TPE收缩凹陷是怎么回事？

在塑料制品的生产领域，TPE(热塑性弹性体)因其兼具橡胶的柔软弹性与塑料的加工成型特性，被广泛应用于玩具、日用品、体育用品、医疗器械、汽车配件、线缆外皮等众多行业。在TPE制品的生产过程中，收缩凹陷问题常常困扰着生产厂家。制品出现收缩凹陷不仅影响外观质量，导致产品表面不平整、有坑洼，降低产品的美观度和市场竞争力;还可能对制品的尺寸精度、物理性能等造成不良影响，如使产品尺寸不符合设计要求，降低产品的强度、密封性等关键性能，严重时甚至会导致产品报废，增加生产成本，降低生产效率。深入探究TPE收缩凹陷的原因，并采取有效的解决措施，对于提高TPE制品的质量和生产效益至关重要。

一、TPE收缩凹陷的直观表现与危害

（一）直观表现

TPE制品收缩凹陷通常表现为制品表面局部区域出现向内凹陷的现象，形状可能不规则，大小和深度也不尽相同。在薄壁区域，收缩凹陷可能呈现为细小的凹坑，而在厚壁区域或加强筋、凸台等结构处，凹陷可能更为明显，甚至形成较大的坑洼。这些收缩凹陷在制品的不同部位出现的频率和程度也有所差异，例如在远离浇口的位置，由于熔体流动过程中冷却速度不一致，更容易出现收缩凹陷；在壁厚变化较大的部位，如制品的边缘、转角处，也常常是收缩凹陷的高发区域。

（二）危害分析

外观缺陷：收缩凹陷破坏了制品表面的平整度和光滑度，使产品看起来粗糙、不美观，严重影响产品的外观质量。对于一些对外观要求较高的产品，如高档玩具、精美日用品等，收缩凹陷可能导致产品无法达到客户的质量标准，无法进入市场销售，给企业带来经济损失。

尺寸偏差：收缩凹陷会引起制品尺寸的改变，使制品的实际尺寸与设计尺寸不符。在需要精确配合的部件中，如汽车配件中的密封件、医疗器械中的精密零件等，尺寸偏差可能导致部件无法正常安装或使用，影响整个产品的性能和可靠性。

性能下降：收缩凹陷会使制品内部产生应力集中，降低制品的强度、韧性和抗疲劳性能。在使用过程中，这些应力集中部位容易成为裂纹的起源点，导致制品过早损坏，缩短产品的使用寿命。收缩凹陷还可能影响制品的密封性，使其在需要密封的场合无法有效阻止气体或液体的泄漏。

二、TPE收缩凹陷的成因剖析

（一）材料特性因素

收缩率差异：不同类型和牌号的TPE材料具有不同的收缩率。收缩率是指TPE材料在成型过程中，从熔融状态冷却到室温时体积收缩的比例。如果选用的TPE材料收缩率较大，在成型过程中就更容易出现收缩凹陷现象。一些高硬度的TPE材料，由于其分子链排列较为紧密，在冷却过程中分子链重新排列和收缩的幅度较大，收缩率相对较高，制品出现收缩凹陷的风险也相应增加。

添加剂影响：TPE材料中通常会添加各种添加剂，如增塑剂、填充剂、阻燃剂等，以改善材料的性能或满足特定的使用要求。这些添加剂的种类和含量可能会对TPE的收缩行为产生影响。增塑剂的加入可以降低TPE的玻璃化转变温度，使材料在较低温度下就能发生流动，但同时也可能增加材料的收缩率。如果增塑剂的添加量不当，或者添加剂与TPE基体之间的相容性不好，就容易导致制品出现收缩凹陷。

材料结晶性：部分TPE材料具有一定的结晶性，在冷却过程中会发生结晶现象。结晶过程中，分子链从无序状态转变为有序排列，会导致材料体积收缩。结晶速度和结晶度的不同，会对制品的收缩凹陷产生显著影响。如果结晶速度过快，材料内部会产生较大的内应力，容易导致收缩凹陷；而结晶度过高，也会使材料的收缩率增大，增加收缩凹陷出现的概率。

（二）模具设计因素

浇口设计：浇口是TPE熔体进入模具型腔的通道，其设计合理与否对制品的收缩凹陷有重要影响。如果浇口尺寸过小，熔体在通过浇口时会受到较大的阻力，导致充模困难，容易出现填充不足的情况，进而在制品表面形成收缩凹陷。浇口位置的选择也很关键。如果浇口位置不当，如远离制品的厚壁区域或需要重点填充的部位，熔体在流动过程中会先填充薄壁区域，而厚壁区域由于冷却速度相对较慢，在后续冷却过程中会出现较大的收缩，导致收缩凹陷。

冷却系统：模具的冷却系统对于控制TPE制品的冷却速度和温度分布至关重要。如果冷却水道设计不合理，如冷却水道分布不均匀、冷却水流量不足或水温控制不当等，会导致制品不同部位的冷却速度不一致。在冷却速度较慢的部位，TPE熔体有更充分的时间进行收缩，从而容易出现收缩凹陷。在制品的厚壁区域，如果冷却效果不佳，该区域的收缩量会比薄壁区域大，进而在制品表面形成明显的凹陷。

壁厚设计：制品的壁厚设计不合理是导致收缩凹陷的常见原因之一。如果制品壁厚不均匀，在冷却过程中，厚壁部分的冷却速度明显慢于薄壁部分。厚壁部分由于收缩时间长、收缩量大，会对相邻的薄壁部分产生拉应力，导致薄壁部分向内凹陷，形成收缩凹陷。过厚的壁厚还会增加制品的收缩率，使收缩凹陷问题更加严重。

（三）成型工艺因素

注射压力与速度：注射压力和速度是影响TPE熔体充模和成型质量的重要工艺参数。如果注射压力过低，熔体无法充分填充模具型腔，特别是在制品的厚壁区域或复杂结构部位，容易出现填充不足，进而导致收缩凹陷。而注射速度过慢，熔体在流动过程中冷却时间过长，流动性降低，同样会影响充模效果，增加收缩凹陷的风险。相反，如果注射压力过高或注射速度过快，虽然可以使熔体快速充满型腔，但可能会导致熔体内部产生过高的剪切应力，使分子链取向加剧，在冷却过程中取向的分子链会恢复无序状态，引起较大的收缩，也可能导致收缩凹陷。

保压压力与时间：保压阶段是在熔体充满模具型腔后，继续对熔体施加一定压力，以补偿熔体在冷却过程中的收缩。如果保压压力不足，无法有效抵抗熔体的收缩，制品就会出现收缩凹陷。保压时间过短，熔体在尚未完全冷却固化时就停止保压，同样会导致收缩凹陷。而保压压力过高或保压时间过长，虽然可以减少收缩凹陷，但可能会引起制品内应力过大，导致制品变形或开裂等问题。

模具温度：模具温度对TPE制品的收缩凹陷有显著影响。模具温度过高，TPE熔体在模具型腔内的冷却速度减慢，冷却时间延长，制品的收缩率会增大，从而增加收缩凹陷的可能性。高温还会使TPE材料的结晶速度加快，结晶度提高，进一步加剧收缩。相反，模具温度过低，熔体在充模过程中会迅速冷却，可能导致熔体流动性变差，充模不完整，在制品表面形成收缩凹陷，同时也会使制品内部产生较大的内应力。

熔体温度：熔体温度过高，TPE材料的流动性增强，但同时也会使材料的收缩率增大。在冷却过程中，高温熔体冷却收缩的幅度更大，容易出现收缩凹陷。而且，过高的熔体温度还可能导致材料发生热降解，影响制品的性能。如果熔体温度过低，材料的流动性变差，充模困难，同样会在制品表面留下收缩凹陷等缺陷。

（四）后处理与环境因素

脱模方式：不合理的脱模方式可能导致TPE制品在脱模过程中受到外力作用，从而产生收缩凹陷。如果脱模力过大或脱模速度过快，制品可能会被强行拉出模具，导致制品表面或内部结构受损，出现收缩凹陷。脱模斜度设计不当，也会使制品在脱模时受到较大的阻力，增加收缩凹陷的风险。

环境温度与湿度：制品在成型后的冷却和存放过程中，环境温度和湿度也会对其收缩产生影响。如果环境温度波动较大，制品会随着温度的变化而发生热胀冷缩，导致尺寸不稳定，可能出现收缩凹陷。特别是在高温环境下，制品的收缩率会进一步增大。湿度方面，虽然TPE材料本身吸湿性相对较低，但如果环境湿度过高，制品在存放过程中可能会吸收少量水分，在后续使用或加工过程中，水分蒸发会导致制品体积收缩，也可能引发收缩凹陷问题。

三、TPE收缩凹陷的解决策略

（一）材料选择与优化

合理选材：根据制品的使用要求、结构特点和收缩凹陷控制目标，选择收缩率合适的TPE材料。在选择材料时，可以参考材料供应商提供的技术资料，了解不同牌号TPE材料的收缩率范围，并结合实际生产经验进行选择。对于对尺寸精度和外观质量要求较高的制品，应优先选择收缩率较低的TPE材料。

调整添加剂：如果添加剂对TPE的收缩行为产生不利影响，可以考虑调整添加剂的种类和含量。对于因增塑剂添加不当导致收缩凹陷的情况，可以适当减少增塑剂的用量，或选择与TPE基体相容性更好的增塑剂。可以尝试添加一些能够降低收缩率的添加剂，如玻璃纤维、碳酸钙等填充剂，这些填充剂可以在TPE材料中起到骨架作用，限制分子链的运动，从而减小收缩率。

改善结晶性：对于具有结晶性的TPE材料，可以通过添加成核剂等方法来改善其结晶性能。成核剂可以促进TPE材料的结晶，使结晶更加均匀、细小，从而减小结晶引起的体积收缩。合理控制成型工艺参数，如冷却速度等，也可以对材料的结晶过程进行调控，降低收缩凹陷的发生概率。

（二）模具设计改进

优化浇口设计：根据制品的形状、尺寸和结构特点，合理设计浇口的尺寸和位置。对于厚壁制品或结构复杂的制品，可以采用较大的浇口尺寸，以减少熔体流动阻力，确保熔体能够充分填充模具型腔。浇口位置应尽量设置在制品的厚壁区域或需要重点填充的部位，使熔体能够均匀地填充整个型腔，减少因填充不均导致的收缩凹陷。还可以考虑采用多点进胶的方式，进一步提高充模效果。

完善冷却系统：设计合理的冷却水道布局，确保模具各部位能够得到均匀、有效的冷却。冷却水道应尽量靠近制品的型腔表面，以加快冷却速度。要根据制品的形状和壁厚，调整冷却水道的间距和直径，使冷却效果更加均匀。合理控制冷却水的流量和水温也很重要。冷却水流量应足够大，以保证能够及时带走模具的热量；水温应根据TPE材料的特性和制品的要求进行合理设置，一般控制在20 – 30℃之间。

优化壁厚设计：在制品设计阶段，应尽量使制品的壁厚均匀。如果制品结构需要存在壁厚差异，应采用渐变的方式过渡，避免壁厚突然变化。对于厚壁区域，可以通过增加加强筋、设置空心结构等方式来减小壁厚，同时保证制品的强度和刚性。在设计制品时，还应考虑模具制造的可行性，避免因壁厚设计不合理而增加模具制造难度和成本。

（三）成型工艺调整

精确控制注射参数：通过实验和经验积累，找到适合特定TPE材料和制品的注射压力和速度。在保证熔体能够充分填充模具型腔的前提下，应尽量采用较低的注射压力和速度，以减少熔体内部的剪切应力和分子链取向。可以通过逐步调整注射压力和速度，观察制品的成型质量，确定最佳的参数组合。

合理设置保压参数：保压压力和时间是控制制品收缩凹陷的关键参数。保压压力应根据制品的尺寸、壁厚和TPE材料的收缩率等因素进行合理设置，一般保压压力为注射压力的70% – 90%。保压时间应根据制品的冷却时间和收缩情况进行确定，通常可以通过观察制品在保压过程中的体积变化或测量制品的尺寸来确定合适的保压时间。在保证制品不出现收缩凹陷的前提下，应尽量缩短保压时间，以提高生产效率。

优化模具温度：根据TPE材料的特性和制品的要求，合理设置模具温度。对于收缩率较大的TPE材料，可以适当降低模具温度，以加快冷却速度，减小收缩率。但模具温度不能过低，以免影响熔体的流动性和充模效果。模具温度应控制在TPE材料玻璃化转变温度以上10 – 20℃左右。可以通过在模具上安装温度传感器，实时监测模具温度，并根据需要进行调整。

调控熔体温度：熔体温度应根据TPE材料的熔融指数和成型工艺要求进行合理控制。在保证材料具有良好的流动性的前提下，应尽量降低熔体温度，以减小材料的收缩率。可以通过调节挤出机或注塑机的加热温度来控制熔体温度，同时要确保温度均匀稳定，避免出现局部过热或过冷的情况。

（四）后处理与环境控制

规范脱模操作：制定合理的脱模工艺，确保制品在脱模过程中不受损伤。脱模力应适中，避免过大或过小。可以采用顶出机构均匀顶出的方式，使制品平稳脱模。要合理设计脱模斜度，一般脱模斜度应根据制品的尺寸、形状和TPE材料的收缩率等因素确定，通常在0.5° – 3°之间。在脱模前，可以先对模具进行适当的冷却，使制品具有一定的强度，然后再进行脱模操作。

控制环境条件：在制品的冷却和存放过程中，应尽量保持环境温度和湿度的稳定。可以将制品存放在温度和湿度相对恒定的环境中，如恒温恒湿仓库。对于对环境条件要求较高的制品，还可以采取一些防护措施，如在制品表面涂覆保护层，防止其吸收水分或受到温度变化的影响。

四、案例分析与经验总结

（一）案例一：某玩具厂TPE玩具手柄收缩凹陷问题解决

某玩具厂在生产一款TPE材质的儿童玩具手柄时，发现手柄表面出现了明显的收缩凹陷，导致产品外观不合格，无法正常销售。经过对生产过程的详细排查和分析，发现主要原因是模具浇口设计不合理，浇口尺寸过小且位置不当，导致熔体在填充过程中流动不畅，手柄厚壁区域填充不足，从而出现收缩凹陷。

针对这一问题，玩具厂采取了以下解决措施：重新设计了模具浇口，将浇口尺寸适当增大，并将浇口位置调整到手柄的厚壁区域。对成型工艺参数进行了优化，适当提高了注射压力和保压压力，延长了保压时间。经过改进后，再次进行试生产，发现手柄表面的收缩凹陷问题得到了明显改善，产品外观质量符合要求，生产效率也得到了提高。

（二）案例二：某汽车配件厂TPE密封件收缩凹陷问题解决

某汽车配件厂生产的TPE材质汽车密封件，在成型后出现了局部收缩凹陷，影响了密封件的密封性能。通过分析发现，问题主要出在模具冷却系统上，冷却水道分布不均匀，导致密封件不同部位冷却速度不一致，厚壁部分收缩过大。

该厂对模具冷却系统进行了改进，重新设计了冷却水道布局，增加了冷却水道的数量和密度，使冷却水能够更均匀地流经模具型腔表面。对成型工艺中的模具温度进行了调整，降低了模具温度，加快了冷却速度。经过这些改进措施的实施，密封件的收缩凹陷问题得到了有效解决，密封性能达到了设计要求，产品质量得到了显著提升。

（三）经验总结

从以上两个案例可以看出，解决TPE收缩凹陷问题需要综合考虑材料、模具、成型工艺和后处理等多个方面的因素。在生产过程中，应加强对各环节的质量控制，及时发现并解决问题。要注重积累生产经验，不断优化生产工艺和模具设计，以提高TPE制品的质量和生产效率。与材料供应商和模具制造商保持密切的沟通与合作也非常重要，他们可以提供专业的技术支持和建议，帮助企业更好地解决TPE收缩凹陷等生产难题。

五、结论

TPE收缩凹陷是TPE制品生产中常见且具有一定挑战性的问题，其成因涉及材料特性、模具设计、成型工艺和后处理等多个方面。要有效解决这一问题，需要生产厂家从材料选择、模具设计优化、成型工艺调整以及后处理和环境控制等多个环节入手，进行全面、系统的分析和改进。通过深入了解TPE收缩凹陷的成因，并采取针对性的解决措施，可以提高TPE制品的质量，减少废品率，降低生产成本，提高企业的市场竞争力。随着TPE材料技术的不断发展和成型工艺的持续创新，相信未来在解决TPE收缩凹陷问题上会有更多的方法和手段出现，推动TPE制品生产行业向更高质量、更高效益的方向发展。