抗靜電 PA9T 注塑成型秘籍：如何避免表面電阻不均

在注塑成型過程中，抗靜電 PA9T 材料的表面電阻不均是一個常見且棘手的問題，嚴重影響產品的性能和質量。今天，我們就來深入探討其背后的原因，并分享一些實用的解決辦法。

一、原因分析

（一）熔體結構與剪切力

1. 熔體分層結構：在注塑過程中，PA9T 熔體充填模具型腔時，會形成三層結構，即表層、次表層和芯層。芯層熔體受外界影響小，高分子鏈段基本無取向，剪切力也最??；表層熔體因貼近低溫模具表面，冷卻速率高，黏度增大并迅速凝固，高分子鏈段來不及回復而被凍結，產生一定取向和較高剪切力；次表層熔體則受到注塑壓力導致的流動推應力和表層冷凍高分子層相互纏繞的鏈段間拉應力的雙重作用，分子鏈取向強烈，甚至斷裂，所以次表層受到的剪切力最大。這種不同位置熔體剪切力從大到小為次表層 > 表層 > 芯層的結構，對表面電阻均勻性有重要影響。

2. 剪切力對導電性能的影響：對于抗靜電 PA9T 中的導電填充物體系，如以炭黑填充為例，在注塑流動充模時，剪切力會使炭黑粒子從高剪切力的表層向低剪切力的芯層團聚、遷移。這就好比車子行駛速度過快，貨物容易被甩落，導致表層炭黑逐漸減少，芯層炭黑粒子增多。此時，測量產品表層和芯部電阻，會發現表層電阻明顯大于芯層和次表層，即注塑充填過程的高剪切不利于導電填充物形成導電網絡，會降低導電性能，進而導致表面電阻不均。

（二）注塑工藝因素

1. 注塑速度：注射速度越快，剪切力（速率）越大，越不利于導電網絡形成。快速的注塑速度使熔體在模具型腔中流動時受到的剪切力大幅增加，破壞了導電填充物原本可能形成的均勻導電網絡，使得產品不同部位的導電性能出現差異，表面電阻不均。

2. 注塑壓力：在開環注塑機上，注塑壓力越大往往注射速度也越快，其影響類似于增加注射速度；在閉環控制機器上，速度控制更精密，但當注塑壓力高于很大阻力時再增加，速度 / 剪切力不會增加。總體而言，越高的注塑壓力越不利于導電網絡形成，會導致表面電阻不均。

3. 熔體溫度：一般情況下，增加熔體溫度，熔體黏度會降低，在相同注塑速度下，剪切力降低。因此，熔體溫度越高，越有利于在低剪切速率下確保樹脂填充，有利于導電網絡的形成。若熔體溫度過低，熔體黏度增大，為保證填充，注塑壓力需增大，從而導致高剪切力，破壞導電網絡，造成表面電阻不均。

4. 背壓：大的背壓會在熔膠時產生更高的剪切，對纖維類導電填充物有一定破壞，不利于形成導電網絡；但對于在共混中分散不好的材料或導電粒子團聚過大時，更大背壓有改善作用。通常應從低背壓開始，當觀測到產品有團聚現象時，再適當提高背壓，否則不恰當的高背壓會破壞導電網絡，引起表面電阻不均。

5. 模具溫度：模具溫度低時，表層冷卻速度更快，導電粒子更容易被固定在表層，表層電阻會降低，而低模溫下冷凍層會變厚，芯層剪切力增加，芯部電阻增大。如果產品檢驗需用到接觸式表面電阻設備，低模溫雖有利于更多導電填充物在表面被接觸，但也可能導致產品整體表面電阻不均，需根據實際情況權衡。

6. 澆口尺寸：澆口處的剪切會增大，嚴重時會撕裂導電填料之間的聯系，破壞導電網絡，導致體積電阻增大；對于纖維類導電填料，高剪切還會造成纖維長度變短，不利于形成導電網絡。澆口尺寸越大，越有利于導電網絡的形成。過小的澆口尺寸會在澆口附近產生高剪切力，破壞導電網絡，使該區域表面電阻與其他部位不同，導致表面電阻不均。

7. 產品厚度：產品厚度越小，越容易產生高剪切，類似于澆口的情況。產品厚度越大，越有利于導電網絡的形成。厚度不均勻的產品，不同厚度部位因剪切力不同，導電網絡形成情況有差異，會出現表面電阻不均。

8. 保壓壓力：高保壓下，塑件的導電性更好，有利于導電填充物在塑料中的分散，特別是對炭黑，高保壓會改變炭黑的聚集態，增加炭黑在塑料中的分布，有利于形成導電網絡，提高導電性。若保壓壓力不足，可能導致導電填充物分散不均，造成表面電阻不均。

（三）材料及其他因素

1. 抗靜電劑分散問題：抗靜電劑在 PA9T 基體中分散不均是造成表面電阻不均的關鍵因素之一。如果混合過程中攪拌速度、時間不足，或者混合設備存在死角，都會導致抗靜電劑無法均勻分布在 PA9T 樹脂中。此外，抗靜電劑與 PA9T 樹脂的相容性不佳，也會出現團聚現象，進而影響制品表面電阻的均勻性。

2. 材料干燥程度：所有含炭黑的 PA9T 樹脂都應充分干燥。水分的存在可能影響導電填充物的性能和分布，導致表面電阻不穩定。

3. 模具設計與產品結構：模具的拐角部位要設計足夠大的圓弧，尖銳的形狀和垂直的拐角會對熔體施加更大的應力，從而對炭黑結構造成更大的損壞，降低導電性能。注塑制件的流動條件對成品的導電性能也有重大影響，熔體壓力隨著流動距離而變化，進膠口附近的表面電阻率通常會更高。

4. 測試誤差：選用不同大小類型的電極做測試，得到的表面電阻率也會有不同。因為不同的電極和被測試樣品的接觸面積有不同，比如使用重錘這種大的點電極和同心環電極時測出來的表面電阻會比較均勻，而使用小的兩點電極或平行電極或者鉗形電極作為測量工具就能很明顯的發現導電盲區，測量同一個樣品可能得到不同的測試數值。

二、解決方法

（一）優化注塑工藝參數

1. 控制注塑速度與壓力：根據產品的形狀、尺寸和模具結構，合理調整注塑速度和壓力，避免過高的剪切力。對于薄壁產品，可適當提高注塑速度，但要密切關注剪切力變化；對于厚壁產品，注塑速度可適當降低。在保證產品成型質量的前提下，盡量采用較低的注塑壓力，可通過調整注塑機的壓力控制參數來實現。

2. 調節熔體溫度：嚴格控制機筒溫度，以 PA9T 的熔點為主要依據，同時考慮注塑機類型、制品形狀和尺寸等因素。一般機筒中段溫度要高于熔點 20 - 40℃、低于分解溫度 20 - 30℃，前段溫度比中段溫度低 5 - 10℃，后段（加料段）溫度比中段溫度低 20 - 50℃。確保加料口處冷卻有效，防止物料過早熔化。使用高精度的溫度控制系統，并定期校準溫度傳感器，保證溫度波動范圍在 ±5℃以內。

3. 合理設置背壓：在保證制品質量的前提下，盡量采用較低的背壓。如果發現材料存在團聚現象，可適當提高背壓，但要密切觀察產品質量變化。對于纖維類導電填充物，更要謹慎控制背壓，避免過高背壓對其造成破壞。

4. 優化模具溫度：根據產品的性能要求和厚度，合理設置模具溫度。對于要求表面電阻均勻性高的產品，可適當提高模具溫度，以減小表層和芯層的性能差異。但模具溫度過高會延長成型周期，增加成本，需綜合考慮。一般制品厚度小于 3mm 時，模具溫度可設置為 20 - 40℃；3 - 6mm 時，為 40 - 60℃；6 - 10mm 時，為 60 - 90℃；大于 10mm 時，為 100℃左右。同時，要確保模具溫度均勻，可采用隨形冷卻技術，根據制品形狀定制冷卻水道。

5. 調整澆口尺寸與位置：在模具設計階段，合理設計澆口尺寸和位置。增大澆口尺寸，可降低澆口處的剪切力，有利于導電網絡的形成。選擇合適的澆口位置，使熔體在模具型腔中均勻流動，減少因流動不均導致的表面電阻差異。對于大型或復雜形狀的產品，可考慮采用多個澆口。

6. 優化保壓壓力與時間：提高保壓壓力，有利于導電填充物在塑料中的分散，可根據產品實際情況，適當增加保壓壓力，但要注意避免產品出現飛邊等缺陷。同時，合理設置保壓時間，確保產品在保壓階段能夠充分壓實，使導電填充物分布更均勻。保壓時間一般根據產品厚度和尺寸確定，可通過試模進行優化。

（二）改善材料混合與處理

1. 優化混合工藝：采用高速混合機或雙螺桿擠出機進行混合，確保抗靜電劑與 PA9T 樹脂充分均勻混合。在使用高速混合機時，根據原料特性和抗靜電劑添加量，精確設定攪拌速度和時間。一般攪拌速度控制在 800 - 1200r/min，混合時間保持在 8 - 15 分鐘。對于雙螺桿擠出機，要合理調整螺桿轉速、溫度和喂料速度等參數，使物料在擠出過程中得到充分混合和塑化。

2. 增強相容性：添加相容劑，如馬來酸酐接枝 PA9T，增強抗靜電劑與 PA9T 樹脂的相容性。在混合前，還可對原料進行預處理，例如將抗靜電劑進行表面改性，使其與 PA9T 樹脂更好地結合。選擇相容性好的抗靜電劑和 PA9T 樹脂牌號，也有助于提高混合效果。

3. 確保材料干燥：PA9T 易吸濕，吸濕后會影響加工過程和產品性能，如熔體粘度下降，制品表面出現氣泡、銀紋等，同時也會影響抗靜電性能。成型前必須進行干燥處理，可采用真空干燥或常壓熱風干燥。真空干燥溫度為 85 - 95℃，時間 4 - 6 小時；熱風干燥溫度為 90 - 100℃，時間 8 - 10 小時。干燥后的 PA9T 料不宜長時間放置在空氣中（不超過 1 - 3 小時），應盡快投入生產。

（三）模具維護與設計優化

1. 模具維護：定期對模具進行清潔和維護，清除模具表面的污垢、殘留物料和脫模劑等，防止其影響產品表面質量和抗靜電劑的分布。檢查模具的磨損情況，特別是澆口、流道等部位，如有磨損及時修復或更換。對模具表面進行拋光處理，確保表面粗糙度符合要求，減少因模具表面不平整導致的表面電阻不均。

2. 模具設計優化：在模具設計階段，充分考慮產品的結構和導電性能要求。優化模具的流道系統，使熔體在模具中均勻流動，減少壓力損失和剪切力差異。對于復雜形狀的產品，合理設計分型面和排氣系統，確保熔體能夠順利填充模具型腔，避免出現氣穴、熔接痕等缺陷，這些缺陷可能影響產品的導電性能和表面電阻均勻性。在模具的拐角部位設計足夠大的圓弧，減少熔體流動時的阻力和對炭黑結構的破壞。

（四）質量檢測與過程控制

1. 表面電阻測試：采用高精度的表面電阻測試儀器，如美國 PROSTAT 生產的 PRS - 801 表面電阻測量套裝系統，對產品表面電阻進行準確測量。根據產品的使用要求和標準，確定合理的表面電阻范圍。在生產過程中，定期對產品進行抽樣檢測，及時發現表面電阻不均的問題。

2. 過程監控：使用壓力傳感器實時監測注射壓力和擠出壓力，通過反饋控制系統自動調節，使壓力波動控制在合理范圍內。對注塑速度、螺桿轉速等參數也進行實時監控，確保生產過程的穩定性。記錄生產過程中的各項工藝參數和產品質量數據，建立質量追溯體系，便于分析表面電阻不均問題產生的原因，并采取相應的改進措施。

3. 環境控制：控制加工車間的溫濕度，將溫度控制在 20 - 28℃，相對濕度保持在 40% - 60%。避免環境溫濕度變化對材料性能和抗靜電劑分散產生不利影響。對原料進行嚴格的防潮儲存，在使用前再次進行干燥處理，確保原料含水量符合加工要求。

通過對以上原因的深入分析和采取相應的解決措施，能夠有效避免抗靜電 PA9T 注塑成型過程中表面電阻不均的問題，提高產品的抗靜電性能和質量穩定性，滿足不同行業對高性能抗靜電塑料制品的需求。在實際生產中，還需不斷總結經驗，根據具體情況進行優化和調整，以達到最佳的成型效果。