氟塑料等，是无定形塑料。除PVC和CA，其他材料加工温度范围都较宽。无定形塑料在固态和熔融的液态之间还存在着高弹态。如ABS，熔融流动温度为180～250℃，半流动的高弹态温度为110～180℃，它共有140℃的注射和保压的温度范围，加热和冷却期间黏度逐渐变化，注射成型收缩率小于1%，保压压力和时间的影响小。除PVC和PC外，允许浇口区有较低的温度。

另一类是结晶结构塑料，其分子链沿着已生成的晶核有序地折叠着，但其周围还是无定形结构，因此存在结晶度的高低。结晶型塑料有LDPE、HDPE、PA、POM、PET、PBT和聚苯硫醚PPS等。定义注射保压的温度波动范围较窄，需严格控制流道板和喷嘴的温度。注塑件固化时，快速地经过结晶温度。冷却结晶需模具携走较多热量，模具温度涉及结晶程度和制品质量，有较大注射成型收缩率，需防止浇口过早冻结，使得保压压力和时间不足。需较高温度的“温热”浇口区。

结晶型塑料需温度较高的浇口区，以保证对型腔中塑料补缩，可应用有浇口套的完整喷嘴，见图2、图7和图8所示。浇口用含铬量较高的不锈钢制造，此零件被称为绝热浇口套。有的用钛合金制造，以减少冷模板对浇口的热传导。

大多数结晶型塑料的加工温度范围小于60℃，其中快速结晶固化的有POM和PA等，加工温度范围小于30℃，如PA66塑料的加热温度255～285℃。比起慢结晶的PE和PP，在浇口区需要更高些温度，以采用针阀式喷嘴为好。在采用热力闭合的开放式浇口时，以有浇口套的整体式喷嘴为好。

4.2 浇口痕迹的影响

使用如图2和图8所示直接式喷嘴，在塑料制品上会留下圆锥柱状的残留料柄。此浇口痕迹留于制品的外表面，残料高大且必须切割。如果要留在内表面，则模具用倒装结构。要考虑脱模机构在定模是否可行，还要考虑切割浇口料柄是否可能，而且发生浇口流涎和拉丝的可能性最大。常用浇口直径2.7～10 mm，适用大注射量的各种塑料。直接式喷嘴的特点是流经浇口的压力降最小，适合如PC等高粘度塑料加工。采用主流道型热喷嘴和冷流道-浇口的混合浇注系统，使喷嘴离开制品型腔有较长的距离，有利于提高浇口区温度。

如图4～图6侧孔式和针尖式喷嘴，常见浇口直径1～3mm。中央有导流梭针尖防止熔料垂滴和拉丝。较大口径的浇口，有利于熔体流动充模,也可提高圆锥针尖的强度；较小口径浇口，在制品上留下痕迹更小，浇口痕迹很难察觉。

针尖式浇口内有导流梭，注射截面为圆环隙，所产生的剪切应力最大，会导致温度上升和熔体塑料分子结构的降解，造成分子链断裂。高黏度塑料如PC，和经改性充填的高黏度塑料被限制使用。而且针尖式喷嘴的除污去垢很费力，熔体容易被滞留，使着色更换困难。PVC和POM及含阻燃剂的塑料不宜使用。

有浇口套的喷嘴，由于喷嘴轴线方向浇口套和定模板的热膨胀不一致，会在注塑件留下浇口套的圈印。

如图1和图3所示，使用针阀式喷嘴在注塑件上无浇口残料,但会在制品上留下阀针头的痕迹。浇口直径2～8mm，不太适用仅几克的少量注塑。

4.3 喷嘴的射出量

在注射温度下品种繁多的塑料熔体的黏度相差很大。高黏度的塑料熔体流经流道和浇口时的压力损失较大。采用针尖式或针阀式喷嘴时，要考虑到在喷嘴的浇口流程中有较大的压力降。在窄小和过长的流道中会有黏性发热，使塑料熔体温度升高，会使塑料降解变色。而低黏度的塑料熔体容易泄漏。

从塑料熔体的黏度，以喷嘴的最大注射量选择浇口类型，见表1所列。直接浇口允许中等黏度物料1～2kg，针尖式仅100～200g。针阀式浇口介于两者之间。

选定浇口类型后，参照热流道公司的产品目录，初步拟定喷嘴的种类。再进一步确定热流道喷嘴流道直径和浇口结构尺寸。