寻找注塑表面缺陷的根源

寻找注塑表面缺陷的根源

 

 

    表面缺陷是制品应力感生的结果,不同的表面缺陷形态有着不同的形成原因,探寻这些原因并加以避免是获得高品质产品的必经之路。

    对于注塑制品而言,表面缺陷是常见的质量问题。一般,可见的表面缺陷包括开裂、银纹、纹道、波纹、波痕和脆化等。这些缺陷不只会影响制品的外观,更主要的,它们还表明制品的成型过程是失败的。通常,这些表面缺陷是由制品的内外应力超过制品本身的强度而引起的。这种应力感生的缺陷与生产环境、加工工艺及聚合物材料本身有关,有时还涉及到模具或制品的设计。因此,近距离地观察一下制品缺陷的样子,能够帮助我们找到解决问题的方法。

   常见的表面缺陷各有其自身的特点。例如,纹道(或者波纹、波痕)通常出现在流体的前缘。当流峰出现停顿、压力聚集,接着再向前流动一小段距离,然后再停顿时,就会形成纹道。这种缺陷与流峰压力不足或者注射速度减缓有关。脆化则是由过度充模或充模不足引起的。此外,聚合物的污染或降解,或者接触了环境应力开裂介质等,也会引发脆化问题。开裂既可出现在制品的局部,也可在整个部件上出现。银纹则是由细线或小裂纹引起的发白现象,通常局限在一个小区域上。

检查工艺和聚合物

    通常情况下,表面波纹可能是由以下3种加工问题之一而引起的,包括:压力或体积问题、位置或转移问题,少数情况下也可能是温度问题。

    一般,对{dy}阶段充模压力的限制或者对速度控制的不到位是波纹产生的根源。因此需要仔细检查{dy}阶段的{zg}压力,这个值应该比{dy}阶段的限定压力值低200~400psi(14~28kg/CM2)。此外,如果第二阶段的保压压力、速度或熔体体积降低,也会引起波纹的产生,此时应尽可能地提高保压压力和速度。

由{dy}注射阶段向第二注射阶段转换的过程中,不正确的定位也会引起可见缺陷。比如,当第二阶段的保压压力被降低了300psi(21kg/CM2),并将其转化为塑化压力时,或者,如果在机器不能完成这一转化的情况下,将第二阶段的保压时间减为0时,都会导致制品只有95%~99%的充满。对于薄壁制品而言,其表现就是在浇口附近出现轻微的充模不足。

 

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图2 对于开裂缺陷,尤其是出现在薄壁制品上的开裂,可能是因为注射速度过快引起的。为此,需要尝试改变注射速度,或者移动浇口位置

    显然,在{dy}注射阶段到第二注射阶段的转换过程中,不恰当的充模会导致可见缺陷的产生。要弥补这一点,关键在于改善液压转换的响应性能。在转换时,应将压力提高到转换点,然后使其迅速下降到第二阶段的设定压力值。如果压力降到低于第二阶段的设定值,流峰就可能出现停顿,黏度提高。当出现这种情况时,就意味着需要修理设备了。

    过低的熔体温度或模具温度是导致缺陷的另一个根源。利用热探针技术或合适的红外传感器可检查熔体的温度,以确保熔体温度处于材料供应商推荐的范围内。

    对于开裂、银纹或者脆化问题,应寻找与加工相关的应力原因,如注射太快或太慢。注射过快会使分子取向度过高,这对于薄壁制品而言尤其如此。因此,要考虑浇口分布的合理性,以此提供合适的分子取向以及熔接线分布。可以尝试快速和慢速注射制品,从中来观察取向结果。

    如果制品恰好在脱模后发生开裂或产生银纹,那么{zh0}在制品顶出前对其进行检查,然后彻底减慢顶出速度,看问题是否继续发生。如果问题出在顶出方面,就应看看模具的脱模倒角是否合理。通常,在顶出方向上不恰当的抛光、太高的顶出速度以及顶出区域不够大等,都会引起这类问题。

    过度充模或充模不足会引起制品的脆化。这是因为,这两种情况都会导致制品内应力过高,特别是在浇口附近。一般,在浇口处的过度充模会引起聚合物链之间被压缩得太紧密。

    在室温下,过度充模制品的分子链仍会做一点自由移动,但是在低温下,制品收缩则使分子链间挤压过度而导致开裂。通常,堆积过紧的分子链会产生残余压缩应力,使得制品变脆。此外,当浇口附近充模不足时,会引起聚合物分子链在冷却时太松散,导致拉伸应力的产生,从而削弱浇口附近的强度。

    要检查充模是否过度或不足,可进行浇口密封分析,以此来确定制品冷却或浇口封闭需要多长时间,同时测试浇口密封和不密封情况下的制品性能(根据应用需要确定)是否有所不同。

    此外,热循环检测对于避免制品的翘曲缺陷是十分重要的,因为翘曲缺陷是制品在由热变冷、然后再变热的过程中引发的。因为分子在受力下会试图xx应力,因此热循环会告诉你分子是处于应力状态还是松弛状态。

设计缺陷

    有时,发生在熔接线处的开裂可能是由浇口位置不合适引起的。通常,合适的浇口位置是使熔接线处于应力{zd1}的区域,如果可能,应该将浇口设计在与流峰交汇处有一定距离的地方,这能够提高熔接线强度。

    此外,局部缺陷也可能与模具或者制品的设计有关,如尖锐的转角等。尖锐的转角会引起应力集中,这就像是一个切口,产生应力然后向四周扩散,而转角半径能将负荷扩散出去。由于一些树脂具有很敏感的切口效应,例如聚碳酸酯比ABS具有更敏感的切口效应,因此很多制品会选择使用PC/ABS共混物。

降解问题

    当开裂或者脆化发生在整个制品上时,可能是由聚合物在加工过程中的某些加工条件引起的。{zd0}的可能是加工温度过高或者发生水解而引起分子链的降解。通常,降解会使分子链变短,熔体流动性提高,但材料性能则明显降低。

    利用科学的成型理论和黏度控制方法,加工商需要检查从{dy}注射阶段到第二注射阶段转换时的熔体压力,看看是否比通常状态下低。一般,过低的熔体黏度可能是降解发生的信号。

    如果想要了解降解问题是否是由温度引起的,可以采用热探针或者IR传感器来检查熔体温度,必要时应对温度进行调节。此外,还应检查整个机筒的加热情况和占空比,看看控制器的PID回路是否正常?加热器是否需要周期性供电?是否需要持续开启或关闭加热器?

    同时,树脂在机筒内的停留时间也非常重要。一般,树脂在高温下停留时间过长,也会引起降解问题。当机筒和螺杆受损时,容易导致树脂停留时间变长。因此,要经常检查机筒和螺杆的状态,以及挡圈或者止回阀,看看它们是否有破裂或缺口。

    如果是水解引起的降解,应检查聚合物是否为耐水解类型,及其在机筒内与水反应的{zd1}含量是多少。通常,水能够将长分子链剪断变成短链(聚酯、聚碳酸酯、缩醛、尼龙和TPU都易水解,但是聚苯乙烯、聚烯烃和丙烯酸酯类不易水解)。为了避免这类问题,应随时检查干燥机是否运行良好,干树脂在加入到注射机前是否重新吸收了水分。

再生与着色

    如果再生料降解或受到污染,制品可能会产生开裂或者脆化现象。因此,需要检查一下再生料的用量和品质,并与100%生料的制品做一下比较。通常,局部着色不佳或含有异物,或者再生料与生料不匹配,都会导致上述问题的发生。

    此外,还需要确定聚合物的熔融指数(MFR)。为此,应与粒料供应商联系,看看聚合物的MFR是否与供应商提供的MFR相符。当树脂中加有填料(如玻纤)时,其加工前后的MFR会有很大的差距,因为螺杆会打碎玻纤。

    如果错误地使用了着色剂的类型或添加量,也会引起开裂问题。因此,检测色母粒的稀释比例以及色母粒载体树脂的类型也非常必要。另外,局部开裂或者整体开裂可能是由于溶剂、表面活性剂或者化学添加剂引起的,对此,应检查模具或者制品的清洁和处理操作规程,找到可能的影响因素,如皂类、油或者表面活性剂等。经之路。

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