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如何从材料、模具、注塑机和工艺方面解决注塑成型缺陷(二)


温馨提示:续上篇(如何从材料、模具、注塑机和工艺方面解决注塑成型缺陷一


3.9.焦痕

焦痕也称烧焦,烧伤,表现形式有黑斑、黑条,是制品表面的暗色、黑色小点或条纹。 


形成原因: 

材料: 

1.颗粒不均,且含有粉末; 

2.原料中挥发物含量高; 

3.挥发性润滑剂、脱模剂用量过多; 

4.杂质过多,再生料过多或受污染; 

5.原料中混入黑色颜料。 


模具: 

1.模具表面受到污染(油、油脂等异物); 

2.浇口过小或浇口位置不当; 

3.排气不良,流道系统中有死角; 

4.型腔局部阻力大,使料流汇合较慢造成排气困难。


注塑机: 

1.料筒未清洗干净; 

2.由于加热控制系统失控,导致料筒过热造

成分解变黑; 

3.由于螺杆或料筒的缺陷使熔料卡入而囤积,经受长时间固定加热造成分解; 

4.某些塑料如ABS在料筒内受到高热而交联焦化,在几乎维持原来颗粒形状情形下,难以熔融,被螺杆压破碎后夹带进入制件; 

5.料简内的喷嘴和螺杆的螺纹、止逆阀等部位造成树脂的滞流,分解变色后带入制品。 


工艺:  

1.料筒、喷嘴温度过高; 

2.注射压力或预塑背压过高; 

3.注射速度过快或注射周期过长; 

4.螺杆转速过快,产生过热; 

5.料筒中熔融树脂停留时间过长,造成过热使原料分解。 


解决措施: 

1.保证注塑成型车间、注射机、模具的清洁; 

2.注射热敏性塑料后,要将料筒清洗干净; 

3.降低熔体温度并缩短物料在料筒中的停留时间,防止物料在料筒内因过热分解变黑; 

4.改善注射机与模具的排气,保证计量过程中螺杆有适当的速度,而且以适宜的背压最大限度地抑制已达到可塑化物料之间的间隙与气体的流入,保证注塑过程中物料填充到模具内时所产生的气体顺利的排到模具外面; 

5.降低注射压力和螺杆预塑背压; 

6.降低注射速度并缩短注射周期; 

7.调整到适当的螺杆转速。 




3.10.气泡 

又称气穴,气痕,气孔,可分为水泡和真空气泡两种,其中真空气泡的形成是由于一些厚壁制品其表面冷却较快,中心冷却较慢,从而导致不均匀的体积收缩,进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气体在制品冷却过程中无法排除,从而在制品内部形成气泡。 


形成原因: 

材料: 

1.流动性较差;  

2.塑料干燥不够,含有水分。 


模具:

1.模具排气不良; 

2.制品设计壁厚变化急剧,各部分冷却速度不同,容易产生气泡。 制品: 

壁厚差异大,制品壁厚差异大时,薄壁处熔体流动迟缓,熔体沿厚壁处快速超前,可能对型腔中气体进行包抄,形成气穴。 


工艺: 

1.塑化过程过快; 

2.注射压力过小; 

3.注射速度过大; 

4.熔体温度过高; 

5.模具温度过低。


解决措施:  

1.对物料进行充分干燥; 

2.改善注射机与模具的排气; 

3.为防止物料的热分解而降低熔体温度,同时施加背压,防止空气进入物料中; 

4.延长保压时间,提高模具温度; 

5.厚度变化较大的成型品,降低注射速度,提高注射压力。




3.11.银纹

银纹也称为银线,银丝,是由于塑料中的空气或湿气挥发,或者有异种塑料混入分解而烧焦,在制品表面形成的喷溅状的痕迹。 


当物料未进行充分干燥,吸收潮气,水分在熔体内蒸发成水蒸气。水蒸气在接近前沿时形成气泡,并逐渐膨胀,气泡到前沿时爆裂,并卷到型腔表面,被拉长成银色条纹状,形成制品表面条纹。 


形成原因: 

材料: 

1.原料可能混入水分或异种物料,或者没有进行很好的干燥; 

2.物料流动性不好,粘度过高。 


模具: 

1.模温控制系統漏水; 

2.模具表面形成凝結水,则物料充填入型腔后带来的热量将其蒸发,与熔融的原料融合即形成银纹; 

3.模具排气不良; 

4.冷料井过小,注射时冷却的原料被带入型腔,一部分会迅速冷却固化成薄层,由于生产初期模具温度较低常会出现此问题; 

5.浇口与流道过小或变形,由于充填速度过快,瞬间产生的摩擦可能会使温度急剧上升而造成物料分解。 


工艺: 

1.熔体温度过高物料分解;

2.注射速度过快,压力过高; 

3.保压时间过短; 

4.螺杆转速过快,塑化时剪切速率过大;

5.物料停留时间过长造成部分过热分解; 

6.模具温度过低; 

7.注射时间过长,最先流入型腔内的原料温度较低,由于固化的结果,使挥发成分无法排除,尤其对温度敏感的原料,常会出现这种状况。 


解决措施: 

1.检查原料是否被其他树脂污染并进行充分的干燥,换料时,把旧料从料筒中完全清除; 

2.选择流动性好的物料; 

3.减小物料停留时间,降低熔体温度,防止因温度过高造成的物料分解; 

4.降低螺杆转速、注射速度和注射压力; 

5.增大保压时间; 

6.提高模具温度; 

7.改善注射机与模具的排气; 

8.提高背压; 

9.采用多段注射工艺减少银纹。



3.12.色差  

色差也称变色,光泽不良。 


形成原因: 

1.原材料及色母不同批次颜色有色差;

2.料筒内或者模具结构存在物料死角; 

3.料筒加热圈或者加热控制部分发生故障,造成料筒温度剧烈变化从而产生色差; 

4.模温过低,由于不同的浇口在模具中充填的区域大小有很大差异,导致来自不同浇口的熔体相遇时,熔体流动的速度差异较大,这时如果模温过低,导致流速慢的熔体前沿降温过大,造成前沿固化层的冷胶过多,固化层被积压或者推拉产生雾痕,导致色差; 

5.料筒未完全清理,特别是熔融指数低、粘度大的黑色料会对后期成型的制品产生影响,应用粘度更大的物料彻底清理。



3.13.白化

外力作用是导致塑件表面产生白化的主要原因。多数情况下,产生白化的部位总是位于塑件的顶出部位。另外如果模温过低,而且流经通道很窄,会导致熔体前沿温度下降很快,固化层较厚,该固化层一旦因制件结构发生较大转向,就会受到很大的剪切力,对高温态的固化层进行拉扯,也会导致应力发白。 


出现白化后,应降低注射压力,适当增大脱模斜度,特别是在加强筋和凸台附近应防止倒角。脱模机构的顶出装置要设置在塑件壁厚处或适当增加塑件顶出部位的厚度。此外,应提高型腔表面的光洁度,减小脱模应力,必要时可使用少量脱模剂。



3.14.龟裂 

龟裂包括制件表面丝状裂纹、微裂、顶白、开裂及因制件粘模、流道粘模而造成创伤,按开裂时间分脱模开裂和应用开裂。产生的主要原因是由于应力变形所致。主要有残余应力、外部应力和外部环境所产生的应力变形。


形成原因: 

材料:  

1.再生料含量过高,造成制件强度过低; 

2.湿度过大,造成一些塑料与水汽发生化学反应,降低强度而出现顶出开裂; 

3.混合材料之间的相容性不佳。 


模具:  

1.顶出不平衡,从而导致顶出残余应力集中而开裂; 

2.制件过薄,制品结构设计不合理; 

3.使用金属嵌件时嵌件与制件收缩率不同将造成内应力加大; 

4.主流道设计不合理使得制品粘在定模上; 

5.成型过程中使用了过量的脱模剂。 


工艺: 

1.注射压力过大、速度过快、充料多、注射、保压时间过长,从而造成内应力过大; 

2.调节开模速度与压力不合理造成快速强拉制品造成脱模开裂; 

3.模具温度低,使得制品脱模困难; 

4.料温过高造成分解或熔接痕。 


解决措施:  

1.成型加工前对物料进行充分的干燥处理; 

2.提高熔体温度和模具温度; 

3.降低注射压力、注射量; 

4.避免塑化阶段因进料不良而卷入空气; 

5.适当使用脱模剂,注意经常消除模面附着的气雾等物质; 

6.降低注射速度,尤其要减缓通过浇口初期的速度; 

7.调节开模速度与压力,避免因快速强拉制品造成的脱模开裂; 

8.避免由于熔接痕,塑料降解造成机械强度变低而出现开裂; 

9.制品残余应力,可通过在成型后立即进行退火热处理来消除内应力而减少裂纹的生成。 


工艺操作中,应按照减少塑件残余应力的要求来设定工艺参数,特别是在熔料及模具温度较高,熔体流动性能较好的情况下,应尽量降低注射压力。 

    

如果塑件表面已经产生了龟裂,可以考虑采取退火的办法予以消除,退火处理是以低于塑件热变形温度5度左右的温度充分加热塑件1小时左右,然后将其缓慢冷却,最好是将产生龟裂的塑件成型后立即进行退火处理,这有利于完全消除龟裂。然而,在大批量生产中采取退火的方法消除龟裂,实现起来难度较大,一般不宜采用。

此外,由于龟裂的裂痕中留有残余应力,若将产生龟裂缺陷的塑件进行喷涂加工时,涂料中的熔剂很容易使裂痕处溶裂并发展成为裂纹,在这种情况下,应特别注意选用不会发生熔裂的涂料和稀释剂。



3.15.表面浮纤

纤维增强制品浮纤现象比较常见,浮纤现象是玻纤外露造成的,白色的玻纤在塑料熔体充模流动过程中浮露于外表,待冷凝成型后便在塑料件表面形成放射状的白色痕迹,当塑料件为黑色时会因色泽的差异加大而更加明显。 


浮纤的形成原因主要有以下几个方面: 

1.在塑料熔体流动过程中,由于玻纤与树脂的流动性有差异,而且密度也不同,使两者具有分离的趋势,密度小的玻纤浮向表面,密度大的树脂沉入内里,于是形成了玻纤外露现象; 


2.塑料熔体在流动过程中受到螺杆、喷嘴、流道及浇口的摩擦剪切作用,会造成局部粘度差异,同时又会破坏玻纤表面的界面层,熔体粘度愈小,界面层受损愈严重,玻纤与树脂之间的粘结力也愈小,当粘结力小到一定程度时,玻纤便会摆脱树脂基体的束缚,逐渐向表面累积而外露; 


3.塑料熔体注入型腔时会形成“喷泉”效应,即玻纤会由内部向外表流动,与型腔表面接触,由于模具型腔表面温度较低,质量轻、冷凝快的玻纤被瞬间冻结,若不能及时被熔体充分包围,就会外露而形成浮纤; 


如何维持玻纤与树脂在成型过程中具有稳定的相容性是改善浮纤现象的关键,而玻纤与树脂稳定的相容性可以通过强化其界面强度和保持玻纤均匀的分散性来实现。生产中无论是采用加入添加剂还是采用合理设计模具结构、优化成型工艺条件的措施,都是基于这个原理。  


改善浮纤现象的措施: 

1.在材料中加入增容剂、分散剂、润滑剂和防玻纤外露剂等添加剂来改进玻纤和树脂之间的界面相容性,提高分散相和连续相的均匀性,增加界面粘结强度,减少玻纤与树脂的分离,从而改善浮纤现象。其中有的添加剂使用效果较好,但是大多价格不菲,不仅增加了生产成本,而且对材料的力学性能也会有影响; 


2.加入短纤或空心玻璃微珠,利用小尺寸的短纤或空心玻璃微珠具有较好流动性和分散性、与树脂之间易于形成稳定界面相容性的特点,实现改善浮纤的目的,尤其是空心玻璃微珠还能降低收缩变形率,避免制品后翘曲,增加材料的硬度和弹性模量,并且价格较低,但不足之处是使材料的冲击性能下降; 


3.合理设计模具结构,以玻纤增强PA66为例:针对玻纤增强PA66流动性差,而且玻纤与PA66两种组分流动性不一致的特性,应使其流动距离不能过长,熔体须快速充填型腔,以保证玻纤均匀分散,不发生淤积分层而形成浮纤。因此浇注系统设计的基本原则是流道截面宜大,流程宜平直而短。


应采用粗短的主流道、分流道和粗大浇口,浇口可以是薄片式、扇形及环形,亦可采用多浇口形式,以使料流混乱、玻纤扩散并减小取向性。而且要求有良好的排气功能,能及时排出因玻纤表面处理剂挥发产生的气体,以免造成熔接不良、缺料及烧伤等缺陷; 


4.优化工艺条件 

(a)提高料筒温度,可使熔体粘度降低,改善流动性,避免填充及熔接不良,而且有利于加大玻纤分散性和减小取向性,获得较低的制品表面粗糙度,但要避免温度过高导致物料氧化和降解; 


(b)提高模具温度,有利于提高熔体充模性能、增加熔接痕强度、改善制品表面粗糙度、减小取向和变形。但模具温度愈高,冷却时间愈久,成型周期延长,生产率降低,而且成型收缩率加大,目前有采用变模温技术实现高模温和快速冷却,如采用蒸汽无痕高光注塑技术可有效消除浮纤现象; 


(c)适当提高注射压力,较高的注射压力有利于充填,提高玻纤分散性,降低制品收缩率,但会增加剪切应力和取向,容易造成翘曲变形、脱模困难甚至导致溢边问题,因此欲改善浮纤现象,应在稍高于非增强塑料注塑压力的基础上适当加大;

(d)通常稍高的背压有助于改善浮纤现象。但过高的背压会对长玻纤产生较大的剪切作用,使熔体易于因过热而降解,导致变色及力学性能变差,因此将背压设置得比非增强塑料略高些即可; 


(e)采用较快的注射速度,可使玻纤增强塑料快速充满模腔,玻纤沿流动方向作快速轴向运动,有利于增加玻纤的分散性、减小取向性、提高熔接痕强度和降低制品的表面粗糙度,但要注意避免发生喷射; 


(f)降低螺杆转速,以避免摩擦剪切力过大而对玻纤造成伤害,破坏玻纤表面状态,降低玻纤与树脂之间的粘结强度,加剧浮纤现象,特别是当玻纤较长时,会因部分玻纤断裂而出现长短不均现象,造成塑料件各处强度不等、力学性能不稳定。



3.16.翘曲变形

翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状。由于成型塑件的冷却阶段收缩不均匀,或脱模阶段受到外力作用而造成的。 


形成原因: 

材料: 

物料收缩率大。 


制品: 

1.制品结构不对称导致不同收缩; 

2.制品壁厚不均匀; 

3.长条形结构翘曲更明显。 


模具: 

1.浇口位置不当或数量不足; 

2.设计的制品壁厚不均,变化突然或壁厚过小; 

3.制品结构设计不当,制品各部分冷却速度不均匀,冷却慢收缩量加大,薄壁部分的物料冷却较快,粘度增大引起翘曲; 

4.制品两侧,型腔与型芯间温度差异较大; 

5.模具冷却水路位置分配不均匀,没有对温度很好的控制。 


工艺: 

1.料筒温度、熔体温度过高; 

2.注射压力过高或注射速度过大; 

3.保压时间过长或冷却时间过短,尚未进行充分冷却就进行顶出,由于顶杆对表面施加压力造成翘曲变形。 


解决措施: 

1.尽量使制品壁厚均匀; 

2.降低注射压力、注射速度,减小残余应力导致的变形; 

3.降低熔体温度和模具温度,这里要特别指出制品的翘曲与过量收缩对熔体和模具温度来说是一对矛盾。熔体温度高,则制品收缩小,但翘曲大,反之则制品收缩大、翘曲小;模具温度高,制品收缩小,但翘曲大,反之制品收缩大、翘曲小。因此,必须视制品结构不同解决其主要矛盾; 

4.合理布置顶出位置或者增加顶杆数量; 

5.调整冷却方法或延长冷却时间。

3.17.脆化

塑料制品变脆之后更容易发生断裂,影响使用,另外由于温度,酸碱度,阳光等外界条件也会引起塑料制品变硬老化。 


形成原因: 

材料: 

1.原料混有其它杂质或掺杂了不适当的或过量的溶剂或其它添加剂; 

2.物料未干燥,有些塑料如ABS等,在受潮状况下加热会与水汽发生催化裂化反应,使制件发生大的应变; 

3.塑料再生次数过多或再生料含量过高; 4.塑料本身质量不佳,例如分子量分布大,含有刚性分子链等不均匀结构的成分占有量过大。 


模具: 

1.制品设计过薄或镂空过多; 

2.分流道、浇口过小; 

3.模具结构不良造成注塑周期反常; 

4.制品带有容易出现应力开裂的尖角、缺口或厚度相差很大的部位; 

5.制品使用金属嵌件,像聚苯乙烯这类脆性的冷热比容大的塑料,不能加入嵌件注塑。 


工艺: 

1.料筒、喷嘴温度低; 

2.注射速度、压力过小; 

3.模具温度过高,脱模困难;模温过低,塑料过早冷却,熔接缝融合不良,容易开裂,特别是高熔点塑料如聚碳酸酯等更是如此; 

4.螺杆预塑背压、转速过高造成物料降解; 

5.残余应力过大或熔接痕造成强度下降。 


解决措施:  

1.尽量不使用脆性物料,或使用共混改性材料; 

2.提高熔体温度,但如果物料容易降解,则考虑降低其温度; 

3.提高注射速度、注射压力; 

4.延长注射时间、全压时间; 

5.调整模具温度到合适的值。模具温度过高,脱模困难;模温过低,则塑料过早冷却,熔接痕融合不良,容易开裂; 

6.减少或消除并合线,提高熔接线区域的质量; 

7.降低预塑背压、螺杆转速,以防止物料因剪切过热而降解界条件也会引起塑料制品变硬老化。

3.18.残余应力



残余应力除了会影响塑件尺寸精度与多材料组装性要求,此外残余应力会造成光学特性的改变,对于后续加工,如涂饰、电镀等造成严重影响。 


采用应力偏光仪可以检测塑料制品的内应力分布,应力偏光仪利用塑料受应力作用下的光弹特性来观测材料的双折射率变化情况,通过所显示条纹形式及色彩,可以观测到塑件内部的残留应力大小。条纹密度越高的部位,残留应力越高。

 

残余应力产生原因: 

1.树脂温度较低时其熔融粘度变大,流动性较差从而产生较大的应力; 

2.模温较低导致残余应力; 

3.注射和保压时间过长; 

4.顶出不平衡导致残余应力; 

5.金属嵌件导致残余应力。主要是由于金属和树脂的热膨胀系数相差悬殊产生应力,而且随着时间的推移,应力超过逐渐劣化的树脂材料的强度而产生裂纹。



3.19.尺寸不稳定



尺寸不稳定是指在相同的注射成型机和成型工艺条件下,每一批成型制品之间或每模生产的制品各型腔成型品之间,塑件尺寸发生变化。


形成原因 

材料: 

1.换批生产时,树脂性能有变化; 

2.含湿量较大; 

3.更换助剂对收缩律有影响。 


模具: 

1.流道不平衡; 

2.模具的设计尺寸不恰当。 注塑机: 

3.加料系统不稳定; 

4.背压不稳或控温不稳; 

5.注射机的电气、液压系统不稳定; 

6.推杆变形或磨损,顶出时变形; 

7.螺杆转速不稳定。 


工艺: 

1.料筒和喷嘴的温度太高; 

2.注射压力太小; 

3.充模和保压的时间不够,充填不足; 

4.模具温度不均匀或冷却回路不当导致模温控制不合理; 

5.操作造成的注射周期性反常,成型条件设定不当。 


解决措施: 

1.充分的干燥物料;  

2.设定适当的螺杆计量行程与注射行程、螺杆转速与背压; 

3.降低熔体的温度; 

4.提高注射压力和保压压力; 

5.延长充模和保压时间; 

6.控制并保持模具温度均匀; 

7.避免操作造成的周期性反常。



3.20.超重欠重

大批量生产塑料制品时,如果制品反复出现超重欠重,就会导致次品增多,制品重量重复精度下降。 

   

制品的重复精度主要与注射机的整体性能有关,如果制品的精度要求较高,应选择较高精度的注射机。

结语

综上所述,注塑制品在生产过程中产生的缺陷是多种多样的,只有找到缺陷产生的原因,并实施各种不同的解决方法,才能生产出合格的制品,也才能使塑料制品的应用更为广泛。





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