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如何從材料、模具、注塑機和工藝方面解決注塑成型缺陷(二)

2017-08-04 16:57:06 PVC注塑機-東華機械 閱讀

溫馨提示:續上篇(如何從材料、模具、注塑機和工藝方面解決注塑成型缺陷一


3.9.焦痕

焦痕也稱燒焦,燒傷,表現形式有黑斑、黑條,是制品表面的暗色、黑色小點或條紋。 


形成原因: 

材料: 

1.顆粒不均,且含有粉末; 

2.原料中揮發物含量高; 

3.揮發性潤滑劑、脫模劑用量過多; 

4.雜質過多,再生料過多或受污染; 

5.原料中混入黑色顏料。 


模具: 

1.模具表面受到污染(油、油脂等異物); 

2.澆口過小或澆口位置不當; 

3.排氣不良,流道系統中有死角; 

4.型腔局部阻力大,使料流匯合較慢造成排氣困難。


注塑機: 

1.料筒未清洗干凈; 

2.由于加熱控制系統失控,導致料筒過熱造

成分解變黑; 

3.由于螺桿或料筒的缺陷使熔料卡入而囤積,經受長時間固定加熱造成分解; 

4.某些塑料如ABS在料筒內受到高熱而交聯焦化,在幾乎維持原來顆粒形狀情形下,難以熔融,被螺桿壓破碎后夾帶進入制件; 

5.料簡內的噴嘴和螺桿的螺紋、止逆閥等部位造成樹脂的滯流,分解變色后帶入制品。 


工藝:  

1.料筒、噴嘴溫度過高; 

2.注射壓力或預塑背壓過高; 

3.注射速度過快或注射周期過長; 

4.螺桿轉速過快,產生過熱; 

5.料筒中熔融樹脂停留時間過長,造成過熱使原料分解。 


解決措施: 

1.保證注塑成型車間、注射機、模具的清潔; 

2.注射熱敏性塑料后,要將料筒清洗干凈; 

3.降低熔體溫度并縮短物料在料筒中的停留時間,防止物料在料筒內因過熱分解變黑; 

4.改善注射機與模具的排氣,保證計量過程中螺桿有適當的速度,而且以適宜的背壓最大限度地抑制已達到可塑化物料之間的間隙與氣體的流入,保證注塑過程中物料填充到模具內時所產生的氣體順利的排到模具外面; 

5.降低注射壓力和螺桿預塑背壓; 

6.降低注射速度并縮短注射周期; 

7.調整到適當的螺桿轉速。 




3.10.氣泡 

又稱氣穴,氣痕,氣孔,可分為水泡和真空氣泡兩種,其中真空氣泡的形成是由于一些厚壁制品其表面冷卻較快,中心冷卻較慢,從而導致不均勻的體積收縮,進而在壁厚部分形成空洞。水泡的形成是由于塑料中的水分和氣體在制品冷卻過程中無法排除,從而在制品內部形成氣泡。 


形成原因: 

材料: 

1.流動性較差;  

2.塑料干燥不夠,含有水分。 


模具:

1.模具排氣不良; 

2.制品設計壁厚變化急劇,各部分冷卻速度不同,容易產生氣泡。 制品: 

壁厚差異大,制品壁厚差異大時,薄壁處熔體流動遲緩,熔體沿厚壁處快速超前,可能對型腔中氣體進行包抄,形成氣穴。 


工藝: 

1.塑化過程過快; 

2.注射壓力過小; 

3.注射速度過大; 

4.熔體溫度過高; 

5.模具溫度過低。


解決措施:  

1.對物料進行充分干燥; 

2.改善注射機與模具的排氣; 

3.為防止物料的熱分解而降低熔體溫度,同時施加背壓,防止空氣進入物料中; 

4.延長保壓時間,提高模具溫度; 

5.厚度變化較大的成型品,降低注射速度,提高注射壓力。




3.11.銀紋

銀紋也稱為銀線,銀絲,是由于塑料中的空氣或濕氣揮發,或者有異種塑料混入分解而燒焦,在制品表面形成的噴濺狀的痕跡。 


當物料未進行充分干燥,吸收潮氣,水分在熔體內蒸發成水蒸氣。水蒸氣在接近前沿時形成氣泡,并逐漸膨脹,氣泡到前沿時爆裂,并卷到型腔表面,被拉長成銀色條紋狀,形成制品表面條紋。 


形成原因: 

材料: 

1.原料可能混入水分或異種物料,或者沒有進行很好的干燥; 

2.物料流動性不好,粘度過高。 


模具: 

1.模溫控制系統漏水; 

2.模具表面形成凝結水,則物料充填入型腔后帶來的熱量將其蒸發,與熔融的原料融合即形成銀紋; 

3.模具排氣不良; 

4.冷料井過小,注射時冷卻的原料被帶入型腔,一部分會迅速冷卻固化成薄層,由于生產初期模具溫度較低常會出現此問題; 

5.澆口與流道過小或變形,由于充填速度過快,瞬間產生的摩擦可能會使溫度急劇上升而造成物料分解。 


工藝: 

1.熔體溫度過高物料分解;

2.注射速度過快,壓力過高; 

3.保壓時間過短; 

4.螺桿轉速過快,塑化時剪切速率過大;

5.物料停留時間過長造成部分過熱分解; 

6.模具溫度過低; 

7.注射時間過長,最先流入型腔內的原料溫度較低,由于固化的結果,使揮發成分無法排除,尤其對溫度敏感的原料,常會出現這種狀況。 


解決措施: 

1.檢查原料是否被其他樹脂污染并進行充分的干燥,換料時,把舊料從料筒中完全清除; 

2.選擇流動性好的物料; 

3.減小物料停留時間,降低熔體溫度,防止因溫度過高造成的物料分解; 

4.降低螺桿轉速、注射速度和注射壓力; 

5.增大保壓時間; 

6.提高模具溫度; 

7.改善注射機與模具的排氣; 

8.提高背壓; 

9.采用多段注射工藝減少銀紋。



3.12.色差  

色差也稱變色,光澤不良。 


形成原因: 

1.原材料及色母不同批次顏色有色差;

2.料筒內或者模具結構存在物料死角; 

3.料筒加熱圈或者加熱控制部分發生故障,造成料筒溫度劇烈變化從而產生色差; 

4.模溫過低,由于不同的澆口在模具中充填的區域大小有很大差異,導致來自不同澆口的熔體相遇時,熔體流動的速度差異較大,這時如果模溫過低,導致流速慢的熔體前沿降溫過大,造成前沿固化層的冷膠過多,固化層被積壓或者推拉產生霧痕,導致色差; 

5.料筒未完全清理,特別是熔融指數低、粘度大的黑色料會對后期成型的制品產生影響,應用粘度更大的物料徹底清理。



3.13.白化

外力作用是導致塑件表面產生白化的主要原因。多數情況下,產生白化的部位總是位于塑件的頂出部位。另外如果模溫過低,而且流經通道很窄,會導致熔體前沿溫度下降很快,固化層較厚,該固化層一旦因制件結構發生較大轉向,就會受到很大的剪切力,對高溫態的固化層進行拉扯,也會導致應力發白。 


出現白化后,應降低注射壓力,適當增大脫模斜度,特別是在加強筋和凸臺附近應防止倒角。脫模機構的頂出裝置要設置在塑件壁厚處或適當增加塑件頂出部位的厚度。此外,應提高型腔表面的光潔度,減小脫模應力,必要時可使用少量脫模劑。



3.14.龜裂 

龜裂包括制件表面絲狀裂紋、微裂、頂白、開裂及因制件粘模、流道粘模而造成創傷,按開裂時間分脫模開裂和應用開裂。產生的主要原因是由于應力變形所致。主要有殘余應力、外部應力和外部環境所產生的應力變形。


形成原因: 

材料:  

1.再生料含量過高,造成制件強度過低; 

2.濕度過大,造成一些塑料與水汽發生化學反應,降低強度而出現頂出開裂; 

3.混合材料之間的相容性不佳。 


模具:  

1.頂出不平衡,從而導致頂出殘余應力集中而開裂; 

2.制件過薄,制品結構設計不合理; 

3.使用金屬嵌件時嵌件與制件收縮率不同將造成內應力加大; 

4.主流道設計不合理使得制品粘在定模上; 

5.成型過程中使用了過量的脫模劑。 


工藝: 

1.注射壓力過大、速度過快、充料多、注射、保壓時間過長,從而造成內應力過大; 

2.調節開模速度與壓力不合理造成快速強拉制品造成脫模開裂; 

3.模具溫度低,使得制品脫模困難; 

4.料溫過高造成分解或熔接痕。 


解決措施:  

1.成型加工前對物料進行充分的干燥處理; 

2.提高熔體溫度和模具溫度; 

3.降低注射壓力、注射量; 

4.避免塑化階段因進料不良而卷入空氣; 

5.適當使用脫模劑,注意經常消除模面附著的氣霧等物質; 

6.降低注射速度,尤其要減緩通過澆口初期的速度; 

7.調節開模速度與壓力,避免因快速強拉制品造成的脫模開裂; 

8.避免由于熔接痕,塑料降解造成機械強度變低而出現開裂; 

9.制品殘余應力,可通過在成型后立即進行退火熱處理來消除內應力而減少裂紋的生成。 


工藝操作中,應按照減少塑件殘余應力的要求來設定工藝參數,特別是在熔料及模具溫度較高,熔體流動性能較好的情況下,應盡量降低注射壓力。 

    

如果塑件表面已經產生了龜裂,可以考慮采取退火的辦法予以消除,退火處理是以低于塑件熱變形溫度5度左右的溫度充分加熱塑件1小時左右,然后將其緩慢冷卻,最好是將產生龜裂的塑件成型后立即進行退火處理,這有利于完全消除龜裂。然而,在大批量生產中采取退火的方法消除龜裂,實現起來難度較大,一般不宜采用。

此外,由于龜裂的裂痕中留有殘余應力,若將產生龜裂缺陷的塑件進行噴涂加工時,涂料中的熔劑很容易使裂痕處溶裂并發展成為裂紋,在這種情況下,應特別注意選用不會發生熔裂的涂料和稀釋劑。



3.15.表面浮纖

纖維增強制品浮纖現象比較常見,浮纖現象是玻纖外露造成的,白色的玻纖在塑料熔體充模流動過程中浮露于外表,待冷凝成型后便在塑料件表面形成放射狀的白色痕跡,當塑料件為黑色時會因色澤的差異加大而更加明顯。 


浮纖的形成原因主要有以下幾個方面: 

1.在塑料熔體流動過程中,由于玻纖與樹脂的流動性有差異,而且密度也不同,使兩者具有分離的趨勢,密度小的玻纖浮向表面,密度大的樹脂沉入內里,于是形成了玻纖外露現象; 


2.塑料熔體在流動過程中受到螺桿、噴嘴、流道及澆口的摩擦剪切作用,會造成局部粘度差異,同時又會破壞玻纖表面的界面層,熔體粘度愈小,界面層受損愈嚴重,玻纖與樹脂之間的粘結力也愈小,當粘結力小到一定程度時,玻纖便會擺脫樹脂基體的束縛,逐漸向表面累積而外露; 


3.塑料熔體注入型腔時會形成“噴泉”效應,即玻纖會由內部向外表流動,與型腔表面接觸,由于模具型腔表面溫度較低,質量輕、冷凝快的玻纖被瞬間凍結,若不能及時被熔體充分包圍,就會外露而形成浮纖; 


如何維持玻纖與樹脂在成型過程中具有穩定的相容性是改善浮纖現象的關鍵,而玻纖與樹脂穩定的相容性可以通過強化其界面強度和保持玻纖均勻的分散性來實現。生產中無論是采用加入添加劑還是采用合理設計模具結構、優化成型工藝條件的措施,都是基于這個原理。  


改善浮纖現象的措施: 

1.在材料中加入增容劑、分散劑、潤滑劑和防玻纖外露劑等添加劑來改進玻纖和樹脂之間的界面相容性,提高分散相和連續相的均勻性,增加界面粘結強度,減少玻纖與樹脂的分離,從而改善浮纖現象。其中有的添加劑使用效果較好,但是大多價格不菲,不僅增加了生產成本,而且對材料的力學性能也會有影響; 


2.加入短纖或空心玻璃微珠,利用小尺寸的短纖或空心玻璃微珠具有較好流動性和分散性、與樹脂之間易于形成穩定界面相容性的特點,實現改善浮纖的目的,尤其是空心玻璃微珠還能降低收縮變形率,避免制品后翹曲,增加材料的硬度和彈性模量,并且價格較低,但不足之處是使材料的沖擊性能下降; 


3.合理設計模具結構,以玻纖增強PA66為例:針對玻纖增強PA66流動性差,而且玻纖與PA66兩種組分流動性不一致的特性,應使其流動距離不能過長,熔體須快速充填型腔,以保證玻纖均勻分散,不發生淤積分層而形成浮纖。因此澆注系統設計的基本原則是流道截面宜大,流程宜平直而短。


應采用粗短的主流道、分流道和粗大澆口,澆口可以是薄片式、扇形及環形,亦可采用多澆口形式,以使料流混亂、玻纖擴散并減小取向性。而且要求有良好的排氣功能,能及時排出因玻纖表面處理劑揮發產生的氣體,以免造成熔接不良、缺料及燒傷等缺陷; 


4.優化工藝條件 

(a)提高料筒溫度,可使熔體粘度降低,改善流動性,避免填充及熔接不良,而且有利于加大玻纖分散性和減小取向性,獲得較低的制品表面粗糙度,但要避免溫度過高導致物料氧化和降解; 


(b)提高模具溫度,有利于提高熔體充模性能、增加熔接痕強度、改善制品表面粗糙度、減小取向和變形。但模具溫度愈高,冷卻時間愈久,成型周期延長,生產率降低,而且成型收縮率加大,目前有采用變模溫技術實現高模溫和快速冷卻,如采用蒸汽無痕高光注塑技術可有效消除浮纖現象; 


(c)適當提高注射壓力,較高的注射壓力有利于充填,提高玻纖分散性,降低制品收縮率,但會增加剪切應力和取向,容易造成翹曲變形、脫模困難甚至導致溢邊問題,因此欲改善浮纖現象,應在稍高于非增強塑料注塑壓力的基礎上適當加大;

(d)通常稍高的背壓有助于改善浮纖現象。但過高的背壓會對長玻纖產生較大的剪切作用,使熔體易于因過熱而降解,導致變色及力學性能變差,因此將背壓設置得比非增強塑料略高些即可; 


(e)采用較快的注射速度,可使玻纖增強塑料快速充滿模腔,玻纖沿流動方向作快速軸向運動,有利于增加玻纖的分散性、減小取向性、提高熔接痕強度和降低制品的表面粗糙度,但要注意避免發生噴射; 


(f)降低螺桿轉速,以避免摩擦剪切力過大而對玻纖造成傷害,破壞玻纖表面狀態,降低玻纖與樹脂之間的粘結強度,加劇浮纖現象,特別是當玻纖較長時,會因部分玻纖斷裂而出現長短不均現象,造成塑料件各處強度不等、力學性能不穩定。



3.16.翹曲變形

翹曲變形是指注塑制品的形狀偏離了模具型腔的形狀。由于成型塑件的冷卻階段收縮不均勻,或脫模階段受到外力作用而造成的。 


形成原因: 

材料: 

物料收縮率大。 


制品: 

1.制品結構不對稱導致不同收縮; 

2.制品壁厚不均勻; 

3.長條形結構翹曲更明顯。 


模具: 

1.澆口位置不當或數量不足; 

2.設計的制品壁厚不均,變化突然或壁厚過小; 

3.制品結構設計不當,制品各部分冷卻速度不均勻,冷卻慢收縮量加大,薄壁部分的物料冷卻較快,粘度增大引起翹曲; 

4.制品兩側,型腔與型芯間溫度差異較大; 

5.模具冷卻水路位置分配不均勻,沒有對溫度很好的控制。 


工藝: 

1.料筒溫度、熔體溫度過高; 

2.注射壓力過高或注射速度過大; 

3.保壓時間過長或冷卻時間過短,尚未進行充分冷卻就進行頂出,由于頂桿對表面施加壓力造成翹曲變形。 


解決措施: 

1.盡量使制品壁厚均勻; 

2.降低注射壓力、注射速度,減小殘余應力導致的變形; 

3.降低熔體溫度和模具溫度,這里要特別指出制品的翹曲與過量收縮對熔體和模具溫度來說是一對矛盾。熔體溫度高,則制品收縮小,但翹曲大,反之則制品收縮大、翹曲小;模具溫度高,制品收縮小,但翹曲大,反之制品收縮大、翹曲小。因此,必須視制品結構不同解決其主要矛盾; 

4.合理布置頂出位置或者增加頂桿數量; 

5.調整冷卻方法或延長冷卻時間。

3.17.脆化

塑料制品變脆之后更容易發生斷裂,影響使用,另外由于溫度,酸堿度,陽光等外界條件也會引起塑料制品變硬老化。 


形成原因: 

材料: 

1.原料混有其它雜質或摻雜了不適當的或過量的溶劑或其它添加劑; 

2.物料未干燥,有些塑料如ABS等,在受潮狀況下加熱會與水汽發生催化裂化反應,使制件發生大的應變; 

3.塑料再生次數過多或再生料含量過高; 4.塑料本身質量不佳,例如分子量分布大,含有剛性分子鏈等不均勻結構的成分占有量過大。 


模具: 

1.制品設計過薄或鏤空過多; 

2.分流道、澆口過小; 

3.模具結構不良造成注塑周期反常; 

4.制品帶有容易出現應力開裂的尖角、缺口或厚度相差很大的部位; 

5.制品使用金屬嵌件,像聚苯乙烯這類脆性的冷熱比容大的塑料,不能加入嵌件注塑。 


工藝: 

1.料筒、噴嘴溫度低; 

2.注射速度、壓力過小; 

3.模具溫度過高,脫模困難;模溫過低,塑料過早冷卻,熔接縫融合不良,容易開裂,特別是高熔點塑料如聚碳酸酯等更是如此; 

4.螺桿預塑背壓、轉速過高造成物料降解; 

5.殘余應力過大或熔接痕造成強度下降。 


解決措施:  

1.盡量不使用脆性物料,或使用共混改性材料; 

2.提高熔體溫度,但如果物料容易降解,則考慮降低其溫度; 

3.提高注射速度、注射壓力; 

4.延長注射時間、全壓時間; 

5.調整模具溫度到合適的值。模具溫度過高,脫模困難;模溫過低,則塑料過早冷卻,熔接痕融合不良,容易開裂; 

6.減少或消除并合線,提高熔接線區域的質量; 

7.降低預塑背壓、螺桿轉速,以防止物料因剪切過熱而降解界條件也會引起塑料制品變硬老化。

3.18.殘余應力



殘余應力除了會影響塑件尺寸精度與多材料組裝性要求,此外殘余應力會造成光學特性的改變,對于后續加工,如涂飾、電鍍等造成嚴重影響。 


采用應力偏光儀可以檢測塑料制品的內應力分布,應力偏光儀利用塑料受應力作用下的光彈特性來觀測材料的雙折射率變化情況,通過所顯示條紋形式及色彩,可以觀測到塑件內部的殘留應力大小。條紋密度越高的部位,殘留應力越高。

 

殘余應力產生原因: 

1.樹脂溫度較低時其熔融粘度變大,流動性較差從而產生較大的應力; 

2.模溫較低導致殘余應力; 

3.注射和保壓時間過長; 

4.頂出不平衡導致殘余應力; 

5.金屬嵌件導致殘余應力。主要是由于金屬和樹脂的熱膨脹系數相差懸殊產生應力,而且隨著時間的推移,應力超過逐漸劣化的樹脂材料的強度而產生裂紋。



3.19.尺寸不穩定



尺寸不穩定是指在相同的注射成型機和成型工藝條件下,每一批成型制品之間或每模生產的制品各型腔成型品之間,塑件尺寸發生變化。


形成原因 

材料: 

1.換批生產時,樹脂性能有變化; 

2.含濕量較大; 

3.更換助劑對收縮律有影響。 


模具: 

1.流道不平衡; 

2.模具的設計尺寸不恰當。 注塑機: 

3.加料系統不穩定; 

4.背壓不穩或控溫不穩; 

5.注射機的電氣、液壓系統不穩定; 

6.推桿變形或磨損,頂出時變形; 

7.螺桿轉速不穩定。 


工藝: 

1.料筒和噴嘴的溫度太高; 

2.注射壓力太小; 

3.充模和保壓的時間不夠,充填不足; 

4.模具溫度不均勻或冷卻回路不當導致模溫控制不合理; 

5.操作造成的注射周期性反常,成型條件設定不當。 


解決措施: 

1.充分的干燥物料;  

2.設定適當的螺桿計量行程與注射行程、螺桿轉速與背壓; 

3.降低熔體的溫度; 

4.提高注射壓力和保壓壓力; 

5.延長充模和保壓時間; 

6.控制并保持模具溫度均勻; 

7.避免操作造成的周期性反常。



3.20.超重欠重

大批量生產塑料制品時,如果制品反復出現超重欠重,就會導致次品增多,制品重量重復精度下降。 

   

制品的重復精度主要與注射機的整體性能有關,如果制品的精度要求較高,應選擇較高精度的注射機。

結語

綜上所述,注塑制品在生產過程中產生的缺陷是多種多樣的,只有找到缺陷產生的原因,并實施各種不同的解決方法,才能生產出合格的制品,也才能使塑料制品的應用更為廣泛。




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