热流道系统

热浇道系统简介

现时常见的热浇道系统，主要由分流板、热咀和温度控制器三大部份组成。热浇道系统是透过精密的温控手段，将熔融塑料通过精密设计的分流板和热嘴，直接输送至模腔里，其好处包括：有效减低浇道的压力；熔体的流动性得到提高；材料密度均匀；产品的内应力减少，使产品获得较小的变形、较好的产品表面质量和力学性能。热浇道系统的另一特点，是热嘴直接将熔融塑料注入模腔内，在脱模的过程中，浇口自然断开，消除了传统注塑工艺带来的浇道废料，除免去处理浇道废料的后加工工序外，更消除了废料所带来的附加热量，缩短冷却时间，获得更快的生产周期。

热浇道技术已成熟

要获得理想的注塑效果，热浇道需要确保其内的塑料熔体在注射、保压和冷却阶段保持正确的温度。最早期的热浇道系统，在温度控制上未臻完善，随着后期的逐步改良，现时的热浇道技术已相当成熟。本文会简介热浇道的发展简史和其基本结构，希望加深读者对这方面的认识。

绝缘式浇道系统（insulated Runner System）

绝缘式浇道系统于50年代出现，是最早期的热浇道系统，其工作原理是昨用塑料本身极低的热传递系防止热量散于失于模板中，以保持塑料的熔融状态。在浇道的设计上，口径尽量加大，以使浇道中央的塑料在首次充填后，借着塑化材料不断地流通而保持熔融。至于浇道最外层接触模板的塑料，会因遇冷而凝结成固化层，在固化层中间就是不断流通的塑料通道。一旦形成固化层，在熔融塑料与模板间会产生不错的绝热效果，足以确保熔融塑料在快速连续地生产 下不致发生浇道全面凝结。但是只要有任何短暂的生产停顿，还是不能避免整条浇道的固化。

绝缘式浇道难于控制熔融塑料温度

这种原始的热浇道系统难于控制熔融塑料的温度，导致浇道冷凝与浇口阻塞的现象不断发生。为了解决此问题，就有了热探捧（Heat Probe）的出现，即在浇口前的通道中，加装一支管形加热器，藉此控制熔融塑料的温度，同时，浇口的控制、成品的顶出均获得改善。事实上，早期的绝热式浇道系统只适用于低黏度塑料，随着高黏度及成型性较差的工程塑料的不断出现，对流动通道中熔融塑料的温度控制也越重要，所以又衍生出歧管式浇道系统。 歧管式浇道系统（Distributor Tube System）

为了增加塑料的流动性，将管形加热器（Cartridge Heater）装在一条长钢管内，并置于主浇道中，再连接简单的控制器，藉此控制主浇道以及所有通道的温度。这种歧管式浇道最常见的问题，是在主浇道两端用以支撑加热器的区域，以及热探棒通道彼此相衔接处，出现塑料滞留。

此外，塑料在主浇道中，由加热管附近的高流动性，到浇道外壁的不流动，这种黏度变化，对工程塑料以及易自行分解塑料的使用，造成极大的限制。另外，管形加热器的热膨胀也会引起模具的扭曲。这类无浇道系统的特点，是模具的厚度不会增加太多，同时，热探棒、浇口的间距小，各模腔间的距离也可拉近。

独立式直流分歧浇道板系统（分流板）（Manifold） 这种利用一块独立的加热浇道板，让熔融塑料经由其中的通道，直接进入温度受控制的热嘴（Hot Tip）的设计，是现时最普通采用的系统。这块分流板能非常稳定、顺畅地将熔融塑料送入模腔中，而不会造成任何滞留。有人称这种系统是一种100%的传送系统，因为其内设计的浇道大小，均刚好能配合热嘴。借着熔融温度与射出压力，此系统能将通道内的塑料完全填至每一模腔，不会有大量塑料滞留的现象发生。同时，分流板和热嘴，对熔融塑

料而言，只是从注塑机到模腔的一个辅助保温系统，甚至可以将其理解为注塑机加热管的延长。一般的分流板可分为I型、Y型、H型和口型。由于分流板已成为热浇道系统的标准组件，故以下将集中讨论这种设计及与其配套的组件。 内热式和外热式热浇道系统

热浇道系统可以采用内部加热或外部加热两种方法，使流道内的塑料保持在熔融状态。内部加热意即在流道中装设加热组件（就像在绝缘式浇道系统中加装热探棒），但这种方法会阻碍熔融塑料的流动，而且在熔融塑料的最外围与金属管壁接触处，会形成一层温度较低的薄膜。

外热式热浇道系统适用于工程塑料

外部加热方法则装设围绕浇道外围的发热线或加热器（在分流板及热嘴上都可以采用），其好处是流道内阻力减少，加热更为均匀，消除了塑料流动路径上的盲点。这些盲点可引致塑料和着色剂的滞留，使对温度十分敏感的塑料不能畅通地流过，也会令塑料的颜色产生变化。事实上，由于其热控制较佳，故外热式适用于大部份工程塑料。 固定式和互换式

根据发热线的定置方法，外热式热浇道系统又分为固定式和互换式两大类。前者的发热线或加热器是熔焊在管壁上，由于设计上的紧密接触，令热传递的效率较好，发热线一般都有80%的面积接触管道，控制温度的反应非常灵敏，缺点是价钱昂贵，而且当发热线烧毁或热嘴被弄断时，便需要更换整个部件。至于互换式，其发热线可替换，使用上较灵活简便，但发热管与管壁的接触只有24～40%，热传递效率较为逊色。

热嘴的应用，在于对熔融塑料提供维持温度的功能，好让塑料顺利被送入特定的模腔中。可以说将塑料的熔融状态或条件保持，并延伸直至模腔，是这种热嘴的最大特点，也是它的功能。其于如下理由，采用热嘴后成品的品质将会大幅改善： ·提高模腔的填充效益

·不管在温度或压力上，均有较佳的控制

·由于保压能力的改善，成品的尺寸更为稳定 ·浇口获得适度的控制

·消除了直接浇口在浇口处留下的极大痕迹与瑕疵

·多腔模具的模具平衡大为改善

以上六点也可视为是热嘴的特点，最重要的是，不管任何形式、任何设计的热嘴，都不能视其为一个额外的塑化区。换句话说，热嘴并不能将由注塑机射嘴出来，未达熔融温度、未完全塑化的塑料提升到其所需要的熔融条件，否则，热嘴的所有特点均将全面消失，同时会引致模腔填充以及模具功能上的许多问题。

热嘴分为多种形式

根据控制浇口的方式，热嘴可分为开放式（又称为热浇口）和活阀式（又称为热浇口）和活阀式（又称为阀浇口）两种。开放式的热嘴其嘴尖的注孔由始至终都呈开启状态，熔融塑料是否射出，主要依赖从注塑机而来的射胶压力，开放式热嘴本身无机制控制何时射出或停止射出塑料。其嘴尖（浇口）又可细分为热尖式浇口（Hot-Tip Gating）、热坚式浇口 （Thermal Sprue Gating）和侧式浇口（Edge Gating）等几大类。现分别简介如下： 热尖式浇品（Hot-tip Gating）

热尖式浇口适用于容许在注件表面或底部有细小浇口残馀的产品设计。浇口残馀的长度受浇口直径和阀面（Land）、浇口范围的冷却，及所受用的物料所影响。热尖式浇口适用于多种塑料，其最大浇口直径一般为3mm。浇注很小的零件时，可考虑采用多头式热尖式浇口（Murlti-tip），此时一个热嘴可有多达4个喷头，同一时间浇注4个注件。若需要更大的浇口直径，循环时间必受影响，故建议采用针阀式浇口代替。

热竖式浇口（Thermal Sprue Gating）

热竖式浇口适用于冷流道或产品表面上能容许有小许入水口残馀的注件。热竖式浇口是利用一个延伸式喷嘴尖造成模塑表面的一部份。于喷嘴内的倒转尖锥能有效令浇道废料自然断裂。至于直流道废料的长度则由浇口直径及所采用的物料而决定。热竖式浇口适用于非结晶和结晶塑料。

侧式浇口（Edge Gating）

如果不能在注件的顶部或内部出现浇口痕迹，便可采用侧式浇口，在注件的侧面灌入塑料。当模具打开，浇口被切断，所留下的浇道痕迹与冷流道相类似。这种浇注方法受许多因素限制，使用时必须详加考虑。 活阀式热嘴（Valve Gating）

活阀式热嘴是热浇道系统的发展趋势，此类系统可分为下列两大系列： 弹簧活阀

弹簧活阀是利用注塑压力去推动弹簧活塞，当受压塑料压向浇口 时，弹簧活塞便会自动后退让塑料顺利通过；当压力下降后，弹簧活塞便重返原来位置而将浇口关闭。此类系统虽然不需要任何外在动力，但时间日久，弹簧始终会出现疲劳及老化，当弹簧的弹力尽失，浇口系统便会失效。

液/气压控制活阀

另一设计是液/气压控制的热嘴。其工作原理是借着气动及液压系统去推动热嘴内的针阀的升降，当进行注射时，针阀会被拉后，塑料便能顺利地从热嘴流出；当注射完毕后，针阀被推向前，并将浇口全面封闭，防止塑料再度流出。此类系统适用于对外观要求很高的产品，其较大的浇口直径有效减低注塑件的残馀应力，及能以较低的射胶压力作出更有效的填充。另外，液/气压控制的针阀系统由于利用外置的液压或气动系统操控针阀的升降，故并无老化现象。虽然针阀亦会出现磨损，但只要在其上镀上钛合金涂层，便能有效延长针阀的寿命。

明显可见，以液/气压控制的活阀式热嘴能有效控制浇口的开合和塑料的流动，特别适合多模腔模具使用。在生产长而宽的大型塑料制品，如汽车保险杆时，便可借着针阀精确地控制流量及每个独立的热嘴的开合时间，得出更完美的注塑效果。有些生产商称这类系统为序列式活阀浇口（Sequenced Valve Gating）。此外，活阀式热嘴所形成的浇口为一点入水形式，完全无浇道废料形成，亦不会有任何拉丝现象，产品表面平滑美观，特别适合生产高质素的制品。

以上简单介绍了热浇道系统的发展历史，以及分流板和热嘴两个重要组成部份。事实上，要发挥热浇道系统的优点，尚有不少地方需要注意，以下会逐一介绍。

封合概念

在热浇道系统中，塑料流动时所经过的所有表面都要进行封合。经常发生泄漏的地方，就是热嘴与分流板之间的封合点。对于未有预压的热嘴（在未加温下没有得到实际封合），最容易发生泄漏。这一类系统在设计上留有冷间隙一冷间隙是指在室温下，在分流板与模板范围之内，各组件与总口径深度之间的间隙。在该系统升温至操作温度期间，这个间隙容许组件进行一定程度的膨胀。为了实现封合，这一操作温度必须达到，才能形成足够的压力，去承受将两个组件推开的注射力。带有冷间隙的热浇道系统如果未完全达到操作温度，就不会有足够的表面压力来防止泄漏。

其中一个解决办法是将一套片簧（disc spring）装在热嘴的底部。在该系统达到操作温度之前，这些片簧将分流板牢靠地封合在热嘴上；如果发生过热，片簧就会将过量的热力膨胀吸收掉，从而避免过量膨胀造成组件变形和泄漏。由于具有片簧的热嘴是经过[预先加压]的，即使冷启动（在该系统达到操作温度之前注射塑料）亦不会造成泄漏。换言之，弹簧设

计使操作范围更宽，减少人为错误造成的影响。

对称式系统

模具中增设了热浇道系统后，塑料需要在系统的圆环形管道中流动，因而增加了引致磨擦的面积，导致注塑压力的损失，其压力降有时甚至会增加三倍人之多，这因素限制了所能处理的浇注型腔的数目。

基本上，热浇道系统只是在注塑机的射嘴前增加了一些东西，目的是把熔融塑料分配到每个型腔中去。于是，每个型腔能否被灌满，取决于系统是不是对称和均匀地把塑料送到各个型腔中去。最好的方法是设计成喷嘴到各个型腔之间的距离相同，管道的尺寸一样。（此情况不包括采用液/气压控制的序列式活阀浇口，因为采用序列式活阀浇口的目的，是要独立控制每个热嘴的流量和开合时间。）

对于内热式和使用长条形加热器的系统来说，很难令塑料流过很多地方后，仍然能均匀地分配到各个型腔中去。如果系统是对称的，热嘴之前的集流腔中的长度都应一样，那么，塑料经过不同管道后，分配给每个型腔的份量都应一样。若为其它类形的系统，热嘴之前的集流腔的长度可能不同，造成在浇注时的不对称，分配到各型腔的塑料份量也不一样。例如汽车部件或大型家电产品的多浇口系统，则是典型的非平衡系统。有些产品的工艺还可能需要多个浇品按一定顺序开启。

并排式系统

并排式系统的特点是各集流腔和浇口的尺寸往往被人为地做成不相同，以产生不同的压力降，温度也被控制到不一样，以改变塑料的黏度。并排式的其中一个缺点是配件的互换性问题。由于各浇口和浇道管道的尺寸不同，故需要准备很多备用件，且一旦把零件装错位置，会引致注塑的问题。

管道尺寸的大小也是选择热浇道系统需要考虑的问题。每种塑料的流动性各不相同，性质也不一样，例如对温度十分敏感的塑料，通道应该安排为小头，以防止积聚。若塑料对剪切敏感，管道则应该选择大一些，以减少剪切作用。若用细一点的管道，有助改变颜色时，把上次残留的色料较快地冲洗掉，但若果太细，会使系统中的压力降大大增加，反过来影响注塑的效果。因此，在设计模具时，必须充份考虑这些因素。 不同的热嘴和浇口形式配合不同塑料

用户经常遇到的问题，包括：采用的是甚么类型的塑料？是多孔的？透明结晶的？或者是热塑性的？需要甚么种类的添加剂？它们熔化时的特性怎样？由于每一种热嘴和浇口形式对于某种特定的塑料都有一定的局限性，故必须细心挑选。

另一方面，某些对温度很敏感的塑料，必须要求热嘴能让塑料连续地喷射，以防止产品质量下降，任何盲点都会引起问题。橡胶塑料对喷嘴的表面光洁度有不同的要求，这是因为这些塑料的断裂特性及浇口痕迹；用透明结晶塑料时，需要在浇口处加热，防止塑料过早冷却；用多孔性塑料时，就需考虑浇口材料的凝固及防止在浇口出现隆起现象。 为了令浇口达到最佳效果，必须注意以下各项： 浇口强度

这问题和使用的塑料、热嘴的材料和系统的结构都有关系。如果热嘴的安装不稳固，用不了多久便产生磨损，引致注塑质量下降，同时也增加维修费用。 浇口冷却

能否保持浇口的质量，也和热嘴的嘴尖部位的冷却情况有关。一定要做到和保持热平衡，才能保证浇口的质量。

温度控制

在每一次注塑循环中，塑料流过热嘴的嘴尖时，会产生剪切力，使嘴尖的温度因而升高。因此，需要利用温度控制器，精确及迅速地对温度的波动作出补偿，以防止温度过高或过低，

使浇口质量变化。

选择温度控制器时，一定要考虑该系统是采用甚么类型的控制算法。例如比例一积分一微积分算法，此种系统对温度波动的响应比较协调，原因是这种算法是测量温度的变化率，并能预计何时温度会达到设定值，因此能减少热嘴的嘴尖温度过高和过低的现象。此外，还需考虑一旦发生故障时，系统是否能提供到有助解决问题的讯息。部分系统提供的讯息，并不是每个人都能明白的。

维持成型温度是热浇道的主要功能

热浇道系统上的温度控制是十分重要的一环。但不少用家都会误解热浇道系统是将塑料温度再度提升，但事实上，塑料经过螺杆的剪切加热，由固态转化为液态后，其成型温度已经确立，而热浇道系统的作用正是要将塑料的成型温度一直维持，而性能卓越的热浇道系统，能够在熔融塑料的温度出现变化时，即时作出补偿。

在实际应用时，由于一般工程塑料的成型温度均有10至20℃的上、下限，例如华南地区厂商经常采用的三种塑料：ABS（成型温度200～280℃）、PS（成型温度200～250℃）、LDPE（成型温度180～260℃）、HDPE（成型温度240～300℃），只要温度控制能在指定范围内，注塑制品的质量便会得到保障。当然，对于热敏感的塑料，如PVC、尼龙及含玻璃纤维的塑料，在采用热浇道系统时，其温度控制必须有极高的精确度，若温度太低便会呈现冷却及结晶；若温度过高则会导致变质分解等现象。 冷热浇道互相配合

有时，由于模子或注件很复杂，不能直接用热浇道注塑，便需要用冷、热结合的方法，即是用热浇道为冷浇道供料，冷浇道又为注件供料。这方法可大大地减少浇道的重量，且在分配塑料时能做到更均匀。

不同类型热浇道系统之比较 优点

·无水口料废品 ·循环时间较快

·较低锁模压力

·生产相同体积制品，较冷浇道的射胶量少 ·较短的开模行程

·决定浇口位置时较具弹性 缺点

·制造费用较高

·较多维修保养要求

·操作人员技术要求高

外部加热分流板，外部加热热嘴 优点

·较少压力降

·较少机会出现物料阻塞 ·熔融温度均匀 ·能彻底更换颜色 缺点

·为模具带来更多热量

·对浇口咀的控制较差 ·可能出现泄漏

外部加热分流板，内部加热热嘴

优点

·较少泄漏

·对浇口咀的控制较佳 缺点

·容易出现物料阻塞 ·较大的压力降 ·更换颜色较困难

内部加热分流板，内部加热热嘴 优点

·对浇口咀的控制较佳 ·较少泄漏 缺点

·容易出现物料阻塞和过热降解的机会 ·较大的压力降

·更换颜色较困难

三板式模具配合加热分流板，加热热嘴及冷浇道 优点

·可以增加单次射胶的模腔数目 ·制造成本较低 缺点

·产生水口料废品 ·循环时间较慢

热浇道系统不但能节省塑料，更有助提升注塑品质 歧管式浇道系统

分流板配合热嘴的设计，是现时最普遍采用的热浇道系统 把加热组件放置在熔融塑料通道内，称为内热式系统

把加热组件围绕在流道外围的方法，称为外热式系统。图中的发热线安置方法是固定式，不能更换

热嘴的主要功能是维持熔融塑料的温度 热尖式浇口 ，有些热嘴可有多达4个喷头 弹簧活阀是利用注塑压力去推动弹簧活塞

液/气压控制活阀利用外置的动力操控针阀的升降，具较大的浇口直径，有效减低注塑件的残馀应力

序列式活阀浇口适宜用来生产长而宽的塑料制品

为了令分流板和热嘴牢靠地封合，在热嘴底部装上一套片簧，即使冷启动亦不会造成泄漏 对称的设计能确保每个模腔都被灌满 多模腔设计

温度控制是热浇道系统重要的一环 利用热浇道系统，可以生产双物料注塑件

优点

·较少泄漏

·对浇口咀的控制较佳 缺点

·容易出现物料阻塞 ·较大的压力降 ·更换颜色较困难

内部加热分流板，内部加热热嘴 优点

·对浇口咀的控制较佳 ·较少泄漏 缺点

·容易出现物料阻塞和过热降解的机会 ·较大的压力降

·更换颜色较困难

三板式模具配合加热分流板，加热热嘴及冷浇道 优点

·可以增加单次射胶的模腔数目 ·制造成本较低 缺点

·产生水口料废品 ·循环时间较慢

热浇道系统不但能节省塑料，更有助提升注塑品质 歧管式浇道系统

分流板配合热嘴的设计，是现时最普遍采用的热浇道系统 把加热组件放置在熔融塑料通道内，称为内热式系统

把加热组件围绕在流道外围的方法，称为外热式系统。图中的发热线安置方法是固定式，不能更换

热嘴的主要功能是维持熔融塑料的温度 热尖式浇口 ，有些热嘴可有多达4个喷头 弹簧活阀是利用注塑压力去推动弹簧活塞

液/气压控制活阀利用外置的动力操控针阀的升降，具较大的浇口直径，有效减低注塑件的残馀应力

序列式活阀浇口适宜用来生产长而宽的塑料制品

为了令分流板和热嘴牢靠地封合，在热嘴底部装上一套片簧，即使冷启动亦不会造成泄漏 对称的设计能确保每个模腔都被灌满 多模腔设计

温度控制是热浇道系统重要的一环 利用热浇道系统，可以生产双物料注塑件

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