高韧性 PE 注塑模具材料深度解析
一、PE 特性对模具材料的核心需求
聚乙烯（PE）作为用量最大的热塑性塑料之一，其注塑成型对模具材料的韧性提出严苛要求。不同 PE 品类的性能差异直接决定
模具材料选型逻辑：高密度聚乙烯（PE-HD）密度范围 0.94-0.97 g/cm³，拉伸强度 25-30 MPa，虽刚性较强但冲击韧性有限；
超高分子量聚乙烯（PE-UHMW）分子量超 3.5×10⁶ g/mol，断裂伸长率可达 300%-500%，缺口冲击强度超 150 kJ/m²，成型
时对模具型腔的冲击载荷显著更高。
PE 注塑的共性难题加剧了对高韧性材料的依赖：其热膨胀系数高达 10×10⁻⁵/°C-20×10⁻⁵/°C，成型过程中冷热循环产生的热应
力易导致模具微裂纹；熔体流动时的剪切力与保压阶段的压力波动，会对模具型腔表面形成反复冲击。某注塑企业数据显示，普
通模具钢在 PE-UHMW 成型中，因韧性不足导致的早期开裂占模具失效总数的 62%，直接影响生产稳定性。
二、主流高韧性模具材料性能与适配场景
（一）紧实型预硬模具钢
以 M2833D 和 M238 为代表的紧实型钢材，是 PE 注塑的基础优选材料。经真空热处理后，其硬度可达 30-35 HRC，冲击韧性保持
在 45-55 J/cm²，能有效抵抗 PE 熔体的周期性冲击。这类钢材通过优化合金成分控制晶粒度在 10 级以上，减少了杂质导致的应力集
中点，在 PE-HD 薄壁制品成型中表现尤为突出，模具寿命较普通 45# 钢提升 3 倍以上。
M238 钢的耐腐蚀指标可满足一般 PE 成型需求，在 80°C 湿热环境下连续使用 3000 模次后，表面无明显锈蚀。某家电企业采用 M238
制作洗衣机 PE 内桶模具，成功解决了原用材料因韧性不足导致的分型面开裂问题，单模寿命突破 8 万模次。
（二）耐腐蚀高韧性模具钢
S136H 作为析出硬化型不锈钢，在 PE 注塑尤其是含改性剂的 PE 成型中优势显著。其经 1020°C 淬火 + 480°C 回火后，硬度达 40-45
HRC，冲击韧性仍保持 38 J/cm²，同时具备优异的耐化学腐蚀性，在模拟 PE 加工环境的酸液浸泡试验中，腐蚀速率仅为 0.002 mm / 年。
在食品级 PE-UHMW 制品生产中，S136H 的抛光性能可使模具型腔粗糙度达 Ra0.02μm，配合其高韧性特性，有效避免了脱模时因制品
粘模导致的型腔损伤。某医疗设备厂使用 S136H 制作 PE-UHMW 关节假体模具，模具无裂纹运行达 12 万模次，制品脆裂率从原有的
1.8% 降至 0.3%。
（三）粉末冶金高速钢
对于高填充 PE（如玻纤增强 PE）成型，粉末冶金高速钢（如 ASP-60）展现出独特优势。其通过粉末冶金工艺实现成分均匀性，硬度可
达 60-65 HRC，冲击韧性仍维持在 25 J/cm² 以上，耐磨性为普通模具钢的 5-8 倍。在含 30% 玻纤的 PE-HD 成型中，ASP-60 模具的使
用寿命较 S136H 延长 2.7 倍，且无明显型腔崩裂现象。
三、材料性能优化与工艺适配技术
（一）热处理工艺控制
真空热处理是保障模具钢韧性的关键手段。M2833D 钢采用 860°C 保温 2 小时 + 油冷的淬火工艺，配合 550°C 三次回火，可使碳化物均
匀析出，避免常规热处理导致的韧性下降。实测数据显示，经真空热处理的 M2833D 钢，冲击韧性较空气冷却处理提升 40%，且硬度波
动范围控制在 ±2 HRC 内。
对于 S136H 钢，采用分段升温的固溶处理（850°C 预热 + 1050°C 固溶），可减少热应力积累，后续时效处理中通过精准控制保温时间
（4-6 小时），能实现硬度与韧性的最佳平衡。某模具厂的对比试验表明，优化热处理后的 S136H 模具，在 PE-UHMW 成型中裂纹发生
率降低 75%。
（二）表面强化处理
针对高冲击场景，模具表面可采用气体氮化处理，形成厚度 5-10μm 的氮化层，表面硬度达 700-800 HV，而心部仍保持良好韧性，形成
"硬壳韧芯" 结构。在 PE-UHMW 大型制品成型中，经氮化处理的 M238 模具，型腔表面抗冲击磨损能力提升 2 倍以上。
对于腐蚀性较强的 PE 改性料成型，可采用物理气相沉积（PVD）技术镀制 TiN 涂层，涂层厚度控制在 2-3μm 时，既能保证表面硬度
（1800-2000 HV），又不会因涂层脆性影响整体韧性。某化工企业应用表明，TiN 涂层 S136H 模具在含阻燃剂 PE 成型中，使用寿命延长
至未处理模具的 3.2 倍。
四、材料选型与质量控制要点
（一）科学选型方法
模具材料选型需建立 "PE 品类 - 制品特性 - 成型条件" 三维匹配模型：PE-HD 通用制品优先选择 M238 钢，综合成本与寿命性价比最优；
PE-UHMW 高冲击制品应选用 S136H，确保冲击韧性≥35 J/cm²；玻纤增强 PE 制品则需采用 ASP-60 等粉末冶金钢材，且耐磨性需满足
ASTM D4060 标准中的体积磨损量≤0.5 mm³。
选型时需验证关键性能指标：硬度应控制在 30-45 HRC（预硬钢）或 55-65 HRC（淬火回火钢），冲击韧性（夏比 V 型缺口）不低于
20 J/cm²，同时需检测材料纯净度，非金属夹杂物等级应≤GB/T 10561 中的 2.0 级。
（二）质量检测与维护
模具投产前需通过超声波探伤检测内部缺陷，确保无≥φ0.5mm 的气孔或裂纹；使用过程中建立定期检测机制，每 2000 模次检查型腔
表面有无微裂纹，通过磁粉探伤可发现 0.1mm 以下的早期裂纹。
五、结语
高韧性 PE 注塑模具材料的选择与应用，本质是平衡硬度、韧性与耐腐蚀性的系统工程。M238、S136H 等主流材料的性能特性已形成明确
适配标准，通过真空热处理、表面强化等工艺优化，可进一步释放材料潜力。未来随着 PE 改性技术的发展，兼具更高韧性与耐温性的新型
模具钢将成为研发重点，而精准的选型方法与严格的质量控制，始终是解决 PE 制品成型脆裂难题的核心保障。
