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塑料制品注射成型中出現的問題及解決方法

作者:admin    添加時間:2013-08-16 03:40:14    瀏覽量:10856

?在塑料制品成型過程中,由于成型材料、成型模具、注塑機、輔助設備、成型環境等多種因素的影響,注塑制品的內在及外觀質量經常會出現各種各樣的間題。一般來說,制品成型質量主要包括制品外觀、制品尺寸精度以及制品的物性等,此外還有加工成型過程本身出現的問題。制品的外觀缺陷大致可分為表面缺陷、變形和尺寸不穩定、開裂及其他成型不良等幾種類型。表面缺陷分為欠注、凹陷、熔接線、射流痕、表面斑痕和表面流痕等。

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(1)欠注

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欠注的現象

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欠注是指材料未完全充滿模具型腔面導致的制品不完整現象即制品未打滿。它一般發生在薄壁區城或遠離澆口的區域,主要表現為制品整體有縮癟傾向、多型腔模具部分型腔局部充填不足等。影響因素有:由于尺寸原因導致的流阻過大的區域,如澆口、流道、薄壁等;模具沒有排氣孔或位里不當;料筒溫度過低或熔體和模壁溫度過低導致的熔體粘度增大;噴嘴退度過低;注射壓力、注射體積和螺桿轉速不足;加料量不夠或過多(壓力損耗在壓實冷料上);控制閥門的破損導致的壓力損失和材料泄漏;由于滯流或過長的充填時間引起熔體前沿損前凝面;柱塞或螺桿退回太早,注射時間不夠等。改進以上因素可相應改善欠注的發生。

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(2)凹陷或凹痕

凹陷或凹痕是指制品表面局部下陷,它通常發生在厚壁、肋、凸臺及內嵌件上。主要是由于材料在厚壁部分的局部收縮沒有得到補償面引起。當外部材料面化后,內部材料才開始冷卻,它的收縮將塑料件表面向內拉面脫離模壁就產生了凹陷。產生凹陷的主要因素有:澆口和料道太??;供料不足;料溫太高;注射壓力和保壓壓力過低、保壓時間和冷卻時間太短;模具溫度太高;制品太厚或薄厚懸殊;模具局部幾何特征不良等。為避免材料收縮引起的凹陷,可相應地改進以上影響因素。

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(3)熔接線

熔接線即合料痕是由兩股相向或平行的熔體前沿相遇匯合面形或。制品中的洞或嵌件、制品的厚度變化引起的滯流和跑道效應以及多澆口型腔系統都可能形或熔接線。熔接線的強度依賴于流動前沿熔體之間互相結合的特性,它的強度可處于材料使用強度的10%?~?90%。在大多數情況下,我們無法消除熔接線,只能通過改變模具結構、制品設計以及工藝條件來移動熔接線到低應力區、非表觀區域以提高熔接線的強度。產生熔接線的常見原因有;料溫太低;注射壓力太低,注射速度太慢;模具溫度太低;澆口太多;制品壁厚不均;模腔排氣不佳;脫模劑用量太多等。通過提高注射壓力和速度、熔體和模具溫度。增大澆口和流道尺寸,在熔接線附近設置排氣孔以提高熔接線強度,適當增加制品壁厚等都可減少熔接線。

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(4)射流痕

射流痕是當高速的塑料熔體從狹窄的區域,如噴嘴、流道、澆口進入到較寬的區域時,塑料熔體不與模壁接觸而發生噴射、卷曲、蛇樣的噴射流所發生折疊而形成微觀的“熔接線”。這種現象的發生會導致制品強度降低,表面產生斑點,內部產生缺陷等。這往往只在模具澆口為側式澆口時出現。消除噴射的辦法有:通過調節螺桿推進速度降低熔體流動速度;改變澆口位置,使流動方向朝著模壁以促進熔體與模壁的接觸;改變澆口形狀,如扇形、護耳式澆口,使流動區域逐步擴張以降低熔體流動速度。

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(5)表面斑痕

表面斑痕是指制品表面經常沿流動方向取向的污斑。主要包括殘留氣體所引起的黑斑,樹脂污染引起的污斑,局部過熱引起的熱斑,干燥不良引起的銀紋等等。當熔料經過螺桿、噴嘴、模具型腔時,熔料可能裹入空氣,并在絕熱壓縮下引起熔料燃燒,這將造成熔料過熱分解產生黑斑和條紋。熔料在螺桿中裹入空氣時,應增加背壓;熔料在噴噴中裹入空氣時,應降低噴嘴突變;由于模具的原因在熔料中裹入空氣時,應通過缺料注射來查找原因,并加以解決。對這類問題的解決,除以上辦法外,還應盡量使用熱穩定性較好的材料,盡量不使用回收料。當料筒、噴嘴、熱流道中存在某些過熱點時會引起熔料燒焦而形成焦痕,需要檢查熔體、熱流道、噴嘴、料筒及熱電偶的溫度是否過高。除此之外,當熔料的滯留時間過長也會造成熱解而形成焦痕,因此,應保證注射尺寸處于25%一75%的料筒體積,熔體的滯留時間應小于5min,并檢查熱流道和噴嘴中是否存在死角。高剪切引起的粘性剪切熱過高時將形成焦斑。引起高剪切的主要原因有:澆口尺寸太小及澆口截面變化太大、螺桿轉速(注射速度)太快、制品設計不合理(變化突然、流阻太大)等。由于物料干燥不良,成型過程中所含水分汽化成低分子揮發物的揮發,在制品表面會出現銀紋成扁形小氣泡。防止這種現象發生的主要方法除了充分干燥物料外,還應降低注射溫度并減少物料在模具內的滯留時間。當著色劑分解或分散不良,料筒中有殘留料時制品表面會產生色斑。此時應更換或清潔料筒,提高料筒和模具溫度,停止使用脫模劑。

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(6)表面流痕

表面流痕具有多種形式,如V型、海鷗型、勾型等,引起表面流痕的主要原因有:沿流動路徑的溫度變化;沿流動路徑的剪切變化;由制件厚度、澆口位置、充填方式不良引起熔料滯留等。解決的辦法是針對產生表面流痕的原因,降低熔體、噴嘴、流道之間的溫差變化,消除引起剪切變化的突變韻角、邊以及沿流動路徑幾何尺寸的突變?;蛘咄ㄟ^降低注射速度來避免高剪切的出現。避免制件厚度的突然變化。使澆口遠離較薄區域或厚度突變區域,并提高熔體溫度或保壓壓力。

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(7)翹曲和扭曲

翹曲和扭曲是在注塑成型中,當塑料件有內應力時,塑料件所發生的變形,平面方向的變形稱為翹曲,對角方向的變形稱為扭曲。產生塑料件變形或者說內應力的原因是塑料件在不同方向的收縮變化。引起收縮變化的主要因素有:沿流動方向和垂直于流動方向的分子和纖維取向;沿制件厚度方向的非均勻冷卻;由于制件厚度變化引起的非一致冷卻速率;非對稱的制件幾何形狀,如一平板上有許多肋排列在一個方向上或處于制件的一側,也會導致不一致的冷卻;成型制件內部的溫度和保壓狀態的變化等,如澆口附近的過壓和遠離澆口位置的欠壓。為了減少或控制翹曲和扭曲,應盡量保持壁厚的均一性;優化澆注系統以保證流動平衡;優化冷卻系統以獲得沿厚度和整個塑料件冷卻過程的一致和平衡;通過提高熔體和模具溫度,降低注射壓力和延長注射時間以減少聚合物分子和纖維取向。

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(8)尺寸穩定性

不良引起制品尺寸穩定性不良的主要原因有:各批量制品間成型工藝條件的變化;在成型過程中,由于模具的剛性不足或模腔內的壓力太高,導致的模具變形;空氣的濕度變化;制品在保存過程中發生結晶。改善制品尺寸穩定性的主要措施有采用流動性差、線脹系數較小及對濕度不敏感的材料,提高注射和保壓壓力以及鎖模力,延長冷卻時間,改善澆口設計和位置等。

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(9)裂紋和破裂

產生裂紋和破裂的主要原因有殘余應力太高、外力導致的應力集中、金屬嵌件的影響和脆化等。注塑制件的殘余應力主要由流動誘導殘余應力和殘余熱應力組成。剪切應力是影響流動殘余應力的主要因素,剪切應力與材料有關,如ABS的剪切應力為0.3MP。等,一般來說,最大剪切應力應控制在材料拉伸強度的1%。凡是可以降低剪切應力的因素,如提高熔體溫度、模具溫度,延長充填時間,降低保壓壓力和縮短流動長度等,都可以減少流動誘導殘余應力。消除殘余熱應力的主要措施就是優化冷卻系統以保證所有表面均勻冷卻,同時盡量采用均勻的制件厚度。外力導致的應力集中制件(特別是對有格條的制件)在脫模時,如果頂桿數不足,頂桿位置不合理或安裝傾斜,脫模斜度不足,頂出阻力太大,模具上有咬邊的地方,都會導致應力集中而使制件表面產生裂紋及開裂。除改進以上影響因素外,還應采用強度大的材料,并盡量減少回收料的使用。金屬嵌件周圍的開裂主要是由于塑料與金屬線脹系數的差異所引起,塑料件內的金屬嵌件會限制制件的整體收縮,由此產生的拉伸應力很大,嵌件周圍會聚集大量的殘余應力而引起制件表面產生裂紋,消除這種裂紋的主要措施有預熱金屬嵌件,盡量不使熔接線出現在金屬嵌件周圍,加大金屬嵌件與制件邊緣的距離(或加大其周圍的壁厚),并盡量使用高分子量的樹脂。產生脆化的主要原因有干燥不良、熔體滯留時間太長、熔體溫度太高等。如干燥不良,在成型溫度下,熔體將發生水解反應而使分子量降低(如PC、PBT等),這將導致制件變脆,強度變低。應在成型前或料斗中對成型物料采取必要的干燥措施,這對吸濕性很大的樹脂尤為重要。如果熔體在料筒中的滯留時間太長和熔體溫度太高將會引起材料的熱降解而導致制件變脆,對于熱敏性材料或相對分子量較低、分布又較寬的材料更容易發生熱分解而變脆。應盡可能減少材料在料筒中的滯留時間。

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(10)制品的尺寸精度

成型制品尺寸精度不良的主要原因有:模具設計和制造精度上存在問題,成型工藝條件引起制品的收縮變化較大,由成型材料引起的制品收縮不平衡,成型后環境條件引起的經時變化等。

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模具各部分的制造精度將直接影響到制品的尺寸精度。定模、動模的嵌合,分型面的位置,側面陽模的構造等都會造成制品尺寸誤差。長期使用的模具會由型腔壓力、鎖模力等因素引起模具變形或松弛,在設計模具時必須考慮模具材料的強度和熱處理。

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注塑件收縮是塑料從成型溫度冷卻至環境溫度時熔體密度變化引起的,它不僅與成型溫度變化有關,而且還與制件所受的約束有關(型芯和嵌件的位置等)。制件收縮包括體積收縮(可達20%)和會引起內應力的截面方向的收縮。一般來說,注塑件的收縮主要取決于以下變量:材料、制品尺寸、成型工藝條件。除了注塑成型面有的收縮外,過度的收縮主要由以下因素造成:注射、保壓壓力過低,保壓、冷卻時間太短,熔體和模具溫度過高等。模具設計人員在設計模具時,必須綜合考慮工藝條件和材料行為收縮的影響,綜合考慮特別是冷卻系統設計,流道和澆口的幾何形狀等。應優化澆注系統來保證流動平衡,以避免過壓和欠壓引起的收縮不均勻;對多型腔模具,還應優化型腔布置以保證模具系統溫度的熱平衡,優化凸模和凹模的冷卻水路設計以保證模溫的均勻。

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環境條件引起的經時變化是把成型制品放置在大氣中數天后,制品的尺寸形狀所發生的變化。主要由以下原因引起:環境溫度、成型后的結晶化、殘余應力的松弛等。上述環境溫度變化、結晶變化以及殘余應力所致的尺寸變化都與時間有關,一般大約10天后穩定,這些變化對于高精度尺寸制品,在設計時必須充分考慮。

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(11)制品的力學性能

對于結晶性塑料(含半結晶性塑料),在熔融狀態時呈非晶態,在冷卻過程中逐步變為結晶態。然而,結晶過程中晶粒的長大需要時間,如果冷卻效率很高,樹脂沒有足夠的時間結晶,即使樹脂是“結晶性”材料,在冷卻后仍會保持非結晶狀態。在充模時,離模壁最近的樹脂因快速冷卻而形成非結晶層,并且因流動停止使該層組織呈非定向排列;距離模壁較近的樹脂因流動很快而取向,并由于快速冷卻而使取向被保留下來,這一層僅有很小的晶粒生成;離中心層稍近的一些區域,塑料流動很快但冷卻較慢,部分取向遭到破壞,這一層的晶粒較大;中心層最后冷卻,由于儲熱時間很長,足以消除充模時引起的取向,并且有足夠的時間使晶粒長大,這一層的晶粒最大。非結晶組織能提高沖擊強度,結晶組織能提高壓縮強度。對于一些工業用塑料制品往往需要兩種強度兼備,需調整成型工藝來控制最終制品的性能(結晶度),從而得到最高的壓縮強度和沖擊強度。

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除材料本身的性質外,成型加工過程的很多因素也影響材料的結晶,這些因素主要有:冷卻速率、熔融溫度和加熱時間、應力作用等。溫度是聚合物結晶過程中最敏感的因素,聚合物在加工過程能否形成結晶,結晶的程度,晶體的形態和尺寸,都與冷卻速度有關。一般來講,隨結晶時間編短。結晶度降低,并使達到最大結晶度的溫度下降,所以,快速冷卻不利于結晶。熔化溫度與在該溫度下的停留時間會影響聚合物中殘存的微小有序區或晶核的數量,它們對加工過程的結晶速度有很大影響。一般來說,熔融提度高和加熱時間長將會導致結晶速度慢、結晶尺寸大,反之,結晶速度快并且晶體尺寸小而均勻。由于聚合物在高應力作用下有加速結晶的傾向,一般來說,聚合物的結晶度隨應力以及壓力的增大而提高,壓力會使熔體的結晶溫度升高,在成型加工中須充分估計。

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一般來講,在制品中都有取向分子存在,且在制品的橫截面上,取向度最大的部位不是表層,而是距表層不遠的次表層,沿流動方向取向度最高的部位,不是在靠近澆口處,而是與澆口有一段距離。取向可以是單軸的,也可以是雙軸的,這主要由模腔的結構、尺寸和熔體在其中的流動特點而定。單軸取向的注塑制品具有明顯的各向異性,這種各向異性常表現在平行取向方向上的拉伸強度和斷裂伸長率,明顯高于垂直取向方向上的拉伸強度和斷裂伸長率。取向引起的各向收縮不均,也常導致制品在貯存和使用中發生翹曲變形。因此,在設計和成型注塑制品時,應采取一切可能的措施,減小因取向而引起的各向異性。在注塑制易的成型過程中,能夠改變熔體流動時的速度梯度以及能夠改變熔體停止流動后在凝固點以上溫度停留時間的因素(以模具溫度、制品厚度、注射壓力、保壓時間、料筒溫度的影響較為顯著),都會影響制品的取向度和取向度分布。

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(12)加工成型過程出現的問題

加工成型過程本身出現的問題主要有制品脫模困難、主流道粘模等。制品脫模困難主要原因有;模腔表面光潔度不夠;模具斜度不夠;注射壓力大,物料溫度高,物料進入模具鑲塊處的縫隙;模具溫度和冷卻時間不合適;模具損傷造成制品飛邊;模具排氣不當等。適當改進以上因素就可避免制品脫模困難。造成主流道粘模的原因有:主流道斜度不夠;主流道光潔度差;噴嘴孔徑與模具主流道配合不當;主流道無冷料穴等。通過改進以上因素就可解決主流道粘模的問題。




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