热流道塑料模具技术的研究与发展前景_张朝阁

第41卷第7期2013年7月塑料工业

CHINA PLASTICS INDUSTRY

·5·

热流道塑料模具技术的研究与发展前景

张朝阁，宓大云，张

亚

（浙江工业职业技术学院，浙江绍兴312000）

摘要：分析了注塑模具热流道技术的原理及特点，并重点论述了注塑模热流道技术在国内的最新研究进展和应用情况。最后针对热流道塑料模具技术的重要性，就注塑模热流道技术的发展趋势进行了展望。

关键词：注塑模具；热流道技术；研究现状；发展趋势DOI ：10. 3969/j.issn. 1005－5770. 2013. 07. 002中图分类号：TQ320. 5

文献标识码：A

文章编号：1005－5770（2013）07－0005－05

Research and Development Prospect of Hot Runner Technology in Injection Molding

ZHANG Chao-ge ，MI Da-yun ，ZHANG Ya

（Zhejiang Industry Polytechnic College ，Shaoxing 312000，China ）

Abstract ：This article analyzed the principle and characteristics of hot runner technology in injection molding ，elaborated the latest research progress and application of hot runner technology in China．Finally ，in view of the importance of hot runner plastic mold technology ，the article carried on the forecast on the development trend of hot runner technology in injection molding．

Keywords ：Injection Mold ；Hot Runner Technology ；Research Situation ；Development Trend 当前，随着塑料制造行业的发展，人们对塑料制品的性能和质量等的要求越来越高。注塑模具在塑料成型行业中占十分重要的地位，注塑模具的优化与改进是加快注塑行业发展的要点。由于我国注塑模具行业的起步比较晚，在技术的优化与发展方面还存在很多问题，很多设备与技术还需要从发达国家引入，推动我国模具制造业的发展与完善是我们当前迫在眉睫的任务之所在。热流道技术最早产生于20世纪40年代，它的产生是注塑模具行业的一项重大的技术变革。它通过对模具的浇注系统进行加热或者绝热的方式，使流道和浇口的塑料保持熔融状态，从而避免浇注系统凝料的形成。与采用普通流道技术相比，采用热流道技术的模具具有以下优点：节约资源、提高生产效率、提升产品质量、延长模具使用寿命等。因此，热流道技术已在欧美等一些工业发达的国家推广应用，并取得了良好的效益，如美国的DME 公司、

［1］

德国的EWIKON 公司等。近些年来，热流道技术

热流道技术的原理及特点的基础上，分析我国目前关于热流道技术的最新研究进展和应用情况，对于有计划、有目标地推动我国模具制造业的发展具有重要的意义。

1热流道塑料模具技术的原理与结构

热流道（Hot Runner ）技术是注塑模具革新的一

项重要技术，是对注塑模的冷流道技术的优化与改

［2］

进，它属于无流道凝料浇注技术。它通过将加热棒或加热圈等加入注塑模具的流道部分，对模具的浇注系统进行持续加热或者绝热的方式，通过温度控制器精确控制塑料的温度，使塑料在流道和浇口保持熔融状态，从而避免浇注系统凝料的形成，减小注射时的压力损失。然后再将融化后的塑料溶液由注射机喷嘴注入模具的型腔中。同时，在使用热流道技术的模具中，开模取件时只需取出制品，注塑过程中产生的凝固废料不需要取出，可以在下一个注塑过程中循环利用，只需要将其加热到所需温度后注入型腔。

根据加热方式的不同，热流道系统可以被分为两类，即绝热流道系统、加热流道系统。由于采用绝热流道系统的模具存在很多缺陷与技术的不成熟，目前使用这样技术的厂家不多，而多数厂家使用加热流道

在我国也愈来愈受到人们的重视，但是，由于关键技术不成熟、原件缺乏标准化生产等原因，我国的热流道技术的研发尚处于起步阶段，其普及率还比较低，很多技术不能被吸收和消化。所以，在研究注塑模的

作者简介：张朝阁，男，1974年生，硕士，讲师，研究方向为模具设计与制造。zhangchaoge110@163. com

系统。同时加热流道系统按照热补偿方式的不同，其又可以被分为内热式、外热式两类。

热流道技术作为一项新技术，在模具革新的过程中，使用愈来愈广泛，其形式也愈来愈多样化，但是，热流道技术一般都是由热流道板（manifold ）、喷嘴（nozzle ）、加热元件（heater ）、温度控制器（temperature controller ）和辅助零件等几部分组成［3］。

（1）热流道板。它的主要任务就是使送入各个单独喷嘴的熔体始终保持恒温，在这个过程中，要避免浇注系统凝料的形成，减小注射时的压力损失。我们通常使用的热流道板有一字型、H 型、Y 型、X 字

［3－4］

。型等四种类型

（2）热喷嘴。它的主要作用是将融化后的塑料

溶液由注射机喷嘴注入模具的型腔中。热喷嘴结构形式选用热流道系统的模具的注塑过程起到十分重要的作用，根据浇口结构不同，喷嘴一般可以分为：开放式热喷嘴、尖点式热喷嘴、针阀式热喷嘴。

（3）加热元件。在注塑过程中，它的主要作用是对热流道板或热喷嘴进行加热，从而使塑料在流道和浇口保持熔融状态。加热元件通常包括加热棒、和热电偶、加热圈、加热盘条等等。加热元件对于整个热流道系统的运行具有十分重要的意义。

（4）温度控制器。模具温度控制器的任务就是精确控制注塑过程中塑料的温度。按照底端到高端顺序，它主要可以分为：通断位式、积分微分比例控制式、新型智能化温控器三类。模具温度控制器主要包括电缆、主机、接线公母插座、连接器等。

（5）其他附件。要想很好地完成一个注塑过程，还需要其他附件的精密配合工作，热流道系统的其他辅助零件还有隔热块、接线盒、支撑块等。

减小注射时的压力，并通过温度控制器精确控制塑料的温度，使压力和温度保持均衡，从而避免浇注系统凝料的形成。进一步可以减少制品的收缩及塑品变形、缩孔、色差、飞边、裂纹等现象的产生，改善产品的表面质量，增加产品刚度和强度。同时，热流道技术避免了浇口料的重复掺杂使用，降低废品率。因此，热流道技术在透明件、薄壁件等对产品外观质量有更高要求的注塑产品的生产过程中具有明显的技术优势。

（2）能量消耗低

热流道最显著的特点之一就是能量消耗低。首先，由于热流道成型技术开模取件时只需取出制品，注塑过程中产生的凝固废料不必取出，所以只需要将其加热到所需温度后注入型腔，从而可以减少浇道凝料和清理浇口等过程；其次，热流道技术基本上可以避免普通流道所产生的浇口料，消除了流道废料，从而可以节约原料和提高能源利用率。据统计，在使用热流道的模具注塑过程中，可以节约30% 50%的

［5］

原料；再次，由于热流道成型技术减少了塑品变形、缩孔、色差、飞边、裂纹等现象，提高产品外观

质量，从而可以省去染色、修剪浇口、喷漆等二道工序，减少能源的浪费，降低生产成本，减少了大批量生产过程中原材料的浪费。因此，热流道成型技术对于有些回头料超过了制品用料的小型制品的生产，节能效果更为突出。

（3）成型周期短

在使用热流道技术的模具中，注塑过程中产生的凝固废料可以直接在下一个注塑过程中循环利用，无需冷却脱出，模具的冷却周期仅仅为产品的冷却时间，减小了取出水口料的过程，缩短塑件成型周期，提高了经济效益。同时，热流道成型技术也省去了染色、修剪浇口、喷漆等二道工序。与适用普通流道的模具相比，适用热流道的模具的成型周期一般可以缩短30%以上。因此，热流道技术具有省时、省工的优势。

（4）自动化程度高

由于热流道适用自动切断浇口技术，成型周期短，成型过程连续。热流道技术通过温度控制器可以精确地控制塑料的温度，自动化程度高。与此同时，热流道成型技术在生产过程中，省去了去除料把的后续加工过程，因此，热流道技术与普通流道技术相比，易于实现自动化的生产，可以有效减少工作人员的浪费，提高生产效率，更有利于大批量塑件的生产。同时，热流道成型的浇口与流道的设计更加灵

2. 1

热流道塑料模具技术的主要特点

热流道技术的优点

热流道技术应用于模具生产最早是在20世纪40年代，经过70年来的发展与完善，同时随着模具制造业的不断发展，热流道技术逐渐被推广与应用，并取得了良好的经济与环境效益，成为注塑行业发展的热点。热流道技术可以说是对注塑模的冷流道技术的优化与改进，作为一项新型的注塑成型技术，热流道技术具有以下优点：

（1）产品质量高

在使用冷流道的模具注塑过程中，由于温度、压力等不均衡，往往会使塑品出现缩孔、熔接痕、飞边等缺陷。与注塑模的冷流道技术相比，热流道技术通过加热系统使塑料在流道和浇口始终保持熔融状态，

活，选择空间更加自由。

（5）适用范围广

随着模具行业的发展与热流道的不断优化与完善，热流道技术的适用范围也愈来愈广泛。其不仅仅用于聚乙烯、聚丙烯等熔融温度比较宽制品的加工过程，也可以用于聚氯乙烯、聚甲醛等熔融温度比较窄的塑料的加工过程

［6］

3热流道塑料模具技术的应用与研究现状

热流道技术最早产生于20世纪40年代，其在许

多工业发达的国家应用发展比较快，个别国家的模具生产中，热流道技术的使用率高达80%以上。采用热流道技术的模具的使用范围也越来越广，其已经被成功应用于聚丙烯、尼龙、聚氯乙烯、聚甲醛等塑料制品。目前，全球从事热流道元件和热流道系统的生产的公司大约有100家，热流道模具广泛应用于电子、医疗卫生、日常用品、交通、建筑等领域。我国是世界性的模具生产与应用大国，然而，热流道技术在我国模具生产中的使用率却只有10%左右。由于关键技术不成熟、原件缺乏标准化生产等原因，我国的热流道技术的研发处于起步阶段，尚未成形，其普及率还比较低，很多技术不能被消化和吸收，与国外差距很大。另一方面，近些年，特别是2000年以来，热流道技术在中国也迅速发展，专业热流道厂商由最初的2、3家发展到几十家，所以其具有很好的发展前景与潜在市场。下文是就我国热流道技术的研究现状进行的综述。

［7］

浙江大学的曾建忠针对我国PET 瓶饮料包装行业发展现状及PET 瓶胚模具的自身特点，研究了

。由于热流道技术可以缩短开

模距离，因而，其更加有利于成型较长的制品的生产。热流道技术还可以有效实现一模多腔的塑件生产。与此同时，热流道技术与其他注塑技术的合用，也可以更加扩大热流道技术的应用范围。

此外，热流道技术还具有改善操作条件、有利于环境保护、降低电能消耗等优点。2. 2

热流道技术的缺点

作为一项新的模具革新技术，热流道技术与其他的流道技术一样，也有自身的缺点与技术限制，只有在了解其缺点的基础上，才能在生产中进一步优化与完善热流道技术，提高其使用价值，增加其经济价值。热流道技术的缺点主要体现在以下方面：

（1）模具结构复杂性大

在注塑过程中，为了使塑料始终保持熔融状态，需要对模具的浇注系统进行持续加热，这对热流道设计的要求很高，这就造成了模具结构的复杂化。并且使用热流道技术的模具造价成本很高，因此，对于那些资金少、技术薄弱的厂商来说，采用热流道技术的模具很困难。

（2）温度控制精度要求高

为了避免塑料熔体的非均匀充填，热流道技术需要分区加热，并通过多个温度控制器精确控制塑料的温度，从而保持熔体材料的温度均衡。与此同时，由于温度控制不良等因素还往往会使热流道技术的加热装置容易损坏，从而增加检修的难度。

（3）操作人员素质要求高

与采用冷流道的模具相比，采用热流道技术的模具操作过程更加复杂，综合性更强，检修维护的技术的要求更加高。与此同时，根据塑料品种的不同，采用热流道技术的模具还需要采用不同的热喷嘴。因而，需要具有专门操作知识的人员来操作。

除此之外，热流道注射技术还具有下述缺陷：开机废品较多、对原材料的要求高、加热器易损坏、成型树脂清洁性要求高等。但是，随着热流道注射技术的不断发展，这些困难与缺点正不断地被克服与减少。热流道模具将具有很大的应用与发展前景。

热流道技术在PET 瓶胚模具中的应用。在分析热流道原理和特点的基础上，通过数值模拟的方法研究了瓶胚注塑模具的热流道设计，并得出了热流道系统的热规划的计算模式。与此同时，通过实际的实验过程，对四种不同热流道结构设计方案进行比较，得出了最优的设计方案，对实际的生产具有重要的指导作用。

对注塑模热流道的结构设计与使用进

行了系统的分析与研究。在分析热流道系统运行原理的基础上，明确了使用热流道技术的可行性与基本原则，对包括热流道板、温度控制器、分流板、热喷嘴等结构进行了优化设计，使它们更加符合实际的生产情况。并通过计算机技术与建立数学模型的方法，对热流道系统的温度场进行数值模拟与编程，计算出热流道系统的加热功率与温度分布情况。

天津大学的魏汝梅针对盘料制件中使用冷流道模存在的生产成本高、产品表面不美观等缺陷，将盘类制件冷浇道模改装为热流道模。结合实际的生产，根据盘类制件的模具结构，提出了热流道模的设计原则，对浇口定位圈、浇口模芯、热流道元件等进行了具体的数据模拟分析，对盘料制件成型技术的优化具有重要的指导意义。

青岛理工大学的狄金叶

［10］

［9］

曾志敏

［8］

研究了热流道技术在

平板电视机前壳的生产中的应用。对热流道的顺序阀浇注技术进行了详细的分析研究，分析了热流道的顺序阀浇口的结构、机理、优缺点等。利用Moldflow 对薄壁平板电视机前壳成型的工艺方案进行了分析，比较了热流道顺序阀、热流道、冷流道三种成型方案，得出热流道顺序阀技术是电视机前壳成型的最优方案，它具有能量消耗低、产品表面质量高等优点。利用热管技术对常规的热流道模具

进行了优化设计。通过分析热管的结构和传热机理，并同常用加热方法进行比较，发现热管具有升温快、可以单点控温、温度均匀性等优点。将热管技术应用于热流道模具，研究结果表明，使用热管技术的热流道模具可以避免热量散失、热流道板温度不均匀等现象。对于热流道模具的优化与发展，以及热流道与其他技术的结合使用具有重要的参考价值。

结合大型模具的特

点，研究了热流道技术在大型模具的应用。在分析热流道成型原理的基础上，对分流板、热流道、喷嘴器件等的结构与选用进行了分析研究。结合实际的生产，将热流道注塑成型模具应用于加工夏利汽车的保险杠和仪表板上，结果表明，将热流道技术应用于大型模具可以节约资源，提高生产效率，提升产品质量，并取得良好的经济效益。

分析研究了热流道技术在双层注射模

具上的应用。通过对单层单腔热流道模具、单层多腔热流道模具与双层多腔热流道注射模具的比较分析，发现双层热流道注射模具可以提高约90%的生产效率。同时结合实际的生产应用分析了双层热流道模具具体的工作原则与技术要求，对热流道技术的应用与发展具有重要的意义。

天津市电冰箱工业公司对国外先进热流道成型技术进行了吸收与改进。从1990年底开始，该公司在改造冷流道注塑模具的基础上，独立开发了5套注塑模具，取得了良好的经济与社会效益。并结合我国注塑行业的具体情况，整理出了一套较为完整的热

，这在我国是首例，对我流道元件的“标准件图册”

国热流道技术向市场推广具有十分重要的作用。在分析热流道技术的优点基础上，

将热流道应用于金属粉末注射成型模具的设计之中。

范国良等

通过与普通塑料原料的对比，分析了金属粉末的特点，并通过具体的试验过程，对热流道喷嘴、模具等进行了分析设计。最后发现，应用热流道技术的金属粉末注射成型模具具有节约材料成本、提高生产效率、延长模具使用寿命等优点。

［15］

［14］

结合实际的生产对热流道系统地进

行了设计与研究。通过对各种塑料熔体黏度的分析，发现可以通过对摩尔质量的调节来改变塑料熔体黏度。通过对各种浇口和喷嘴优缺点的分析，得出热敏感的塑料不宜使用顶针式浇口，高黏度塑料适合使用直接式喷嘴，而开关式浇口的使用范围最广。最后确定出热流道系统中浇口和喷嘴种类。

对热流道在载重汽车塑料模具中的应

用进行了研究。在分析热流道的结构和特点的基础上，对热流道使用中的具体情况，如喷嘴头形式、每模的腔数、喷嘴的个数和尺寸等进行了详细地分析与研究；并结合实际生产，以中国重汽商用车公司的载重汽车为例，分析了热流道在载重汽车塑料模具中的应用，提出了一些新的设计理念。最后对热流道技术的发展前景进行预测。

综上所述，我国对热流道技术的研究主要表现在喷嘴的设计与技术、流道板技术、温度控制系统技术等方面，并取得了一定的成绩，但是很多发明还不成熟。随着注塑模具行业的发展，需要我们进一步加强对热流道技术的研究与应用。

李光耀

［17］

王建华等

［16］

陈剑玲等

［11］

天津通信广播公司模具厂

［12］

4热流道塑料模具技术的发展趋势

热流道技术作为一项注塑模具的革新技术，具有

很多优点，其使用范围越来越广泛，代表着注塑模具的发展方向之一。近些年来，随着模具行业的发展，以及市场要求的提高，热流道技术也在不断的发展与完善，其发展趋势主要体现在以下几个方面

（1）元件的微型化

［18－19］

李树等

［13］

：

元件的微型化是未来注塑模具发展的主要方向之

一，可以很好地实现精密注射成型。热流道模具缩小喷嘴，可以实现一模多腔或多浇口充模，从而提高使用效率。从20世纪90年代开始，很多公司已经利用元件的微型化，成功开发出组合复式喷嘴或多浇口喷嘴。

（2）元件的标准化

热流道模具的结构复杂，造价成本高。元件的标准化可以有效提高元件的使用周期，降低成本，更加便于元件的检修。最主要的一点在于更有利于热流道技术的普及与应用。同时，可以使用计算机辅助技术来确认模具设计方案，提高元件的标准化。

（3）温控的精确化

塑件质量的好坏在很大程度上与注塑过程中的温度有关，热流道模具注塑成型的关键技术在于对流道和浇口的温度的控制。因此，可以结合各种技术如热管技术等，提高温控装置的精确性，使各部分受热更

加均衡，从而可以更好地提高塑品的质量。

（4）使用的广泛化

由于热流道技术具有节约资源、提高生产效率、提升产品质量等优点，提高其使用范围是其未来的主要发展方向。为此，结合其发展现状与其他注塑技术，要求开发出新的成型工艺，如多色共注、叠层热流道注塑等，满足更多材料的要求，增强热流道技术的实用性。

热流道技术在注塑模具的使用已有几十年的历史，由于其具有产品质量高、能量消耗低、成型周期短、自动化程度高、适用范围广等无可比拟的优势，所以发展速度很快，在很多国家已经被推广应用。我国也在热流道技术的研究方面取得了很多成果。同时，由于关键技术不成熟、原件缺乏标准化生产等原因，我国的热流道技术的研发尚处于起步阶段，其普及率还比较低。相信随着我国注塑行业发展，热流道在我国将以更快的速度发展应用。

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（修改稿于2013－04－09收到）

一次性塑料杯/盖的全球需求持续上涨

据美国弗里多尼亚集团的最新市场调查报道显示，全球对一次性塑料杯和塑料盖的需求将以5%的年增长率持续上涨，至2017年，市值将达260亿美元。值得一提的是，快餐行业仍将是一次性杯子和盖子的主要消费行业。

至2017年，餐饮业将占据整个市场价值的3/5。某些市场趋势将进一步激发对一次性杯子和盖子的需求，包括快餐行业和其他餐馆逐步倾向于供应饮料，一些餐饮服务行业并不发达的国家也存在巨大增长潜能。此外，弗里多尼亚集团认为，全球各地咖啡店的不断建立也将进一步带动一次性杯子和盖子的需求情况。

因便利、可携带、可量控等特点，一次性杯子和盖子在食品和饮料包装市场的整体需求增速将最快。健康饮食的追求也会进一步刺激酸奶的销量，而酸奶是塑料包装杯子的最大终端市场。

就地域来看，全球发展中国家对一次性杯子和盖子的需求增长最大。亚洲、非洲、中东、东欧和中南美洲的增速将高于全球平均增速。原因是这些地区的生活水平将不断提高，餐饮店也将不断增加。其中，中国和印度的增长率可能居首，其次是印尼、俄罗斯、巴西和墨西哥。相对而言，发达国家的市场已经较为成熟，因此整体增长情况也较为平稳。未来，发达国家对相对昂贵的生物可降解、可堆肥塑料杯及回收型塑料杯的使用量将逐步增加。