寻找注塑表面缺陷的根源

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图1 波纹或者纹道是常见的缺陷，一般由注射压力不足或注射速度降低而导致的流峰停顿所引发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，对第一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。因此需要仔细检查第一阶段的最高压力，这个值应该比第一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。由第一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。 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，在第一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，那么最好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消除应力，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最低的区域，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。最大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，加工商需要检查从第一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最低含量是多少。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。