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PC/ABS氣輔成型車門把手常見缺陷淺析

作者:admin    添加時間:2012-12-3 12:39:48    瀏覽量:11663

隨著汽車以塑代鋼的不斷推進,工程塑料設計生產的汽車零部件在整車中所占比例也不斷提高。在汽車門鎖系統中,車門把手一直是影響汽車使用體驗,突出汽車外觀的重要組成部件。相對于傳統的金屬合金類車門把手,工程塑料成型的車門把手具有重量輕,成本低,設計靈活,生產周期短等諸多優點。


在設計上,車門把手通常采用電鍍、噴車身漆或無表面處理等設計方式。由于大部分主機廠對于汽車外飾都有非??量痰哪铜h境要求,所以在車門把手上進行電鍍或噴漆等處理有助于提高零部件的耐熱、耐紫外、耐鹽霧等性能。


由于PC/ABS材料具有力學性能高、尺寸穩定、抗蠕變、耐環境應力開裂、可以電鍍、噴漆等優點,該材料正越來越多的被使用在汽車外門把手的設計上,其中以握把型的最為常見。氣輔成型的握把型車門把手有強度高、重量輕、尺寸精度高等特點[1],但是對于成型精度和材料的要求也更高,在實際生產中會產生外觀缺陷或性能缺陷。通過對常見缺陷的研究,將有助于今后的設計和生產。


 
圖1 握把型氣輔成型車門把手


氣輔成型GIM(Gas-Assisted Injection Molding)是指在塑膠充填到型腔適當的時候(90%~99%)注入高壓惰性氣體,氣體推動融熔塑膠繼續充填滿型腔,用氣體保壓來代替塑膠保壓過程的一種成型技術[2]。


在汽車門把手的生產中,常見的缺陷有:


<1>素材表面凹點:

在成型后的制件表面上可以觀察到肉眼可見的針眼,使用顯微鏡放大后,可以看到環狀坑洞。通常較淺的針眼可以通過拋光等手段進行后處理,而較大的則不行。該缺陷會導致后續的電鍍或噴漆后表面出現麻點,從而影響成品率。



圖2 凹點顯微鏡照片


這種針眼通常是由于在充模時熔融膠體和模腔貼合不緊密,有氣體包覆在兩者之間照成的。通過提高成型時的注塑溫度和模溫,有助于降低針眼發生的頻率。但是,要從根本上解決這個問題,還是需要從材料和模具兩方面著手進行改進。首先,可以提高PC/ABS材料的流動性,使之可以更好的復制模具;其次,可以加強模具的排氣,并在生產中定期清理排氣槽。


<2>素材表面凸點:



圖3 凸點顯微鏡照片


制件表面的凸點在用肉眼觀察時和凹點非常接近,但使用放大鏡觀察后可以發現在缺陷位置出現的一般是直徑在100至300um的未熔雜質。一旦未能及時發現素材表面凸點的存在,在電鍍噴漆后就會出現嚴重的外觀不良。在生產中引入雜質的可能性非常多,因此必須加強生產中各個環節的環境管理。



圖4 凸點在電鍍后介于鍍層和素材之間


<3>素材表面氣泡:

在制件表面的未破裂氣泡通常出現在近澆口處,氣泡的直徑在200um以上。氣泡和凸點的主要區別在于氣泡的邊緣更光滑,常表現為平滑的圓弧。



圖5 素材表面起泡顯微鏡照片


氣泡產生的原因比較復雜,成型時的困氣和材料降解均有可能導致制件的表面出現不規則的氣泡。適當的降低注塑溫度,和注塑速度可以緩解氣泡的發生。但注塑溫度降低又可能導致其他缺陷的產生,如欠料、產品吹通等。從根本上解決問題需要提高材料的流動性,并采用熱穩定性更好的PC/ABS產品。通過TGA(熱失重)分析可以發現,上海錦湖日麗的氣輔成型專用PC/ABS材料HAC8244GM在高溫下的熱穩定性更好,更適合氣輔成型使用。


 
圖6 PC/ABS的TGA圖譜


<4>氣指:
氣指缺陷是指在吹氣過程中,氣泡穿過制品預定的氣道之外的薄壁區域,形成指狀分支。嚴重的氣指會降低塑料制品的強度,造成氣輔成型技術的失敗,或者不能發揮氣輔成型技術的優勢[3]。


吹氣延遲時間是影響氣指缺陷最重要的工藝條件,由于延遲時間的增加,靠近模腔內壁表面的塑料熔體更能冷卻固化,固體層厚度增加,從而橫向充填阻力變大,氣體遵循阻力最小原則沿氣道中央縱向延伸,使氣道的長度加深,直徑變細,氣泡穿過制品氣道之外的薄壁區域形成氣指缺陷的程度減小[4]。但是吹氣延時過長容易導致吹氣不順暢等問題。在設計上,將注塑方向和吹氣方向保持一致可以有效緩解吹氣延遲過長引起的缺陷。



圖7 氣輔成型注塑吹氣示意圖


<5>注塑末端流痕:
當熔料將產品充填到劃線部位后,其余部分由氮氣輔助打飽,由于氮氣滯后勢必造成以劃線為分界線的溫度差,再加上注塑壓力和氮氣壓力對模具的復制不同,當兩者之間的差異大時就產生明顯的分界線即流痕。



圖8 注塑末端流痕位置


適當提高注塑溫度,調整吹氣時間可以有效減輕該位置的流痕。但是無法做到完全消除流痕。


<6>噴漆后開裂
噴漆是汽車外飾零件常見的后處理方式。失光、流掛、顆粒、針孔及噴漆后開裂是較為常見的噴漆不良,其中,和素材關系比較緊密的是噴漆后制件開裂。車身漆、底漆及其稀釋劑是一種較強的腐蝕性材料,對素材有很強的侵蝕作用。一旦油漆的配方不能適合PC/ABS材料,就有可能導致塑件在應力集中處開裂。表現為制件上的龜裂紋,極端情況下甚至會出現爆漆的情況。


解決噴漆開裂的問題,要從PC/ABS原材料和油漆兩方面同時著手。一方面要提高PC/ABS材料的耐腐蝕性能,降低材料在腐蝕性溶劑中的應力開裂風險;同時要提高材料的流動性,降低材料在成型時的應力殘留,并在制件成型后靜置48小時以上釋放應力。另一方面,可以調整油漆的配方,更改配方中稀釋劑的類型和比例,在生產中通過調整噴槍距離等方式達到預期的油漆流平性,而不是一味增加稀釋劑的比例[5]。


<7>電鍍漏鍍

PC/ABS材料由于其材料中丁二烯的含量相對ABS更低,所以較ABS更難電鍍。由于化學鍍的工藝特點,會在粗化的環節在塑料表面進行刻蝕,形成分布均勻、大小均勻的凹坑,使鍍層和塑料材料結合的更緊密,鍍層牢度更高[6]。被刻蝕掉的部分就是材料中的丁二烯組分。PC/ABS中丁二烯的組分含量通常只有ABS的一半左右,必然會使得電鍍的良品率下降。表現出的不良通常有:漏鍍、鍍層結合力差等。



圖9 PC/ABS粗化刻蝕5000倍掃描電鏡照片


在實際生產中,漏鍍的解決方式要根據情況進行調整。如果沉積的鍍層很光亮,但是塑件局部未能覆蓋,則表明表面粗化不夠。應進一步加強粗化處理,并適當提高粗化溫度。如果出現鍍層不連續或者完全不能電鍍等情況,則需要調整鍍液、活化液及敏化液的配方,甚至換用更適合電鍍的材料。


并不是所有的PC/ABS材料都適用于電鍍加工。在同樣的粗化工藝下,丁二烯的粒徑大小及分散情況會在很大程度上影響最終電鍍的結果。目前汽車行業常見的電鍍級PC/ABS材料有:拜耳的T45PG、SABIC(原GE)的MC1300及錦湖日麗的HAC8244等。


<8>電鍍后開裂
PC/ABS材料電鍍后開裂的原因和噴漆開裂的原因比較類似,電鍍的粗化環節中加熱的鉻酸會對素材進行侵蝕。一旦侵蝕過度就有可能導致電鍍后素材的開裂,裂紋延伸至鍍層表面則會造成電鍍開裂的不良。在生產中應使用低應力溶液,沉積微裂紋鉻或微孔鉻等,屏蔽車門把手件的棱邊和轉角部位。


但并不是所有的鍍層開裂都是和素材有關的。在汽車零部件的標準中,各大主機廠都有電鍍件的冷熱循環和熱存放實驗標準。以通用汽車為例,所有部件都要通過90±3℃,6小時的熱存放實驗。


在試驗過后,部分制件有可能出現鍍層開裂的情況。通過顯微鏡照片可以看出開裂僅出現在鍍層位置,并沒有延伸進塑件中。



圖10 電鍍PC/ABS鍍層開裂100倍放大照片


這種情況表明鍍層的抗環境變化的能力較差,需要改變電鍍工藝,特別是增加銅層的沉積厚度,提高鍍層的延展性;同時,更改夾具的設計,使鍍層厚度更均勻。這些都有利于提高制件的耐熱及冷熱循環實驗成果率。在圖10的案例中,開裂是由于銅層過薄導致,沒有達到通用汽車40μm總鍍層厚度,20μm的銅層厚度的標準。工廠通過更改掛架位置,調整夾具方向等方式提高了鍍層的均勻性;并延遲了銅層的沉積時間,增加鍍層厚度,最終達到了主機廠標準的要求。

 

在汽車門把手的實際生產中,還有可能出現拉力試驗不過、氣輔成型時制件吹通等問題,這里限于篇幅就不一一介紹了。


在氣輔成型車門把手的缺陷中,有些是注塑成型中可能出現的共性問題,而有些如氣指、制件吹通等問題則是這種成型方式所特有的問題。為盡量降低這些缺陷的出現概率,在設計前期,借助CAE技術進行模流分析,優化模具及氣道的設計,可以有效降低生產過程中的不良品率。目前,較成熟的商業氣輔成型CAE軟件有以下幾種:Moldflow公司的Moldflow Plastics Insight(MPI)、德國IKV研究所的CAD/CAE軟件CADMOULD以及HSC系統等;在生產前,結合主機廠的設計標準,選擇合適氣輔成型車門把手的原材料,提高成型和電鍍的良品率,可以有效的降低材料成本;在生產過程中,及時分析不良制件的產生原因,通過成型工藝、電鍍工藝的調整,原材料的變化等方式降低不良率,盡可能提高生產效率,實現綜合成本的最優化選擇。

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