一、保壓階段的核心物理機(jī)制
（一）熔體收縮行為的熱力學(xué)本質(zhì)
塑料熔體從黏流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，體積收縮率通常在 5%-20% 之間（如 ABS 約 8%，PC 約 9%），這一過程包含熱收縮和結(jié)晶收縮雙重作用。熱收縮由溫度下降引起分子鏈段運(yùn)動(dòng)能力減弱，結(jié)晶收縮則僅發(fā)生在半結(jié)晶材料（如 PE、PP）中，結(jié)晶度每增加 10%，體積收縮率約增加 1.5%-2%。保壓階段的本質(zhì)是通過外部壓力補(bǔ)償這部分體積損失，維持模腔內(nèi)熔體的密實(shí)狀態(tài)。
（二）壓力傳遞的動(dòng)態(tài)平衡模型
保壓過程中，壓力傳遞遵循 Hagen-Poiseuille 方程的修正模型：
\( P = \frac{8\mu L Q}{\pi R^4} + \Delta P_{\text{å?·å?´}} + \Delta P_{\text{ç?¸å??}} \)
其中，黏性阻力（第一項(xiàng)）隨熔體黏度 μ、流道長(zhǎng)度 L 增加而增大，隨流道半徑 R 的 4 次方呈指數(shù)下降。冷卻導(dǎo)致的壓力損失（ΔP 冷卻）和相變壓力（ΔP 相變）則與模具溫度、材料熱導(dǎo)率密切相關(guān)。當(dāng)澆口凍結(jié)（熔體溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或結(jié)晶溫度），壓力傳遞通道被切斷，保壓過程終止。
二、關(guān)鍵工藝參數(shù)的交互影響
（一）保壓壓力的梯度控制策略
- 分段壓力控制技術(shù)采用三級(jí)壓力控制模式
- 一級(jí)保壓（填充結(jié)束 - 50% 保壓時(shí)間）：壓力設(shè)定為注射壓力的 80%-90%，快速補(bǔ)償熔體初期收縮
- 二級(jí)保壓（50%-90% 保壓時(shí)間）：壓力降至 60%-70%，平衡厚壁區(qū)域的持續(xù)收縮
- 三級(jí)保壓（最后 10% 保壓時(shí)間）：壓力驟降至 30%-40%，避免澆口處熔體反流
- 壓力衰減速率的臨界值實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)壓力衰減速率超過 0.5MPa/ms 時(shí)，制品表面縮痕發(fā)生率增加 37%。理想衰減速率應(yīng)與材料松弛時(shí)間匹配，如 PA66 的松弛時(shí)間約 0.8-1.2s，對(duì)應(yīng)的壓力衰減速率宜控制在 0.3-0.4MPa/ms。
（二）保壓時(shí)間的精準(zhǔn)計(jì)算方法
基于 Fox-Tausend 模型建立澆口凍結(jié)時(shí)間預(yù)測(cè)公式：
\( t_f = K \left( \frac{h}{2} \right)^2 \frac{T_m - T_f}{T_m - T_w} \)
其中，h 為澆口厚度，Tm 為熔體溫度，Tf 為材料凍結(jié)溫度，Tw 為模具溫度，K 為材料常數(shù)（如 PS 的 K=1200，PP 的 K=1800）。實(shí)際生產(chǎn)中，保壓時(shí)間應(yīng)比計(jì)算值延長(zhǎng) 10%-15%，以確保澆口完全固化。
（三）模具溫度的協(xié)同作用
當(dāng)模溫低于材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（如 PC 的 140℃）時(shí)，保壓效率下降 40% 以上。對(duì)于結(jié)晶性材料，模溫控制在熔點(diǎn)的 1/2-2/3 區(qū)間（如 PP 的 60-90℃），可使保壓階段的結(jié)晶度提升 12%-15%，顯著改善制品剛性。
三、典型缺陷的成因與解決方案
（一）縮痕缺陷的多因素分析
缺陷類型 | 主要成因 | 保壓參數(shù)優(yōu)化方案 | 模具改進(jìn)措施 |
表面凹陷 | 厚壁區(qū)收縮未補(bǔ)償 | 提高二級(jí)保壓壓力 15%-20%，延長(zhǎng)保壓時(shí)間 2-3s | 增設(shè)冷卻水路，優(yōu)化澆口位置 |
內(nèi)部縮孔 | 熔體補(bǔ)縮不足 | 采用脈沖式保壓（壓力波動(dòng) ±10%），增加保壓初始?jí)毫?/div> | 加大流道直徑，使用熱流道系統(tǒng) |
（二）飛邊缺陷的壓力邊界控制
當(dāng)保壓壓力超過模具合模力的 10% 時(shí)，飛邊發(fā)生率呈指數(shù)增長(zhǎng)。通過模流分析軟件（如 Moldflow）預(yù)測(cè)算，建立壓力 - 合模力安全邊界模型：
\( P_{\text{max}} = \frac{F_{\text{clamp}}}{A_{\text{projection}}} \times 0.85 \)
其中，Aprojection 為制品投影面積，安全系數(shù) 0.85 用于預(yù)留工藝波動(dòng)空間。
（三）殘余應(yīng)力的量化控制
采用 X 射線衍射法測(cè)量表明，保壓階段產(chǎn)生的殘余應(yīng)力占總應(yīng)力的 60%-70%。通過優(yōu)化保壓壓力梯度（每級(jí)壓力差≤15MPa）和冷卻速率（控制在 5-10℃/s），可使殘余應(yīng)力降低 40% 以上，避免制品在裝配時(shí)發(fā)生應(yīng)力開裂。
四、特殊材料的保壓工藝適配
（一）工程塑料的高壓保壓技術(shù)
對(duì)于玻纖增強(qiáng)材料（如 30% GF-PA6），需采用高壓低速保壓策略：保壓壓力提升至 120-150MPa，保壓速度降至 10-15mm/s，以克服玻纖取向帶來的流動(dòng)阻力，確保纖維分布均勻，避免表面浮纖缺陷。
（二）生物降解材料的低溫保壓方案
PLA 等生物降解材料在保壓階段易發(fā)生熱氧化降解，需將保壓溫度控制在 160-180℃（低于傳統(tǒng)石油基塑料 20-30℃），同時(shí)采用階梯式壓力下降（每 2s 壓力降低 10MPa），減少熔體在模腔內(nèi)的滯留時(shí)間，提升材料穩(wěn)定性。
（三）微孔發(fā)泡材料的保壓 - 發(fā)泡協(xié)同控制
在 MuCell 微發(fā)泡工藝中，保壓階段需精確控制壓力衰減速率（0.2-0.3MPa/s），使超臨界 CO2 氣泡在模腔內(nèi)均勻成核。保壓壓力不足會(huì)導(dǎo)致泡孔合并，壓力過高則抑制發(fā)泡，理想保壓壓力為熔體發(fā)泡臨界壓力的 1.2-1.5 倍。
五、智能化保壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
（一）實(shí)時(shí)壓力反饋控制系統(tǒng)
通過在模具型腔內(nèi)置微型壓力傳感器（精度 ±0.5% FS），實(shí)時(shí)采集保壓階段壓力數(shù)據(jù)，結(jié)合 PID 算法動(dòng)態(tài)調(diào)整注塑機(jī)螺桿位置，實(shí)現(xiàn)保壓壓力的閉環(huán)控制，使制品重量波動(dòng)控制在 ±0.3% 以內(nèi)。
（二）數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的參數(shù)優(yōu)化
利用 Moldflow 數(shù)字孿生模型，輸入材料參數(shù)（黏度、收縮率）、模具結(jié)構(gòu)（流道尺寸、冷卻水路）和設(shè)備特性（螺桿轉(zhuǎn)速、壓力響應(yīng)時(shí)間），可在虛擬環(huán)境中模擬 200 + 組保壓方案，快速篩選出最優(yōu)參數(shù)組合，將工藝調(diào)試時(shí)間縮短 70% 以上。
（三）自適應(yīng)保壓技術(shù)
基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立保壓階段的缺陷預(yù)測(cè)模型。當(dāng)檢測(cè)到熔體溫度波動(dòng)超過 ±5℃或模具溫度偏差 ±3℃時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整保壓壓力和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)不同批次生產(chǎn)的工藝自適配，顯著提升生產(chǎn)穩(wěn)定性。
保壓階段作為注塑成型的 "質(zhì)量調(diào)節(jié)閥"，其技術(shù)深度體現(xiàn)在對(duì)材料物理化學(xué)變化的精準(zhǔn)把握、工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)耦合控制以及缺陷形成機(jī)理的系統(tǒng)認(rèn)知。隨著高性能材料的廣泛應(yīng)用和智能化技術(shù)的發(fā)展，保壓工藝正從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，從單一參數(shù)調(diào)整升級(jí)為全流程協(xié)同優(yōu)化。企業(yè)需建立包含材料數(shù)據(jù)庫、模流分析工具和智能傳感器的技術(shù)體系，才能在精密注塑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)制品質(zhì)量的跨越式提升。
