气体辅助注塑成型：制程原理、模具设计、常见缺陷与替代方案

氣體輔助射出成型是一種先將塑料射入模穴至一定比例，再透過氣針或氣嘴導入高壓氮氣的製程。氣體會推開核心區域的熔融樹脂，形成中空通道，同時像內部保壓系統一樣補償體積收縮。
 

 

氣體輔助射出成型主要被用於下列目的：

• 降低厚肉區縮痕，例如把手、肋條、螺絲柱、結構樑
• 透過中空化降低成品重量
• 降低保壓需求，有時可連帶降低所需鎖模力
• 在特定厚壁結構中提升尺寸穩定性

 

 

塑料粒料 [1] 由料斗送入旋轉中的螺桿 [2]。當螺桿旋轉時，其螺旋葉片將粒料向前輸送，同時在剪切作用與料管加熱的共同影響下，粒料逐漸熔融，形成均勻的熔融樹脂。接著螺桿在外力作用下沿軸向前進，將熔膠經由射嘴與流道系統注入模穴 [3]。

 

當模穴充填至預先設定的比例後，熔膠射出會停止，或降低至受控的切換點。此時依照設定好的延遲時間與壓力曲線，透過氣體入口 [4] 導入加壓的惰性氣體。

 

氣體會優先沿著溫度最高、黏度最低的區域前進，通常位於熔膠流動的中心位置。隨著氣體推進，它會取代核心區的熔融樹脂，並將樹脂向模穴壁面方向擠壓。此過程不僅形成中空通道，同時在冷卻期間維持內部保壓，以抵銷材料收縮。
 

透過設計與配置氣體出口或溢料位置 [5]，可以在很大程度上引導並穩定中空核心的形成。這有助於控制被推移熔膠的流動方向、中空區的生成位置，以及中空通道幾何形狀在量產過程中的一致性。

 

 

氣體輔助射出成型常見的兩種作法，取決於目標是形成內部中空通道，或提升外觀面的貼模效果。
 

氮氣直接注入產品內部，形成中空核心並由內部提供保壓。此方法最常見，原因在於氣體會沿著溫度較高、黏度較低的路徑前進，當產品設計具備連續厚肉區時，較容易形成可預測的中空通道。

 

氣體作用於產品外表面，仍在模穴內進行。此作法是在模芯與產品背面之間形成很薄的氣體層，協助外觀面在樹脂冷卻時更貼合模具細節，提升外觀面定義。

 

 

氣體輔助射出成型屬於系統性製程，模具設計與氣體控制系統共同決定量產穩定性與重複性。

 

• 氮氣來源與供氣系統
• 注塑成型机
• 氣體壓力控制單元，用於設定射入壓力、保壓壓力、時序與安全邏輯
• 氣體導入介面，例如氣針、氣嘴或熱流道整合方案
• 模具密封與氣體流道設計，用於限制氣體路徑並管理排氣與釋放

 

 

1. 中空通道穩定性首先是幾何問題
   若氣體無法找到一致的路徑，量產結果容易漂移，可能導致氣體流動不均、充填不穩或局部強度不足。
2. 澆口策略需配合氣體路徑
   傳統保壓在澆口結冰後就難以再補償收縮，但氣體可透過中空通道持續施壓，即使澆口已關閉也能提供支撐。因此澆口位置與流動方向應讓最容易產生縮痕的厚肉區，能在表層固化前維持與穩定的氣體路徑連通，使壓力在關鍵時間點持續作用，降低縮痕風險。
3. 冷卻平衡仍是翹曲控制關鍵
   氣體保壓可更有效把壓力傳遞至厚肉區，通常能以較低內應力達到收縮補償，有助降低翹曲與尺寸漂移。但前提是冷卻必須均衡，若某一側或某一區域提早結冰，仍會因差異收縮而產生翹曲，即使使用氣體保壓也無法完全避免。
4. 排氣與氣體釋放需事前規劃
   開模時氣體會透過縫隙逸散，應視為需要受控管理的介質，而非事後補救項目。

 

 

氣體輔助射出成型通常在產品設計允許形成穩定中空通道，且厚肉區具有功能目的時效果最佳。
常見應用類型包含：

• 把手與握柄結構
• 需要剛性但希望降低重量的框架與結構樑
• 厚肋結構網路，需要控制縮痕且可接受中空核心

 

 

以下整理氣體輔助射出成型常被討論的缺陷，以及通常會優先調整或檢查的製程參數與設計因素。
 

吹穿是指氣體突破表層，造成破裂、白化或可見外觀缺陷。此狀況多與壓力或時序控制不當有關。

優先檢查項目：

• 氣體延遲時間與皮層形成時間窗
• 氣體峰值壓力與升壓曲線<
• 氣體路徑附近壁厚
• 短射比例與是否在導入氣體前過度充填

 

氣體分流是指氣體前緣不穩定，偏離預期通道並形成分岔，導致剛性、外觀與重複性下降。
優先檢查項目：

• 產品幾何是否迫使氣體分成競爭路徑
• 延遲時間與熔膠溫度是否使核心熔膠過度流動
• 短射比例是否留下過多自由體積讓氣體搜尋路徑

 

當短射比例設定不當，或氣體保壓不足以穩定補償收縮時，可能出現充填不一致或局部保壓不足。
優先檢查項目：

• 充填比例與射出速度曲線
• 氣體保壓時間與壓力穩定性
• 排氣設計與困氣位置

 

 

兩者都使用氣體，但成形結果與製程機制不同。

 

微物理发泡成型是一種物理發泡製程，將超臨界氣體導入熔融樹脂並在高壓下溶解。當熔膠進入模穴後遇到壓力下降，會形成微細且分佈式的微孔結構。

延伸閱讀：微物理发泡注塑成型：实现最大化的减重与尺寸稳定性

 

1. 結構差異
   • 氣體輔助射出成型：單一或局部的中空通道
   • 微發泡射出成型：分佈式微孔結構
2. 氣體導入時機
   • 氣體輔助射出成型：部分充填後導入氣體
   • 微發泡射出成型：射出前溶解於熔膠中
3. 應用重點
   • 氣體輔助射出成型：聚焦局部厚肉區的縮痕與減重
   • 微發泡射出成型：聚焦全產品減重與整體收縮控制

 

氣體輔助射出成型適合：

• 產品具有明確厚肉主路徑，可形成可預測的中空通道
• 中空結構在力學上可接受，不影響密封或鎖附強度
• 目標聚焦在該厚肉路徑的縮痕改善與重量降低
• 具可整合氣針、密封與受控排氣

微發泡射出成型適合：

• 需要全面性且均勻的減重
• 需要跨複雜幾何整體控制收縮與翹曲
• 厚肉區分散且難以建立連續氣體路徑
• 需要更容易跨多款產品複製的穩定製程

 

 

降低厚肉區縮痕與內應力，同時透過中空通道降低重量，並在冷卻期間由內部提供保壓支撐。

 

不相同。氣體輔助射出成型形成中空通道，微發泡射出成型形成分佈式微孔結構。

 

多數熱塑性材料皆可評估，但仍需透過試模確認皮層穩定性、流動行為與製程視窗。

 

當產品難以建立穩定的中空通道，或需要針對整體幾何進行減重、收縮與翹曲控制時，微發泡射出成型通常更具容忍度與製程延展性。

 

 

對氣體輔助射出成型有興趣，通常代表產品在厚肉區面臨縮痕、重量或保壓限制問題。當產品幾何可支援穩定的中空通道時，氣體輔助射出成型能有效改善縮痕並降低重量。但若產品造型複雜、厚肉區分散且難以建立連續路徑，微發泡射出成型在整體收縮與翹曲控制上通常更具擴展性。

歡迎提供產品圖檔與需求條件，我們可協助建議合適的成形方案與下一步規劃。

• 集团名称: 华嵘集团
• 品牌: 华嵘、煜达、南嵘
• 服务项目: 注塑机、立式射出机、成型设备取出装置
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