双色注塑的概念、工艺及应用

双色注塑的概念、工艺及应用

双色注塑（2K molding 或 two shot molding）是一种在一次注塑成型过程中将两种不同塑料或不同颜色的塑料结合成一体的工艺。这种技术在工业制造中有着广泛的应用，特别是在需要同时实现不同功能和外观要求的产品中。本文将详细介绍双色注塑的概念、工艺特点、优缺点、应用领域以及材料选择和设计指南。

双色注塑的概念

双色注塑（2K molding 或 two shot molding）是指在一次注塑成型的加工过程中把两种塑料（或两种不同颜色的塑料）成型成一体的工艺。在本文中，第一种注射材料称为基材材料，第二种注射材料称为覆盖材料。双色注塑模具最常见的形式是两个相同动模要对应两个不同的定模型腔。

在第一次基材材料注射后先开，然后动模利用注射机可旋转结构旋转180°，再合模并采用与第一次注射不同色的原料或不同原料（覆盖材料）进行第二次注射。

第二次开模后，已完成两次注射的凸模进行脱模动作。

第一次基材材料注射和第二次覆盖材料注射是同时进行的，要求注射机上有两个注射喷嘴 ，分别注射不同颜色或不同的基材和覆盖材料。

双色注塑示意图

双色和多色注塑机器示意如图所示。

双色和多色注塑机示意图

日常生产中双色注塑最典型的案例就是牙刷。牙刷就是一个软硬塑料结合的产品。牙刷的主体部分使用硬的塑料，以提供足够的强度；在手接触的部分，使用软的塑料，以保证触感；同时双色注塑还可以为牙刷提供丰富多彩的外观。

双色注塑与嵌件注塑的区别

双色注塑与嵌件注塑（或包胶注塑）的区别在于：

1. 嵌件注塑使用普通的注塑机器，产品从一套模具中出模取出后，再放入另外一套模具中进行第二次注塑成型。所以，嵌件注塑通常由2套模具完成，而不需要专门的双色注塑机。双色注塑是在双色专用注塑机一次性同时注塑成型两种塑料。两种塑料在同一台注塑机上注塑，分两次成型，但是产品只出模一次的模具。所以双色注塑通常由一套模具完成，并且需要专门的双色注塑机。

2. 双色注塑的整个过程中塑料都是处于熔融状态，没有冷却收缩，这意味基材材料与覆盖材料之间有机会形成牢固的化学链接，强度高，同时减小毛边发生的风险。

3. 相对于嵌件注塑，双色注塑不需要嵌件的放入过程，成型周期更短，更有效率，同时质量也更高。

双色注塑的优缺点

双色注塑的优点

1. 增加产品设计灵活性
   双色注塑可以把多种功能集成一个塑料件上，例如柔感表面、人体工学设计、双色外观、品牌标识、特性改进、减噪、减震、防水和防撞等，可以节省设计空间和减少零部件数量等。

2. 减少工程数以降低成本
   一次注塑成型过程可以完成多功能的塑胶件，减少二次加工。

3. 不同塑料通过化学链接集成于一体，质量更高，强度更好。

双色注塑的缺点或限制性

1. 需考虑两种塑料间的兼容性
   因不同塑料，其化学性质不同，其兼容性将直接影响结合面之结合强度和结合效果，并非所有的塑料之间都具有很好的兼容性。

2. 塑料之收缩率差异要小
   差异过大将影响结合面结合强度，并可能造成产品的翘曲。

3. 成品形状不宜太复杂

双色注塑的应用

1. 应用于电源开关、手机按键、汽车开关等，满足部分导光或透光的要求。

2. 应用于手持产品上，例如对讲机外壳、牙刷柄、电动工具把手、扳手和保温杯等，以改善手感；

3. 应用于有多种颜色外观要求的产品，例如键盘，使用双色注塑，既漂亮又不担心在使用时会被摩擦掉。

4. 应用于局部要求电镀的产品，例如功能手机的按键等。
   在塑料家族中,只有ABS和聚砜(PSU)表面可以电镀，如果要求产品的局部区域或者单侧需要电镀，就要把电镀区域注射为ABS，把不需要电镀的区域注射为其他材料如PC等。

5. 应用于需要防水的的产品，实现防水的要求。

双色注塑的材料选择

塑料不同，其化学性质不同，其兼容性将直接影响双色注塑的结合强度及结合效果。
所以，在进行双色注塑产品设计时，首先最重要的是选择最合适的基材材料和覆盖材料。

1. 选择兼容性好的基材材料和覆盖材料，常见塑料的兼容性如图所示。

上图仅仅可以作为通用性的选择指南。在选择具体的材料型号时，最好是同塑料供应商联系，寻求更专业的意见。
如图RTP公司的不同TPE型号，尽管都属于TPE系列，但是与塑料的兼容性存在较大差异（X表示兼容性好）。

2. 基材材料和覆盖材料的熔化温度的差异不超过30~60°。常见塑料的熔化温度如下图所示：

3. 基材材料和覆盖材料的热膨胀系数CTE尽量相近。

4. 基材材料和覆盖材料的收缩率尽量相近。

5. 避免无定形塑料和半结晶塑料的结合。

6. 基材材料的HDT应该更高；

双色注塑的设计指南

双色注塑的产品设计需要遵循以下设计指南：

1. 内部结合面的设计
   基材材料与覆盖材料的结合强度取决于材料之间的兼容性、制程温度、结合面、成型顺序和内部结合面机械互锁结构的设计。
   首先，应当尽量增加结合面的面积，从而增加结合强度。
   当内部结合面太小时，一方面可以在结合面上通过咬花增加粗糙度，另一方面可以设计机械互锁结构。
   其它的机械互锁结构如下所示：

2. 外观配合面处的设计
   第一次注射和第二次注射时的外观配合面处的设计非常具有挑战性，必须提供足够的结合强度，否则很容易产生飞边、毛刺、卷边和剥落等，特别是软硬塑料的双色注塑。常见的外观配合面设计包括台阶式和凹槽式两种：

3. 壁厚均匀和避免尖角等
   双色注塑是注塑成型的一种，所以注塑的DFM设计指南，例如壁厚均匀、避免尖角和均匀过渡等，双色注塑也必须遵守。

4. 脱模斜度
   脱模斜度对于双色注塑很重要，因为脱模斜度决定了在旋转过程中，零件是附着在哪个模具上。
   在第1次注射时，零件应该是附着在动模上；在第二次注射时，零件应该是附着在模具顶出侧。

在第1次注射后，如果零件表面与另一个定模直接配合，应当保证该平面具有足够大的脱模斜度，以避免在合模时刮伤。

5. 重量差异
   基材材料与覆盖材料的重量差异不能太大，否则会影响成型周期和注塑压力等。

扩展阅读

双色注塑是相对比较复杂的工艺，其中的水还比较深，以上仅仅是做一个简单性的介绍；
工程师在设计相关具体产品之前，建议去搜索、阅读更多的资料。以下是我搜集的与双色注塑有关的资料。

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