陕西航空职业技术学院，汉中723102
摘 要：再生聚丙烯（r-PP）因其成本低、可循环的特性，被广泛应用于一次性塑料碗等日用品注塑成型。但再生料存在熔指波动、杂质多、结晶不均、收缩率大等问题，导致塑料碗在成型过程中易出现缩痕、翘曲、熔接痕、气泡、飞边、表面缺陷等情况，严重影响良品率与使用安全。文章以薄壁r-PP塑料碗为研究对象，系统分析材料特性、模具结构、注塑工艺与缺陷的关联机制，提出原料预处理、模具优化、工艺参数匹配、质量管控四位一体的缺陷控制方案，并提出针对典型缺陷的解决对策。研究结果可为r-PP餐具稳定生产、降本增效提供工程参考。
关键词：再生聚丙烯；塑料碗；注塑成型；缺陷控制；模具优化；工艺参数
塑料餐具轻量化、低成本、易量产，是餐饮与日用品领域的刚需品类。聚丙烯（PP）耐高温、无毒、可微波加热，是食品容器的主流材料。随着“双碳”工作的推进，再生聚丙烯（r-PP）用量激增。但多次热历程使材料性能劣化，加之塑料碗为薄壁大口径的结构，流程长、冷却快，其成型对工艺与模具高度敏感，由此导致的缺陷频发、报废率居高不下，成为制约行业发展的痛点。
为解决再生料成型稳定性差、缺陷多的工程问题，提升良品率、降低生产成本，建立可复制的r-PP薄壁制品缺陷控制体系，以期推动再生塑料在食品接触领域安全应用。同时，兼顾环保与质量，为循环塑料产业化提供技术支撑。
1 再生聚丙烯塑料碗注塑成型难点
1.1 r-PP材料特性
r-PP的主要来源为废旧塑料盆、桶、包装制品、废旧家电部件和食品包装，经过回收、破碎、清洗、除杂、熔融挤出及造粒等一系列工序，制得再生粒子。然而，再生聚丙烯经回收破碎、多次高温熔融与机械剪切，分子链发生断裂，分子量降低、分布变宽，材料整体结构稳定性变差，整体力学性能明显衰减。r-PP属于结晶性塑料，再生后结晶度不均匀、结晶速率波动大；收缩率远大于新料且波动范围大，收缩各向差异性大，冷却过程易产生内应力[1]。此外，不同回收批次的原料差异大，r-PP熔体流动速率不稳定，熔体黏度时高时低，注塑充填均匀性差，成型工艺窗口收窄。热稳定性方面，多次热氧老化导致材料耐热降解能力下降，高温塑化易分解产生小分子挥发物，注塑过程中易出现气纹、银丝、异味等缺陷。
杂质含量高、洁净度低是另一突出问题。回收料混杂灰尘、油污、异种塑料、细小杂质与填料，灰分含量高，容易造成制品黑点、表面粗糙、光泽度下降。加之r-PP吸湿性较强，再生料内部结构疏松，表面吸附能力强，易吸收空气中的水分，未经干燥处理直接注塑会产生气泡、银纹等外部缺陷。r-PP的力学性能呈现整体劣化趋势，其拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性显著降低，材料脆性增大，制品在成型过程中易出现开裂、顶白、破损等情况，整体耐用性下降。
1.2 塑料碗成型难点
（1）塑料碗系薄壁大口径结构，壁厚为1.2~2.0mm，r-PP流动性不稳定，易出现充填不足、料流不均等情形，加剧成型缺陷。
（2）r-PP收缩率大且不稳定，碗壁、碗底、转角位置存在厚薄差异，冷却收缩不一致，极易引发缩痕、凹陷、碗口翘曲、椭圆变形等成型缺陷。
（3）补缩条件较差的薄壁制品冷却速度快，浇口快速冻结，保压补缩时间不足，无法有效补偿熔体体积收缩，缩痕问题难以控制。
（4）再生料残留水分、挥发物与夹带空气，加之薄壁快速充填，型腔内部排气不畅，易出现困气现象，诱发气泡、熔接痕、烧焦等问题；
（5）r-PP对料温、模温、压力、保压、冷却参数高度敏感，常规模具与通用工艺难以满足生产，参数调试难度大。（6）外观质量控制困难。由于再生料中杂质多、熔体流动紊乱、结晶不均，塑料碗出现表面无光、麻面、色差、黑点等缺陷，难以满足日用餐具外观要求。
2 r-PP塑料碗典型注塑缺陷及成因分析
2.1 填充不足
r-PP极易出现塑件局部缺料、边缘打不满、碗口残缺、薄壁位置浇不到位、轮廓不完整等情况，此类问题统称为填充不足。造成这一缺陷的主要原因体现在3个方面。
（1）材料流动性差。再生聚丙烯在回收过程中，分子链发生断裂，分子量降低，同时可能混入杂质，导致其熔体流动性较原生聚丙烯变差。当熔体流动距离超过其流长比极限时，其难以充分填充模具型腔的各个部位。
（2）工艺参数不合理。注射压力不足无法为熔体提供足够的动力，使其难以克服流动阻力到达型腔末端；料筒温度过低致使熔体黏度增大，流动性降低；注射速度过慢导致熔体在流动过程中过早冷却，进一步影响其填充能力。
（3）模具设计存在问题。模具流道和浇口截面偏小，将增加熔体的流动阻力；模具排气不畅，型腔内的空气无法及时排出，易形成困气，阻碍熔体的填充。
2.2 飞边
塑件分型面、碗口边缘、顶针处出现毛刺、溢料、披锋，边角产生多余薄料，厚度通常在0.01～0.1mm，此类现象统称为飞边，产生飞边的原因主要体现在3方面。
（1）锁模力不足。当锁模力未达到要求时，模具在注射压力的作用下可能产生微小的缝隙，熔体从这些缝隙溢出，形成飞边。
（2）工艺参数不当。注射压力过高、模具温度过高将导致熔体流动性增大，易从模具缝隙中挤出；保压压力过大或保压时间过长可能导致熔体在型腔内过度填充，从而产生飞边[2]。
（3）模具方面存在问题。模具分型面存在异物、导柱磨损等，将降低模具的合模精度,导致分型面贴合不紧密，从而产生飞边。
2.3 缩痕
碗壁厚处、底部、筋位、碗口加厚区域表面（＞2.5mm）易出现凹陷、坑洼、橘皮凹陷，r-PP料尤其高发，称为缩痕，通常表现为深度小于0.5mm的凹陷。造成这一缺陷的主要原因体现在两个方面。
（1）工艺参数不当导致结晶未充分补缩。聚丙烯为结晶性塑料，再生聚丙烯的结晶收缩率通常在0.5%~2.5%。在成型过程中，厚壁部位的熔体冷却速度较慢，结晶收缩需要更多的熔体进行补缩。若保压压力不足或保压时间不够，无法为厚壁部位提供足够的熔体补缩，从而形成缩痕。
（2）模具存在问题。若模具型腔表面光洁度不足（Ra＞1.6μm），将增加熔体与型腔壁之间的摩擦力，影响熔体的流动和补缩；若脱模斜度偏小、顶出面积不足，将导致制品在脱模过程中受到较大拉力，同样可能引发缩痕[3]。
2.4 气孔
r-PP塑料碗出现水分超标、气泡、银丝、发白等问题，其核心原因在于再生料预处理不足，注塑压力和注塑速度与排气不匹配。气孔可分为表面气孔和内部气孔，表面气孔表现为制
品表面出现的微小孔洞，内部气孔则存在于制品内部。造成这一缺陷的主要原因体现在3个方面。
（1）原料含气量大.再生聚丙烯在回收过程中可能吸收大量的水分和空气，注塑成型时，水分和空气在高温下汽化形成气体。若模具排气不良，这些气体被困在型腔内，形成气孔。
（2）工艺参数不合理。料筒温度过高导致熔体过热分解，产生气体；若注射压力过低，熔体无法紧密压实型腔内的气体，亦可能导致气孔的产生；保压压力不足或保压时间过短，无法对型腔内的熔体进行充分压实，同样可能形成气孔。
（3）模具设计问题。模具浇口位置不合理，流道和浇口尺寸过小，均可导致熔体在填充型腔时产生紊流，卷入空气，形成气孔。
2.5 翘曲变形
再生聚丙烯塑料碗注塑成型后，翘曲变形是r-PP餐具最为常见的外部缺陷，具体表现为碗口椭圆不圆、上口向外翻边或向内收缩、侧壁弯曲、碗底拱起、整体扭曲不平。上述问题导致制品尺寸超差、无法叠放。造成这一缺陷的主要原因体现在两个方面。
（1）工艺参数不合理。模温过低导致熔体冷却过快，结晶不充分，制品内应力增大。注射压力过高同样可导致制品内部应力增大，冷却后易发生回弹变形。保压压力不足或保压时间过短，将无法进行有效补缩，造成碗底与碗壁之间收缩不均。保压时间过长或保压压力过大，会致使定向应力增大，同样加剧制品翘曲变形。此外，塑料碗属于薄壁制品，冷却速度快。若冷却时间不足，制品脱模时仍处于高温弹塑性状态，顶出后可能发生收缩、扭曲及翘曲等变形。
（2）模具设计存在缺陷。浇口的位置不当及数量不足，熔体填充路径不合理，易造成流动不平衡及收缩不均；模具冷却水道的位置及分配不均，使得模具型腔表面温度分布不均匀，进而影响制品的冷却速率与结晶行为，导致制品出现翘曲变形。
3 再生聚丙烯注塑成型缺陷控制策略
3.1 材料预处理
（1）注塑前，对再生聚丙烯进行干燥处理，采用热风干燥机，将干燥温度控制在80~100℃，干燥时间设定为2～4h，使原料的含水率降至0.05%以下。
（2）采用筛选、磁选、风选等方法，对再生聚丙烯进行净化处理，去除其中杂质，以提高材料的纯度和均匀性。
（3）为改善再生聚丙烯的流动性与力学性能，可添加适量的改性剂，例如：添加增塑剂以降低熔体黏度，提高其流动性；添加成核剂可加快结晶速度，降低结晶收缩率，减少制品的缩痕缺陷；添加抗氧剂可有效防止材料在加工过程中发生氧化降解，从而提高材料的稳定性。
3.2 工艺参数优化
3.2.1 温度参数优化
（1）适当提高料筒温度，以降低熔体黏度，提高流动性。对于再生聚丙烯，料筒前段温度须控制在200~235℃，中段温度在190~220℃，后段温度在180~200℃[4]。但温度过高将导致材料分解，产生气体，因此，需根据实际情况调整料筒温度。
（2）模具温度对再生聚丙烯的结晶和冷却过程有重要影响。适当提高模具温度可缩小熔体与模具的温差，降低内应力，减少缩痕和翘曲变形等缺陷。通常情况下，应将模具温度控制在30~50℃，对于厚壁制品，可适当提高模具温度至50~70℃。
3.2.2 压力参数优化
（1）注射压力应根据制品的结构、尺寸和材料的流动性进行调整。对于再生聚丙烯，注射压力可设置为80~120MPa，对于形状复杂、壁厚较薄的制品，可在此基础上适当提高注射压力，以确保熔体能够顺利填充模具型腔。
（2）保压压力通常为注射压力的60%~80%，保压时间应根据浇口封冻时间确定，一般为封冻时间的1.1~1.3倍。适宜的保压压力与保压时间可为熔体提供足够的补缩，减少缩痕和气孔缺陷[5]。
（3）适当提高背压可以增加熔体的密实度，减少气体的混入，提高制品的质量。背压通常设置为3~5MPa，但背压过高将增加螺杆的磨损和能耗，同时可能导致材料过热分解。
3.2.3 速度与时间参数优化
（1）注射速度过快易导致熔体紊流，卷入空气，产生气孔；注射速度过慢则会使熔体在流动过程中过早冷却，影响填充效果。对于再生聚丙烯，可采用分段注射的方式，先慢速注射填充流道，再快速注射填充型腔，最后慢速保压，以确保熔体平稳填充，减少缺陷的产生。
（2）冷却时间应根据制品的厚度和模具温度确定，确保制品能够充分冷却定型，避免脱模时发生变形。一般冷却时间为15~30s，厚壁制品可适当延长冷却时间。
3.2.4 模具设计改进
（1）增大流道和浇口的截面尺寸，以减小熔体的流动阻力，提高填充能力。流道直径可设置为4~8mm，浇口尺寸应根据制品的结构和尺寸设计。对于小型制品，浇口直径可设置为0.5~1mm；对于大型制品，直径可适当增大至1~2mm。同时，合理设置浇口位置，使熔体能够均匀填充型腔，从而减少熔接痕和气孔等缺陷[5]。
（2）在模具型腔的末端、熔接痕处等易困气的部位设置排气槽。排气槽深度一般为0.02~0.04mm，宽度为5~10mm，以确保型腔内的空气能够及时排出。此外，还可利用顶针、镶件等活动部件配合间隙进行辅助排气。
（3）提高模具型腔表面的光洁度，可降低熔体与型腔壁之间的摩擦力，促进熔体的流动和补缩。通过抛光、镀铬等方法，将型腔表面粗糙度应控制在合理范围内（Ra≤1.6μm）。同时，科学设置脱模斜度，一般脱模斜度为1°~3°，以便于制品脱模，减少脱模过程中产生的缺陷。
4 结论与展望
4.1 结论
r-PP塑料碗的注塑缺陷主要由材料收缩不均、流动性波动、气体或水分影响、冷却不均、保压不足、排气不良导致。单一调整难以稳定解决问题，控制缺陷须从原料预处理、模具优化、工艺精准调控的综合方案出发。生产过程中优先进行干燥除杂，控制再生料比例、模温均匀、保压充分、排气通畅，以此提升良品率。
文章构建的缺陷控制体系适用于大多数r-PP薄壁餐具注塑生产，具有较强的工程实用性与推广价值，为再生聚丙烯的广泛应用奠定基础。
4.2 展望
随着再生聚丙烯应用领域的不断拓展，行业对其注塑成型制品的质量要求也越来越高。未来的研究可以从3个方面进一步深入：首先，智能化工艺控制方面，引入人工智能、机器学习等技术，建立再生聚丙烯注塑成型工艺参数的智能优化模型，实现工艺参数的实时监测和自动调整，提高生产效率和制品质量的稳定性；其次，开发高效、环保的改性剂和改性技术，进一步优化再生聚丙烯的性能，如提高其耐热性、耐寒性、力学性能等，拓展其在高端领域的应用；最后，研究绿色环保的注塑工艺，如采用低温注塑、微发泡注塑等技术，降低能源消耗，减少环境污染，实现再生聚丙烯注塑成型的可持续发展。
参考文献：
[1]蔡伟南,徐晓,王子秦等.薄壁带筋轮座注射成型表面气纹形成机理与缺陷消除[J].工程塑料应用,2022(2):78-82.
[2]张晓光，程志超，孟枭.无人机灭火弹饰盖模流分析及注塑模具设计[J].塑料科技，2024(4):121-126.
[3]张苏新.ABS电子继电器注塑成型优化分析[J].塑料科技，2024(8):78-83.
[4]赵永刚.注塑成型制品翘曲变形优化建模分析[J].精密成形工程，2022(3):154-157.
[5]周大路，匡唐清，黄薇.基于Moldflow的针阀式热流道时序控制与翘曲变形关系[J].塑料科技，2024(1):93-97.
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