《塑料包覆成型工艺完全指南》

塑料包覆成型在注塑行业中被广泛应用，用于提升零部件的表面质量。它有助于制造商满足产品在安全性、舒适性和有效性方面的要求。例如，餐具和手持工具的设计就旨在增强其握持感。 工程师们采用塑料包覆成型技术，在工具手柄上添加特定纹路，以防止使用时打滑。包覆成型与嵌件成型相似，因为它们都采用注塑成型工艺。 然而，传统嵌件成型通常是指在金属表面周围附着塑料或橡胶，而在定制非标制造中的包覆成型则是一个更广泛的类别。它既包括双色注塑成型，也包括拾放法，用于将柔性材料附着在预先成型的刚性塑料基材上。.

有些人认为包覆成型是一种表面处理工艺，仅仅是因为它能改变产品的外观。然而，这种看法并不准确。 包覆成型实际上是一种多材料注塑成型工艺。虽然包覆层确实具有密封和美观的作用，但它却是零件成型过程中的核心步骤——而非在主体部件生产完成后才施加的“锦上添花”式的表面处理。.

本指南介绍了包覆成型工艺，并详细说明了相关步骤。.

包覆成型有多重要？

在包覆成型过程中，基材会被二次材料部分覆盖或包裹。在大多数情况下，包覆成型中使用的基材是橡胶或热塑性塑料，最终形成单一的集成产品。包覆成型在制造业中有广泛的应用。.

人体工学与美学

许多定制塑料产品采用尼龙、ABS或PC等刚性工程热塑性塑料制造，以确保结构完整性。然而，这些硬质表面在长时间使用时可能会导致使用者感到不适，且握持时缺乏摩擦力。 通过包覆成型工艺，可在这些产品表面添加一层弹性体，从而在使用过程中均匀分散作用于用户手部的压力。包覆成型还在设备手柄上形成凹槽，以防止设备从用户手中滑落。对于车间中的锤子而言，这是一项非常重要的安全考量。.

在电动工具操作中，塑料包覆成型有助于减缓冲击和振动，从而保障人体工学安全。包覆成型中使用的某些材料（如软弹性体）能够吸收操作过程中产生的振动。 与硬质塑料相比，专用弹性体包覆成型件可将高频振动降低20-30%，这种显著的减震效果对于最大限度降低工业环境中操作人员患上手臂振动综合征（HAVS）的风险至关重要。 ^[1].

包覆成型的作用不仅限于安全方面，还能为成型产品增添美观性。在此工艺中，可在模具上涂覆不同颜色的层。这些颜色层随后会转移到最终产品上。 例如，尺寸相似的钳子可以提供不同的颜色选择。这些颜色的差异可以成为制造的塑料模塑产品市场营销的重要因素。.

防水和密封用途

包覆成型有助于在电子元件、开关、外壳接口和连接器周围形成防水密封。 该工艺将弹性体永久性地粘合到基材上，形成能够适应所有复杂几何形状的连续屏障。这种连续密封的优势解决了传统垫片和O型圈需要额外装配的难题。包覆成型有助于提高产品可靠性，特别是对于暴露在雨水、潮湿环境和清洁化学品中的产品。 作为定制制造商，First Mold 将包覆成型作为一种可靠手段，用于实现更高的防护等级（IP 等级，如 IP67 或 IP68），这些等级符合 IEC 60529 标准中关于防水防尘的严格要求，从而确保产品在恶劣环境中的长期可靠性。 ^[2].

 下表总结了包覆成型在解决密封难题方面的主要应用：

劳动力成本

大多数专门从事注塑成型的工程公司都致力于优化其制造流程，以此作为践行“工业4.0”原则的战略。实现这一目标的策略之一，就是用包覆成型取代传统的制造装配工艺。将多个部件和功能整合到单个注塑件中，可以显著减少人工操作。 实际上，制造商由此实现了生产的一致性，并获得了较高的设备综合效率（OEE）。.

尽管与装配等传统方法相比，包覆成型工艺的模具成本相对较高，但其运营成本却相对较低。以电动工具的生产为例：采用传统制造工艺时，生产一款简单的电动工具需要经过一系列制造工序，而通过包覆成型工艺，这些工序可以得到简化。.

在传统无绳电钻的组装过程中，我们需要单独注塑成型的外壳、独立的橡胶握把、粘合剂涂覆、手工定位、固化时间以及质检。所有这些工序都需要花费更多时间，且人力成本更高。.

通过包覆成型，我们减少了所需的操作人员数量，缩短了生产周期，降低了在制品库存，并提高了尺寸的一致性。.

包覆成型工艺是什么？

包覆成型是一个从设计到脱模的多步骤工艺。.

1. 设计

包覆成型工艺的设计阶段至关重要，因为它决定了最终产品的功能、美观和制造要求。通常在这个阶段需要做出关键决策，以消除可能出现的缺陷，如缩痕、翘曲和分层。 在设计室中，我们运用模流分析、CAD和CAE等不同软件来优化工艺参数，并预测最终产品的特性。设计过程涵盖多个方面，包括材料相容性、粘合机制、壁厚、浇口位置、脱模斜度和收缩率等。.

材料兼容性

选择合适的包覆成型材料与基材结合，是一项至关重要的设计方法。包覆成型材料可通过多种方式与基材结合，例如化学粘合、机械咬合、分子扩散或表面能吸引。 有效的材料相容性可增强粘合强度，防止剥离，并确保包覆层不会从基材上脱落。下表总结了与基材相容的各种包覆层材料。.

壁厚

在包覆成型工艺中，设计均匀的壁厚旨在确保材料流动的一致性、尺寸稳定性以及冷却均匀性。这有助于最大限度地减少缺陷。  此外，通过保持壁厚均匀，还可以防止出现空洞、缩短循环时间并最大限度地减少翘曲。壁厚不应过厚，以免冷却速度过慢。另一方面，壁厚过薄则可能导致填充不完全或注塑不足。下表总结了不同材料的推荐壁厚。.

闸口位置

为了实现均衡填充并有效防止缺陷，必须正确布置浇口。正确布置浇口可最大限度地减少焊缝线，降低残余应力，并降低所需的注射压力。常见的浇口位置包括边缘浇口、扇形浇口和潜水式浇口，如下图所示。.

收缩

所有热塑性塑料在冷却过程中都会收缩。在设计阶段，工程师会根据所需的或预期的收缩率，通过加大模具型腔尺寸来补偿这种收缩。该估算依据以下公式进行：

S = (L_m – L_p) * 100%/L_m

地点

S= 收缩率 (%)

Lm= 模具型腔尺寸

Lp= 最终零件尺寸

然而，包覆成型会产生受限收缩，因为刚性基材在物理上限制了二次材料的自然收缩。工程师通常必须结合该公式和模流分析，以准确确定型腔尺寸并防止翘曲。.

2. 基板的制造

经过设计考量后，团队开始制造基体部件，随后在该基体上进行二次材料包覆成型。该基体是产品的框架，决定了最终产品的结构、尺寸和功能特性。基体的制造材料根据具体应用场景进行选择。 这意味着基体可以由热塑性塑料、金属或复合材料制成。在基体的制造过程中，会选用数控加工、注塑成型、增材制造、压铸和冲压等不同工艺。所选工艺必须确保基体具备足够的机械强度、精确的尺寸以及良好的表面附着力。.

塑料基板通常通过注塑成型制造，具体步骤如下：

1. 塑料颗粒
2. 物料干燥
3. 桶中融化
4. 模具注塑
5. 装箱与存放
6. 冷却
7. 弹射
8. 成品基板

当需要高导热性、高机械强度和高耐磨性时，会选用金属基材。这些基材通常通过数控加工、锻造、压铸、金属冲压或金属注射成型等工艺制造。 然而，在制造完成后，工程师通常会对这些基板进行表面处理、去毛刺、化学清洗或喷砂等二次加工。.

3. 表面处理

基材与包覆成型材料之间的粘合程度取决于基材的状况。因此，必须对两种材料的表面进行妥善处理，以确保包覆成型工艺的有效性。 未经处理的表面通常存在污染物、发生氧化、表面能较低，或者过于光滑导致附着力不足。这会导致部件剥离、分层，并造成部件过早失效。.

在进行包覆成型之前，我们需要对表面进行预处理，原因有以下几点。首先，我们要清除灰尘、油污、氧化物和脱模剂等污染物。这些污染物可能会影响基材与包覆成型材料之间的粘合。其次，预处理可以提高材料的表面能。我们将这种表面能称为表面润湿性。 第三，表面处理能增强基材与包覆成型材料之间的机械咬合。.

对于需要长期保持粘接完整性的应用而言，表面处理是一项必不可少的要求。此类应用包括航空航天部件、汽车传感器、防水电子设备以及电气连接器。 在进行表面处理时，可以采用多种方法。其中，等离子体处理是一种广泛应用的方法。该方法通过等离子体放电产生高能离子和电子，从而对表面进行清洁并提高表面能。.

其他方法包括电晕处理、火焰处理、化学蚀刻和激光纹理化。.

4. 装入插件

在此阶段，将制造好的基板或嵌件精确定位在二次注塑模具中，然后注入包覆注塑材料。为了获得最佳的最终产品质量，必须以最高精度将基板放入模具中。 如果嵌件装入位置不正确，可能会导致包覆成型材料对位不准，从而产生飞边并导致粘合不良。包覆成型过程中产生的大部分废品都是由于嵌件定位不准造成的。为避免这些错误，大多数制造商倾向于采用自动化处理系统。. 

5. 二次注射

此阶段定义了包覆成型工艺。将TPE、TPU或其他工程热塑性塑料等熔融聚合物注入模具型腔，使其流过已定位的基材周围。当材料与基材接触时，会通过化学或机械方式与基材结合。 您需要在此阶段精确控制加工参数，因为这些参数决定了最终产品的整体质量。.

该工艺首先将聚合物颗粒送入加热的料筒中。料筒内有一根旋转的螺杆，负责将颗粒向前输送。 随着颗粒被向前推送，加热带会提高其熔融温度，同时螺杆与聚合物之间的摩擦也有助于聚合物的熔融。这最终形成了均匀的熔融聚合物。熔融聚合物不断在螺杆前端积聚，直到积聚的体积足以进行注射成型。.

随着往复螺杆持续向前移动，它将积聚的熔融聚合物挤压通过喷嘴、浇口、流道系统和浇口，注入模具型腔。在型腔内，熔融材料流经基材周围，从而实现粘合和固化。一旦熔融材料在基材周围固化，便开始冷却。 随后，顶针将最终产品顶出。下表总结了加工参数。.

注：精确的熔体温度取决于待粘合的具体聚合物牌号。将二次注射的熔体温度严格控制在材料的热加工窗口范围内，对于在不熔化或降解底层定制基材的情况下实现牢固的化学粘合至关重要。 ^[3].

结论

包覆成型通过结合不同材料，能够增强产品的功能性、耐用性、人体工学性能和美观度，从而为制造挑战提供多功能的解决方案。希望为产品增添柔触感外观以增强握感或“手感”，并呈现出吸引消费者的时尚外观的制造商，正是包覆成型的理想选择。 如果您需要一个集多种材料和颜色于一体的单体实心部件，包覆成型是您的理想解决方案。.

参考资料

[1] Bernard, B. P., Nelson, N., Estill, C. F., & Fine, L. (1998). 《美国国家职业安全卫生研究所（NIOSH）对手臂振动综合征的综述：警惕至关重要》。. 《职业与环境医学杂志》，第40卷(9)，780-785。美国疾病控制与预防中心（CDC）文献库。摘自 https://stacks.cdc.gov/view/cdc/196388

[2] 国际电工委员会。（2013年）。. IEC 60529:1989+AMD1:1999+AMD2:2013 CSV 合并版：外壳提供的防护等级（IP 代码）. 。摘自 https://webstore.iec.ch/publication/2452

[3] Awaja, F., Gilbert, M., Kelly, G., Fox, B., & Pigram, P. J. (2009). 《聚合物的粘附》。. 《聚合物科学进展》，第34卷(9), 948-968. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.04.007