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塑料制品注射成型中出现的问题及解决方法

作者:admin    添加时间:2013-8-16 15:41:46    浏览量:5785

 在塑料制品成型过程中,由于成型材料、成型模具、注塑机、辅助设备、成型环境等多种因素的影响,注塑制品的内在及外观质量经常会出现各种各样的间题。一般来说,制品成型质量主要包括制品外观、制品尺寸精度以及制品的物性等,此外还有加工成型过程本身出现的问题。制品的外观缺陷大致可分为表面缺陷、变形和尺寸不稳定、开裂及其他成型不良等几种类型。表面缺陷分为欠注、凹陷、熔接线、射流痕、表面斑痕和表面流痕等。

 

(1)欠注

 

欠注的现象

 

欠注是指材料未完全充满模具型腔面导致的制品不完整现象即制品未打满。它一般发生在薄壁区城或远离浇口的区域,主要表现为制品整体有缩瘪倾向、多型腔模具部分型腔局部充填不足等。影响因素有:由于尺寸原因导致的流阻过大的区域,如浇口、流道、薄壁等;模具没有排气孔或位里不当;料筒温度过低或熔体和模壁温度过低导致的熔体粘度增大;喷嘴退度过低;注射压力、注射体积和螺杆转速不足;加料量不够或过多(压力损耗在压实冷料上);控制阀门的破损导致的压力损失和材料泄漏;由于滞流或过长的充填时间引起熔体前沿损前凝面;柱塞或螺杆退回太早,注射时间不够等。改进以上因素可相应改善欠注的发生。

 

(2)凹陷或凹痕

凹陷或凹痕是指制品表面局部下陷,它通常发生在厚壁、肋、凸台及内嵌件上。主要是由于材料在厚壁部分的局部收缩没有得到补偿面引起。当外部材料面化后,内部材料才开始冷却,它的收缩将塑料件表面向内拉面脱离模壁就产生了凹陷。产生凹陷的主要因素有:浇口和料道太小;供料不足;料温太高;注射压力和保压压力过低、保压时间和冷却时间太短;模具温度太高;制品太厚或薄厚悬殊;模具局部几何特征不良等。为避免材料收缩引起的凹陷,可相应地改进以上影响因素。

 

(3)熔接线

熔接线即合料痕是由两股相向或平行的熔体前沿相遇汇合面形或。制品中的洞或嵌件、制品的厚度变化引起的滞流和跑道效应以及多浇口型腔系统都可能形或熔接线。熔接线的强度依赖于流动前沿熔体之间互相结合的特性,它的强度可处于材料使用强度的10% ~ 90%。在大多数情况下,我们无法消除熔接线,只能通过改变模具结构、制品设计以及工艺条件来移动熔接线到低应力区、非表观区域以提高熔接线的强度。产生熔接线的常见原因有;料温太低;注射压力太低,注射速度太慢;模具温度太低;浇口太多;制品壁厚不均;模腔排气不佳;脱模剂用量太多等。通过提高注射压力和速度、熔体和模具温度。增大浇口和流道尺寸,在熔接线附近设置排气孔以提高熔接线强度,适当增加制品壁厚等都可减少熔接线。

 

(4)射流痕

射流痕是当高速的塑料熔体从狭窄的区域,如喷嘴、流道、浇口进入到较宽的区域时,塑料熔体不与模壁接触而发生喷射、卷曲、蛇样的喷射流所发生折叠而形成微观的“熔接线”。这种现象的发生会导致制品强度降低,表面产生斑点,内部产生缺陷等。这往往只在模具浇口为侧式浇口时出现。消除喷射的办法有:通过调节螺杆推进速度降低熔体流动速度;改变浇口位置,使流动方向朝着模壁以促进熔体与模壁的接触;改变浇口形状,如扇形、护耳式浇口,使流动区域逐步扩张以降低熔体流动速度。

 

(5)表面斑痕

表面斑痕是指制品表面经常沿流动方向取向的污斑。主要包括残留气体所引起的黑斑,树脂污染引起的污斑,局部过热引起的热斑,干燥不良引起的银纹等等。当熔料经过螺杆、喷嘴、模具型腔时,熔料可能裹入空气,并在绝热压缩下引起熔料燃烧,这将造成熔料过热分解产生黑斑和条纹。熔料在螺杆中裹入空气时,应增加背压;熔料在喷喷中裹入空气时,应降低喷嘴突变;由于模具的原因在熔料中裹入空气时,应通过缺料注射来查找原因,并加以解决。对这类问题的解决,除以上办法外,还应尽量使用热稳定性较好的材料,尽量不使用回收料。当料筒、喷嘴、热流道中存在某些过热点时会引起熔料烧焦而形成焦痕,需要检查熔体、热流道、喷嘴、料筒及热电偶的温度是否过高。除此之外,当熔料的滞留时间过长也会造成热解而形成焦痕,因此,应保证注射尺寸处于25%一75%的料筒体积,熔体的滞留时间应小于5min,并检查热流道和喷嘴中是否存在死角。高剪切引起的粘性剪切热过高时将形成焦斑。引起高剪切的主要原因有:浇口尺寸太小及浇口截面变化太大、螺杆转速(注射速度)太快、制品设计不合理(变化突然、流阻太大)等。由于物料干燥不良,成型过程中所含水分汽化成低分子挥发物的挥发,在制品表面会出现银纹成扁形小气泡。防止这种现象发生的主要方法除了充分干燥物料外,还应降低注射温度并减少物料在模具内的滞留时间。当着色剂分解或分散不良,料筒中有残留料时制品表面会产生色斑。此时应更换或清洁料筒,提高料筒和模具温度,停止使用脱模剂。

 

(6)表面流痕

表面流痕具有多种形式,如V型、海鸥型、勾型等,引起表面流痕的主要原因有:沿流动路径的温度变化;沿流动路径的剪切变化;由制件厚度、浇口位置、充填方式不良引起熔料滞留等。解决的办法是针对产生表面流痕的原因,降低熔体、喷嘴、流道之间的温差变化,消除引起剪切变化的突变韵角、边以及沿流动路径几何尺寸的突变。或者通过降低注射速度来避免高剪切的出现。避免制件厚度的突然变化。使浇口远离较薄区域或厚度突变区域,并提高熔体温度或保压压力。

 

(7)翘曲和扭曲

翘曲和扭曲是在注塑成型中,当塑料件有内应力时,塑料件所发生的变形,平面方向的变形称为翘曲,对角方向的变形称为扭曲。产生塑料件变形或者说内应力的原因是塑料件在不同方向的收缩变化。引起收缩变化的主要因素有:沿流动方向和垂直于流动方向的分子和纤维取向;沿制件厚度方向的非均匀冷却;由于制件厚度变化引起的非一致冷却速率;非对称的制件几何形状,如一平板上有许多肋排列在一个方向上或处于制件的一侧,也会导致不一致的冷却;成型制件内部的温度和保压状态的变化等,如浇口附近的过压和远离浇口位置的欠压。为了减少或控制翘曲和扭曲,应尽量保持壁厚的均一性;优化浇注系统以保证流动平衡;优化冷却系统以获得沿厚度和整个塑料件冷却过程的一致和平衡;通过提高熔体和模具温度,降低注射压力和延长注射时间以减少聚合物分子和纤维取向。

 

(8)尺寸稳定性

不良引起制品尺寸稳定性不良的主要原因有:各批量制品间成型工艺条件的变化;在成型过程中,由于模具的刚性不足或模腔内的压力太高,导致的模具变形;空气的湿度变化;制品在保存过程中发生结晶。改善制品尺寸稳定性的主要措施有采用流动性差、线胀系数较小及对湿度不敏感的材料,提高注射和保压压力以及锁模力,延长冷却时间,改善浇口设计和位置等。

 

(9)裂纹和破裂

产生裂纹和破裂的主要原因有残余应力太高、外力导致的应力集中、金属嵌件的影响和脆化等。注塑制件的残余应力主要由流动诱导残余应力和残余热应力组成。剪切应力是影响流动残余应力的主要因素,剪切应力与材料有关,如ABS的剪切应力为0.3MP。等,一般来说,最大剪切应力应控制在材料拉伸强度的1%。凡是可以降低剪切应力的因素,如提高熔体温度、模具温度,延长充填时间,降低保压压力和缩短流动长度等,都可以减少流动诱导残余应力。消除残余热应力的主要措施就是优化冷却系统以保证所有表面均匀冷却,同时尽量采用均匀的制件厚度。外力导致的应力集中制件(特别是对有格条的制件)在脱模时,如果顶杆数不足,顶杆位置不合理或安装倾斜,脱模斜度不足,顶出阻力太大,模具上有咬边的地方,都会导致应力集中而使制件表面产生裂纹及开裂。除改进以上影响因素外,还应采用强度大的材料,并尽量减少回收料的使用。金属嵌件周围的开裂主要是由于塑料与金属线胀系数的差异所引起,塑料件内的金属嵌件会限制制件的整体收缩,由此产生的拉伸应力很大,嵌件周围会聚集大量的残余应力而引起制件表面产生裂纹,消除这种裂纹的主要措施有预热金属嵌件,尽量不使熔接线出现在金属嵌件周围,加大金属嵌件与制件边缘的距离(或加大其周围的壁厚),并尽量使用高分子量的树脂。产生脆化的主要原因有干燥不良、熔体滞留时间太长、熔体温度太高等。如干燥不良,在成型温度下,熔体将发生水解反应而使分子量降低(如PC、PBT等),这将导致制件变脆,强度变低。应在成型前或料斗中对成型物料采取必要的干燥措施,这对吸湿性很大的树脂尤为重要。如果熔体在料筒中的滞留时间太长和熔体温度太高将会引起材料的热降解而导致制件变脆,对于热敏性材料或相对分子量较低、分布又较宽的材料更容易发生热分解而变脆。应尽可能减少材料在料筒中的滞留时间。

 

(10)制品的尺寸精度

成型制品尺寸精度不良的主要原因有:模具设计和制造精度上存在问题,成型工艺条件引起制品的收缩变化较大,由成型材料引起的制品收缩不平衡,成型后环境条件引起的经时变化等。

 

模具各部分的制造精度将直接影响到制品的尺寸精度。定模、动模的嵌合,分型面的位置,侧面阳模的构造等都会造成制品尺寸误差。长期使用的模具会由型腔压力、锁模力等因素引起模具变形或松弛,在设计模具时必须考虑模具材料的强度和热处理。

 

注塑件收缩是塑料从成型温度冷却至环境温度时熔体密度变化引起的,它不仅与成型温度变化有关,而且还与制件所受的约束有关(型芯和嵌件的位置等)。制件收缩包括体积收缩(可达20%)和会引起内应力的截面方向的收缩。一般来说,注塑件的收缩主要取决于以下变量:材料、制品尺寸、成型工艺条件。除了注塑成型面有的收缩外,过度的收缩主要由以下因素造成:注射、保压压力过低,保压、冷却时间太短,熔体和模具温度过高等。模具设计人员在设计模具时,必须综合考虑工艺条件和材料行为收缩的影响,综合考虑特别是冷却系统设计,流道和浇口的几何形状等。应优化浇注系统来保证流动平衡,以避免过压和欠压引起的收缩不均匀;对多型腔模具,还应优化型腔布置以保证模具系统温度的热平衡,优化凸模和凹模的冷却水路设计以保证模温的均匀。

 

环境条件引起的经时变化是把成型制品放置在大气中数天后,制品的尺寸形状所发生的变化。主要由以下原因引起:环境温度、成型后的结晶化、残余应力的松弛等。上述环境温度变化、结晶变化以及残余应力所致的尺寸变化都与时间有关,一般大约10天后稳定,这些变化对于高精度尺寸制品,在设计时必须充分考虑。

 

(11)制品的力学性能

对于结晶性塑料(含半结晶性塑料),在熔融状态时呈非晶态,在冷却过程中逐步变为结晶态。然而,结晶过程中晶粒的长大需要时间,如果冷却效率很高,树脂没有足够的时间结晶,即使树脂是“结晶性”材料,在冷却后仍会保持非结晶状态。在充模时,离模壁最近的树脂因快速冷却而形成非结晶层,并且因流动停止使该层组织呈非定向排列;距离模壁较近的树脂因流动很快而取向,并由于快速冷却而使取向被保留下来,这一层仅有很小的晶粒生成;离中心层稍近的一些区域,塑料流动很快但冷却较慢,部分取向遭到破坏,这一层的晶粒较大;中心层最后冷却,由于储热时间很长,足以消除充模时引起的取向,并且有足够的时间使晶粒长大,这一层的晶粒最大。非结晶组织能提高冲击强度,结晶组织能提高压缩强度。对于一些工业用塑料制品往往需要两种强度兼备,需调整成型工艺来控制最终制品的性能(结晶度),从而得到最高的压缩强度和冲击强度。

 

除材料本身的性质外,成型加工过程的很多因素也影响材料的结晶,这些因素主要有:冷却速率、熔融温度和加热时间、应力作用等。温度是聚合物结晶过程中最敏感的因素,聚合物在加工过程能否形成结晶,结晶的程度,晶体的形态和尺寸,都与冷却速度有关。一般来讲,随结晶时间编短。结晶度降低,并使达到最大结晶度的温度下降,所以,快速冷却不利于结晶。熔化温度与在该温度下的停留时间会影响聚合物中残存的微小有序区或晶核的数量,它们对加工过程的结晶速度有很大影响。一般来说,熔融提度高和加热时间长将会导致结晶速度慢、结晶尺寸大,反之,结晶速度快并且晶体尺寸小而均匀。由于聚合物在高应力作用下有加速结晶的倾向,一般来说,聚合物的结晶度随应力以及压力的增大而提高,压力会使熔体的结晶温度升高,在成型加工中须充分估计。

 

一般来讲,在制品中都有取向分子存在,且在制品的横截面上,取向度最大的部位不是表层,而是距表层不远的次表层,沿流动方向取向度最高的部位,不是在靠近浇口处,而是与浇口有一段距离。取向可以是单轴的,也可以是双轴的,这主要由模腔的结构、尺寸和熔体在其中的流动特点而定。单轴取向的注塑制品具有明显的各向异性,这种各向异性常表现在平行取向方向上的拉伸强度和断裂伸长率,明显高于垂直取向方向上的拉伸强度和断裂伸长率。取向引起的各向收缩不均,也常导致制品在贮存和使用中发生翘曲变形。因此,在设计和成型注塑制品时,应采取一切可能的措施,减小因取向而引起的各向异性。在注塑制易的成型过程中,能够改变熔体流动时的速度梯度以及能够改变熔体停止流动后在凝固点以上温度停留时间的因素(以模具温度、制品厚度、注射压力、保压时间、料筒温度的影响较为显著),都会影响制品的取向度和取向度分布。

 

(12)加工成型过程出现的问题

加工成型过程本身出现的问题主要有制品脱模困难、主流道粘模等。制品脱模困难主要原因有;模腔表面光洁度不够;模具斜度不够;注射压力大,物料温度高,物料进入模具镶块处的缝隙;模具温度和冷却时间不合适;模具损伤造成制品飞边;模具排气不当等。适当改进以上因素就可避免制品脱模困难。造成主流道粘模的原因有:主流道斜度不够;主流道光洁度差;喷嘴孔径与模具主流道配合不当;主流道无冷料穴等。通过改进以上因素就可解决主流道粘模的问题。

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