XXXX塑模廠
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類別射出成型?塑膠製品翹曲原因及解決對策教育訓練教材
一、前言：
塑件成型後尺寸的歪扭即稱爲翹曲(warpage)，它直接與塑膠的收縮有關，亦即塑件的收縮增
大時愈容易發生翹曲。同時，塑件內若有異方向性質(anisotropicproperties)，例如某些充填物，
也會助長翹曲現象。此篇文章討論的目的是希望設計師及成型師在遭遇到因不均勻收縮引起翹曲
的問題時，提供一些解決的對策。
二、成品設計(partdesign)
因成品設計所引起的翹曲最令人棘手，因爲此時幾乎無法利用射出條件的控制來克服，所以
在設計成品時即須預防翹曲。因爲收縮(shrinkage)與塑件肉厚(wallthickness)成正比例的關係，所
以肉厚也與翹曲有關聯，也就是說肉厚必須均一才能提供均一的收縮，同一塑件肉厚不均必會導
致翹曲[經應力釋放(stress-relief)]或成型應力(molded-instress)。
下面為一些因肉厚不均勻導致成品翹曲的例子。
例1：
例2：
塑件有肋(rib)及boss時，由於模具中的熱傳狀況改變也會影響成品的幾何形狀。
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三、模具設計(molddesign)
在模具設計中，對於結晶性塑件，其與翹曲最有關聯性的乃是澆口(gate)位置。其因素有幾
種，包括塑膠本身的高收縮和異方向性等，後者乃是說塑膠流向方向(flowdirection)與其垂直方
向兩者之收縮程度不一樣。對於普通無充填料的結晶性塑膠，流動方向有較大的收縮，而垂直方
向只有前者的70%-98%(依澆口尺寸及肉厚而定)，肉厚愈薄差距愈小。另外，有加入玻璃纖維(glass
fiber)的強化塑膠與前述剛好相反，流動方向的收縮較其垂直方向小，這是由於纖維在流動方向
的排列方位(orientation)所致，至於說兩者收縮相差多少，相當難以指出(依肉厚、澆口尺寸、纖
維長度等)，一般平均差距50%左右(流動方向較小)，最好向塑膠供應商詢問以決定適當的收縮率。
從上面所討論的異方向性及因澆口位置而引起的排列方位問題來看，即使完美的成品也會受
這些因素影響而發生翹曲，例4,例5為普通的塑件，若是強化塑件剛好相反。
欲減低流動方位所引起的翹曲的修正方式，乃是給予塑流縱的流動。
例4：
例5(a)：
例5(b)：
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對於圓形塑件如例6所示，若中心有破孔時，其他種澆口也可得到均一的流動(例7、8所示)。
例6：例7：
例8：
玻璃纖維塑膠由於其異方向性程度頗大，例8所示的澆口系統有時也會因排列方位而引起輕
微的偏擺或翹曲。如果可能的話，採用環形澆口(ringgate)或盤形澆口(diskgate)。
與灌點有關係的另種翹曲形式乃是模穴內的壓力分佈狀況。可參考例6，而且假設圓盤塑件
具有均一肉厚。
請記住下面三件事：(1)翹曲乃是同一塑件收縮不均的結果。(2)壓力影響收
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縮(高壓低收縮)。(3)流動愈長，壓力愈小。
由上述之事可知，圓形塑件外緣的壓力比澆口部位小，所以外徑部位的收縮比澆口部位大(雖
然肉厚均一)。假如發生應力釋放必會產生翹曲。經由射出條件控制以使此塑件保持平坦的技術
乃是降低收縮率(亦即降低模具及塑膠溫度，並降低射出速度，提高射出壓力、周期及加大澆口
等)，如此即可將應力鎖住而保持塑件的正確形狀。
由上述之三原理，慾得此良好塑件的方式是使肉厚由中央較厚逐漸至外緣變薄，如此壓力損
失會減少，邊緣得到較有效的壓力，邊緣收縮率會減少，同時中央較厚処收縮率也會提高。
這樣導致第二個考慮，即盡量使壓力差最小，也就是把澆口置於最厚処。再提出控制收縮的
因素一次：肉厚愈厚之処收縮愈大，並且壓力愈高部位收縮愈小，因此若是澆口位於肉厚較薄部
位，此鄰近部位產生最大壓力，此部位收縮即會最小，而導致翹曲。總之，澆口必須位於肉厚較
厚部位，則此處有最大壓力，以使因肉厚不一而產生的收縮不一的收縮差減至最低。
最後，還須考慮到澆口大小，澆口大小不但控制了塑膠進入模穴的流量，並且控制了填飽塑
膠時有效的壓力傳遞。若澆口太小，可能在塑膠完全充滿前即凝固封死，這樣會減低有效壓力及
不適儅的填充(packing)而導致較大的收縮，成品除了尺寸較小外，高收縮也會擴大可能翹曲的傾
向。
其他在模具設計會遇到招致翹曲的情形是使用不同的模具材料。不同的材料熱傳性質不同，
假如靜側與動側使用兩種材料，具較低熱傳係數之材料，慾使其降至同一溫度時，時間較長；若
兩材料同時冷卻，則其模溫會較高，因此動靜側產生溫度差；既然模溫提高會提高收縮率，塑件
即會彎向較熱一側，其結果就是：翹曲。
例11所示為使用鋼鐵及鈹銅構成模穴的例子。
例11：
因爲鈹銅比鋼熱發散較快，雖兩側吸收相等的熱量，其模溫會較冷，要解決此情形乃是兩側
個別模溫控制，使兩側同時間內降至溫度一致，或是在鋼鐵側加冷卻管路以得到兩側平衡。
最後，有關模具設計的是模具散熱不均勻的問題，此情形可能是翹曲塑件的第二大要因，但
開模設計時常被疏忽。當模具一側傳熱比另一側快時即會發生熱傳不均問題，此情況視塑件幾何
形狀，及與樹熱脂接觸的鋼鐵而定，rib(肋)boss是溫度不均發生的主要原因。如例12及例13。
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例12：
例13：
“A”板有較大的散熱區
域，結果“B”較熱而引起更
多的收縮。
散熱不均使得一側趨向較熱一側，而且對於熱塑性塑膠當模溫提高時收縮增加，模具較熱一
側發生較大的收縮，伴隨的翹曲乃無法避免，要改善此情況有下列幾點：
(a)在需要散熱最多之処，提供更多的冷卻管路。
(b)利用熱傳能力之差距，在需要較大散熱部位使用高熱傳係數的金屬，例12
之動心可使用Be-Cu。
在玻璃纖維塑件之彎角処，纖維可能會形成捆成一束的現象，這些纖維沒有
正常流動方向的排列方位，由於非均等方向的收縮，發生向鄰近壁側扯拉的作用。
例14示此種可能性，例15&例16為改善情形。
例14：
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例15：例16：
塑件不適儅的頂出亦可能會引起明顯的翹曲，例如塑件有倒勾(undercut)時，或是頂出系統精
度差時。
四、射出條件(moldingconditions)
射出條件會影響翹曲，因此我們必須知曉影響成型塑膠及其後收縮行爲的各種機器操作條件
(功能)，逐一於下面説明。
(A)射出速度：射速主要以澆口大小為關聯的基礎；但是，若澆口是正確時，還是盡可能快速注
射的好，快速注射保證在模穴內的塑膠溫度均一，而有均一的收縮。
(B)模具溫度：對於慾獲得最佳的塑件性質或表面光澤度來講，模溫較高較好；如此，塑件冷卻
會較慢，成型壓力較易釋放；但這會導致翹曲的傾向發生(假若因塑件形狀而發生不均勻的
收縮)，若是這樣，模具溫度須降低以抑制收縮。
模溫可降低至塑件不會有“因應力釋放而翹曲＂的狀況(無論在後收縮或裝配使用時)。
假如塑件要在高溫環境中使用，建議下面的試驗：使用一小批量在80~90℃溫度，經過10~12
小時在慢慢冷卻至室溫，若發生翹曲，表示當初的模溫太低；逐一調高模溫再重復上述的試
驗，直到塑件仍保持平坦的模溫爲止。
(C)塑膠溫度：料溫設定至高到足以均勻熔融塑膠爲止，若料溫太低，未完全熔融，會發生收縮
不均而導致翹曲(壓力傳遞不均)。
相同的情況也會發生於料筒內有局部性的過熱，或機台容量(capacity)太大，
因此必須檢查有否塑膠滯留之処，並且射出容量不要超過機器的75%以上。
(D)成型周期：冷卻太短，塑件未冷卻到足夠的結構性穩定時，即有導致頂出變形的麻煩，更由
於時間的縮短，後收縮率將會跟隨應力釋放而較大，當應力釋放時，任何不均的收縮將導致
翹曲。
射出機的活塞(ram)前進時間太短亦會導致翹曲問題，若澆口未封閉前退回，塑膠會從模穴
倒流，模穴內低且不均勻的壓力引起較大且不均勻的收縮。
(E)射出壓力：射壓低則收縮率大，除了尺寸變小且易變動外，若此塑件本身就有益於產生收縮
不均的傾向，則此增加的收縮率會擴大翹曲的發生。另方
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面，太高的射壓，會導致模穴內局部性的充填過飽，引起收縮不一及可能的翹曲。
模具設計或射出條件所引起的翹曲有時可藉退火或夾具加以矯正，但因成品結構所引起的翹
曲，藉退火會更糟。因此，必須強調的一件事是：成品須經良好的設計以預防翹曲，使得成
型時可以矯正。
下列為引起塑件翹曲的原因及其對策一覽表。
原因對策
1、成品設計
A、肉厚變化心型加大肉厚。
B、肋及boss採用塑膠廠商提供的推薦肉厚。
2、模具設計
A、澆口位置
(1)流動方位澆口置於使塑膠具均一排列方位之処。
(2)壓力分佈澆口置於肉厚較厚之処。
B、澆口大小加大或減小澆口，澆口太小提早封閉，太大會局部性過渡充填，
然而一般是大澆口比小澆口較好。
C、模具材料使用能均一散熱的材料。
D、散熱不均必要時擴充較多的冷卻管路，使用不同的材料。
3、射出條件
A、射出速度在可容許範圍內最快速。
B、模具溫度調整至適合範圍，模溫較高則增大收縮，應力釋放及翹曲；較低
溫則產生成形應力。
C、塑膠溫度確定塑膠熔融均勻，不均則收縮不均，料溫太低會有不適當的壓
力和/或不均勻的收縮。
D、成型周期保持射出時活塞前進時間夠長到澆口封閉爲止，全部周期須夠長
到頂出時塑件能保持結構的穩定
E、射出壓力在充填良好的條件下，盡量降低壓力，但壓力過低會引起過大的
收縮，射壓太高會導致局部性的過渡充填。
成品及模具設計時的關鍵項目。
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