虎皮纹与熔体破裂的工艺窗口

参数速查表

一、缺陷形貌与成因区分

虎皮纹表现为制品表面垂直于流动方向的密集波纹，波长约 0.5–2 mm、深度 5–20 μm；熔体破裂则是更粗大的周期性竹节状或螺旋状畸变，间距可达 3–10 mm。两者本质都是熔体在浇口或流道窄截面处承受的剪切速率超过材料临界值。对 E-GLASS-CHOPPED 这类玻纤增强料，临界剪切速率通常落在 1×10⁴–5×10⁴ s⁻¹ 区间，玻纤含量从 20 % 升到 30 % 时临界值下降约 30 %。判断方法：把注射速度从 80 mm/s 逐级降到 20 mm/s，若波纹间距随速度线性变密，属虎皮纹（弹性湍流主导）；若在某速度点突然出现粗大畸变且不可逆，属熔体破裂（壁面滑移失效）。区分清楚再调参，否则容易在错误的温度区间反复试模。

二、注射速度窗口的确定

速度是首要变量。以 PPA-电镀-棒 为例，浇口截面 1.5 mm、壁厚 2.0 mm 时，速度 30 mm/s 对应剪切速率约 1.2×10⁴ s⁻¹，表面无可见波纹；升到 70 mm/s 剪切速率约 2.8×10⁴ s⁻¹，虎皮纹开始出现；90 mm/s 以上转为熔体破裂。实操中用“速度阶梯法”：固定熔体温度 270 ℃、模温 90 ℃，速度按 20/40/60/80/100 mm/s 五段做短射，取表面合格的最高速度再乘 0.8 作为生产上限。多腔模具要按最小浇口那腔定速度，不能按平均值。玻纤料还需注意速度过低（<20 mm/s）时玻纤取向不均，反而在熔接痕处出现浮纤，因此下限不宜低于 25 mm/s。

三、温度与压力的配合

熔体温度每升高 10 ℃，表观黏度下降约 8–12 %，临界剪切速率相应上移。PPA-电镀-棒 在 260 ℃ 时临界速度约 55 mm/s，290 ℃ 时可放宽到 75 mm/s，但超过 300 ℃ 易降解发黄，且电镀附着力下降。模温的作用是冻结波纹：模温 60 ℃ 时波纹深度约 15 μm，升到 90 ℃ 可压到 5 μm 以内。保压压力 40–60 MPa 足够，超过 65 MPa 对消除波纹无增益，只会抬高内应力，导致后续电镀起泡。背压控制在 5–10 MPa，过高会使玻纤断裂、长度从 0.3 mm 降到 0.15 mm 以下，影响强度。

四、材料与流道设计约束

E-GLASS-CHOPPED 与 C-GLASS-CHOPPED 的流动差异主要来自纤维长度与浸润剂，前者临界剪切速率约 3×10⁴ s⁻¹，后者约 2.2×10⁴ s⁻¹，同一模具换料时速度上限要下调 25 % 左右。流道方面，主流道锥度取 2–3°，分流道直径不小于制品壁厚的 1.5 倍（壁厚 2.0 mm 时取 3.0 mm 以上），浇口优先用扇形或潜伏式，浇口厚度取壁厚的 0.6–0.7 倍、即 1.2–1.4 mm，过薄会使局部剪切速率翻倍。排气槽深度 0.02–0.03 mm，避免困气叠加形成假性熔体破裂。模具表面抛光到 Ra 0.4 μm 以下可降低壁面滑移阻力，对抑制虎皮纹有直接效果。

五、试模验证与批量控制

试模按“温度优先、速度后调”的顺序：先定熔体温度 270 ℃、模温 90 ℃，速度从 40 mm/s 起，每次加 10 mm/s 观察表面，记录出现波纹的临界点。用 10 模连续短射确认窗口稳定性，波动超过 ±5 mm/s 说明温控或料流不稳。批量生产时每 2 小时抽检一次表面，用 20 倍放大镜测波纹深度，超过 10 μm 即降速 10 mm/s。换料、换色、换玻纤批次后必须重做速度阶梯，因为临界剪切速率对纤维含量和浸润剂敏感。记录每批的熔体温度、模温、速度、保压四组数据，形成工艺卡，避免依赖个人经验。

常见问题

Q：同一模具打 PPA 正常，换 E-GLASS-CHOPPED 就出虎皮纹，为什么？

A：玻纤料临界剪切速率比未增强料低 40–50 %，浇口处剪切速率不变但已越限，速度需从 60 mm/s 降到 35 mm/s 左右，同时熔体温度提高 10–15 ℃。

Q：提高熔体温度能消除熔体破裂吗？

A：只能部分缓解。温度从 260 ℃ 升到 290 ℃ 可使临界速度上移约 35 %，但超过 300 ℃ 会降解，根本办法仍是降速或放大浇口截面。

Q：模温对虎皮纹深度影响有多大？

A：模温从 60 ℃ 升到 90 ℃，波纹深度可由 15 μm 降到 5 μm 以内，因为高温下熔体松弛时间延长，波纹来不及冻结。

Q：浇口多厚合适？

A：取制品壁厚的 0.6–0.7 倍，壁厚 2.0 mm 时浇口 1.2–1.4 mm；小于 1.0 mm 时局部剪切速率翻倍，虎皮纹几乎无法避免。

Q：怎么快速判断是虎皮纹还是熔体破裂？

A：降速试验。速度降一半波纹明显变浅变密为虎皮纹；出现粗大竹节状且降速后仍残留一段为熔体破裂，需检查浇口与流道壁面。