热塑性注塑件表面不良分析指南1

热塑性注塑件表面不良分析指南前言在许多情况下,热塑性注塑配件的表面质量是影响产品质量的主要因素,由于塑件与模具,模具组成,及加工过程的复杂关系,使得人们常难以发现问题的起因,从而不能采取及时措施加以改进.本指南旨在对我们的实际工作提供帮助.若表面质量有缺陷,用户可据本手册提出对策以使生产过程最优化..本手册基于许多专家的经验和知识编写而成.它在一个三年的团队项目中成稿,其中包含了三十个公司的辛勤工作.在此,我们要感谢那些对本书的编写付出了辛勤努力的人们.我们尤其要感谢编写本书的合作者Dipl.- Ing. Rolf SaBDipl.-Ing . Christopher VitzDipl. -Ing . Jom Wahle我们也要感谢Iserlohn大学的许多学生,它们的研究对本项目提出了许多的支持.向以下公司对本团队项目的支持及其合作表示感谢!引言本手册关注如何解决塑件中存在的问题,旨在帮助读者分析塑件表面存在的缺陷,提供避免和减少缺陷的方法.本手册共有两章:第一章缺陷的检测与分类第二章缺陷的物理成因及补救办法附件数据的获取和记录第一章缺陷的检测与分类本章包含各种不同缺陷的描述,图片,及备注,将有助于对各种缺陷进行分类.进行分类后,可按分类数码在第二章查阅.第二章缺陷的物理成因及补救办法在本章你可读到对一些缺陷的物理成因的简短解释,而且,还提供了各种缺陷的重要备注以及必须考虑的各种边界条件的备注.在本章的末尾,你可读到一些流程图表,告诉我们如何避免和减少缺陷,对有关工艺流程,模具配件,模具设计,模具构成,其中也提供了一些解决办法.附件数据的获取和记录此种记录可邦助对最优模具工艺流程进行跟踪与评估.1.表面缩水 7. 表面皱纹2.条纹 8. 内应裂纹2.1 塑料降解 9. 欠注2.2 水气纹 10. 披锋2.3 颜色偏差 11. 各种顶白2.4 空气纹 12. 脱模变形2.5 加织条纹 13. 表皮脱落3. 表面粗糙 14. 冷料纹4. 熔接纹 15. 困气5. 射纹 16. 黑斑点6. 燃烧痕 17. 注口园环1.表面缩水当热收缩率得不到补偿时,会在塑件表面材料聚集附近产生凹陷,形成表面缩水图1 骨位旁缩水图2 厚度变化处缩水图3 园形型芯控温不当时导致缩水2.条纹帮助区分条纹.条纹,尤其是塑料降解,水气纹,空气纹,,外观很相似,使肉眼很难区分,加工者必须了解塑件特点,加工工艺,环境影响,才可加以判断.正因如此,本章提供不同类型条纹的各种信息,不一定在每个塑件上都会出现其中所述的所有标志,它们仅提供用以判断条纹类型的各种原因.判断条纹成因的各种标志塑料降解的判断标志1.条纹周期性出现2.条纹常出现在横切方向较窄的区域之后,或塑件的锐角边.3.在型腔内流体内部,达到熔融温度上限而烧黑.4.调低"螺杆转速",可改善此缺陷.5.调低熔融温度,可改善此缺陷.6.在注塑体内或此螺杆前停留时间太长.(由于运转停止或每次注射量太少.)7.重熔料太多或一部分材料曾熔融多次.8.模子装配有热流道9.模子装配有单向热咀.10.环境温度高,(尤其和冷却模及冷却颗粒容易结合).水气纹的判断标志1.材料容易吸湿(例如:PA,ABS,CA,PBTB,PMMA,SAN,ETC.)2.将材料熔体向空气中挤压时,可见气泡或气流.3部分充填的流体固化前端有火山口似结构..4.加工前湿度很高空气纹的标志1.降低压力以后气纹会变小.2.降低螺杆前进速度以后气纹会变小.3.注塑材料中可见气泡.4. 部分充填的流体固化前端有火山口似结构.2.1塑料降解若流体因温度太高或在模腔内停留时间太长,会造成产品表面的气体分解,外观表现为产品表面变为褐黄或银白色.图4:由于在注射筒内停留时间太长而形成的塑料降解.图5:由于浇口剪切温度太高而形成的塑料降解.图6:由于在注射筒内停留时间太长而形成的塑料降解.2.2水气纹水气纹出现在U形配件的表面,朝流动方向散开.其围绕银色条纹的表面常粗糙而多孔.在模具表面由潮湿而形成的水气纹,常表现为大面积纹路,暗淡,多为层片状.图7:由于含有湿度太高的颗粒所形成的水气纹.图8:左:由潮湿颗粒所形成的水气纹.右:由于表面潮湿形成的水气纹.图9:由于含有湿度太高的颗粒所形成的水气纹.2.3颜色偏差颜色偏差是由于组成成分分布不同或色料在流动时方向的不统一而形成.由于热损坏或较大的物理变形,也可导致颜色的改变的和颜色上的差异.图10:色料在流动时方向的不统一而形成的颜色偏差图11:由于每批主要材料不统一而形成的颜色偏差图12:由于塑件在注塑单元内被过分弯折而形成的颜色偏差.2.4 空气纹多数情况下空气纹表现为哑色,银白色,或白色条纹,多出现在塑件园顶附近,骨位旁或壁厚变化处.在主流道附近,次流道开始处,也可出现层状气纹. 空气纹也见于雕刻处或塑件凹陷处.图13:由于吸入空气和空气的窜流,在骨位旁所形成的空气纹.图14:由于减压时吸入空气,在主流道附近所形成的空气纹.图15:在壁厚变化处所形成的空气纹.2.5 加织流纹当使用玻璃纤维加强的材料时,其表面多为哑色并粗糙.玻璃纤维的金属光泽在塑件表面看似条纹.图16:主流道附近的玻璃纤维定向线条.图17塑件的粗糙,银白色表面.图18:玻璃纤维, 似字母条纹,清晰可见.3.表面粗糙评估塑件的光洁度,需考虑两个缺陷.要么为光洁度太强或太弱,要么是塑件表面光洁度不统一.光洁度差异多见于塑件外露可见区域的厚度变化处.图19:骨位旁的表面粗糙.图20:厚度变化处的表面粗糙.图21:熔接痕附近的表面粗糙.4.熔接痕塑件上的熔接痕在多数情况下代表其光学和力学的薄弱点,常出现凹槽或颜色变化.凹槽多见于高度抛光,而又较暗或透明的表面.而颜色改变则多见于具金属光泽色料的表面.图22:在熔接痕的颜色差异.图23: 熔接痕上的颜色差异图24:在透明塑件顶底面的凹槽清晰可见.5.射纹在塑件表面经常可见或哑或粗糙的蛇形射纹. 射纹常导致光洁度和颜色的不统一.有时它与表面皱纹很相似.图25:始于塑件浇口的射纹扩展至整个塑件.图26:哓口附近的射纹.图27:螺丝起上的射纹(熔融纤维紧紧挤压在一起.)6.燃烧痕塑件表面常可见燃烧痕,在燃烧痕区域配件常充填不完全.图28:骨位旁通气不好所形成的燃烧痕.图29:由于在流路末端困气形成的燃烧痕.图30:多个流体前端沉下消失而形成的燃烧痕.7.表面皱纹在塑件表面常见很细小的表面皱纹,很象塑件表面有了文字记录, 当痕迹与熔体尾部的流动方向平行时,在点浇口附近常出现同心环.图31:始于浇口附近的表面皱纹向整个塑件扩展.图32:同心环状表面皱纹图33:同心环状表面皱纹8.内应裂纹/拖花内应裂纹由内部或外部的应力形成,暴露于应力下的区域变白.拖花是在脱模方向的相邻拉痕.它们常在产品生产后存在数天甚至数周.图34: 脱模时由应力形成的拉白.图35:在salad server 上的拉白(在购买后数周仍可见)图36:内部绞链上的拉白.9. 欠注注塑时外表面充填不完全的配件为欠注配件,这类缺陷常出现于熔体流动距离较长时远离浇口处或塑件壁较薄处.若模具徘气不充分,也可在其它部位出现.图37:由于困气导致的欠注图38: 不完全脱模时,四周为棱格的仪器罩.图39:固流区前端用玻璃纤维加强的材料注塑的仪器罩.10. 披锋(毛剌)毛剌常形成于合缝处,封口处,气流道或顶针旁.它们多少象塑件的薄膜边.很细的毛剌不仔细辩认常难以发现.而区域较大处的毛剌常伸出正常边沿外数厘米.图40:大面积溢流.图41:旋转柄上的毛剌图42:气流道上的毛剌11. 可见顶白顶白是在塑件表面顶出一侧的凹陷或凸起.塑件厚度的变化可导致光洁度及塑件可见表面的凹陷.图43:顶针压下时留下的痕迹.图44:顶针附近的光洁度差异.图45:由于压下顶针导致可见表面的损坏.12. 脱模导致的变形按变形程度的不同,可分为拨出痕,裂纹,裂隙,过分拉伸区,及较深顶针凹陷.关键是有倒扣的塑件,无需活动配件脱模.(例如行位)图46:由于顶出导致的强烈变形图47:在下部凹陷区由于强行脱模而导致的变形.图48:在晒纹表面的脱模油槽.13. 表层脱落材料表层若熔合联结较差时,表层容易脱落,它常出现于浇口附近或塑件表层.据其程度不同,可大可小,可厚可薄.图55:在浇口和塑件表面的脱落.图56:大面积的,较厚的表层脱落.图57:由于表层脱落而影响了美观.14. 冷料纹从热嘴(或热流道中)流出的冷却熔体,可产生形如慧星尾的痕迹.它们可出现于浇口附近,也可扩散至整个塑件表面.当冷料纹堵塞流道,压迫熔体进入塑件时, 冷料纹也可形成夹水纹.图58:冷料纹后的夹水纹.图59:主流道附近的冷料纹.15. 困气(气泡形成)显而易见,塑件中的空洞是由于困气而形成的.对比塑件本身的空腔,其区别是这类空洞也常出于塑件壁.图60:气泡可形成塑件表面的凸起.图61:由于注入空气形成的气泡图62:固流体围绕型芯流动时形成的气泡..16. 暗点由于磨损,热损坏,或污垢,塑件表面可出现黑色或暗色点.图63:热性质损坏后形成的暗点.图64:改变材料后出现的暗色点.图65:热性质损坏后形成的暗点.17.注口园环主流道附近的同心环常太小,只可见枯暗的光晕;图66:主流道附近的枯暗光晕.图67:主流道附近的枯暗光晕.图68:主流道附近的枯暗光晕.第二章物理成因及补救方法1.表面缩水 7. 表面皱纹2.条纹 8. 内应裂纹/拖花2.1 塑料降解 9. 欠注2.2 水气纹 10. 披锋/毛剌2.3 颜色偏差 11. 各种顶白2.4空气纹 12. 脱模变形2.5 加织流纹 13. 表皮脱落3. 表面粗糙 14. 冷料纹4. 熔接痕 15. 困气5. 射纹 16. 暗色点6. 燃烧痕 17. 注口园环物理成因若要尽快消除表面缺陷,并花费最少,了解其物理成因是十分必要的.只有这样,操作者才能决定什么补救办法最有效果或什么需要改变.而且有关物理成因的知识也有助于了解流体图表.另外,本章对如何采用最优最快的流程及如何避免缺陷也提出了许多的重要注解.要说明的是本指南仅包含了对成因的简短解释而无详细的物理背景描述.解决问题的流程图由于不同的物理原因,消除表面缺陷常是一个艰难的任务.为邦助操作者,本章系统的提出了如何消除缺陷的流程图.其目的是通过改变工艺参数,达到需要的质量要求.使用这些图表时请注意,对同一个缺陷,由于问题不同,有可能进入不同的图表区.选择补救办法时,只可改变一个参数,以免干扰.其后要试运行几次以保证稳定的工作状态.有时可选择数个解决办法,其中有(+)和(-)以供选择.若一个参数变化失败,重新回到此问题并重新应用.若可能,逐一按补救办法试验.当然,尽管这些图表考虑了各种实际状态,但也不可能全括实际工艺的所有情况.因此,这些图表也仅供参考.另外,它们可以较容易地适用于特殊条件,或以读者自己的知识加以完善.这些图表也可以邦助确定,是改变机器设定以消除缺陷还是必须改变模具或配件的设计.1.表面缩水物理成因:在冷却过程中若热收缩得不到补偿时,常形成表面缩水.如果塑件的外壁不够坚固,由于冷却不完全,其外表面被内部收缩应力的拉牵而形成.有三个基本的原因:1.固化太慢.2.有效压力保持时间太短.3.由于模具内熔体流动阻力太大,成形压力的转换不够.备注:要最大限度的转换"成形压力",浇口必须设计于横剖面最大处,为了防止流道系统的过早固化,保证足够的尺寸是有必要的.图1:塑件表面的缩水(由于浇口设计于薄壁处所引起)表面缩水检查或改变机器设定,改变模具或胶料成分,开始新的一次注射,并重新按此图表检查.调查残留的熔融垫太小. 是 (1) 加大调节行程,否检查单向阀门缩水出现于浇口附是 (1) 最大限度的处长保压时间. 近或厚壁区加大成形压力.否 (3) 改变塑件壁温度.4 ) 改变熔体温度.(5) 改变注射速度.是缩水远离浇口或位 (1) 最大限度的延长保压时间. 于薄壁区. (2) 加大成形压力.(3) 改变注射速度.否 (4)改变熔体温度.(5)改变塑件壁温度.缩水远离浇口或位是 (1) 检查气流道于薄壁区检查主流道和浇口直径(3) 检查球化状态.(4) 进行模温控制.(5) 移除材料堆积.否 (6) 考虑壁厚或肋的比例(7) 增加挥发成分.(8) 采用低缩水性的塑料.是脱模后直接形成缩水. (1) 处长冷却时间.1) 重要!移去缩水纹后检查塑件是否有空洞.2) 残留熔融垫至少有2-5 mm2.1 塑料降解(褐色或银白色)物理成因:塑料降解多由于熔体受到热性质损坏而形成.其结果为其分子链缩短(银白色退色)或其巨型分子发生了变化(褐色退色)热损坏的可能原因有:1.在预热干燥时温度太高或时间太长.2.熔体温度太高.3.在塑化单元内剪切力太大(例如螺杆转速太快.)4.在塑化单元内停留时间太长.5.在模具内剪切力太大(例如:注射速度太快).备注:向空气中注射以检查熔体温度,用针状温度计测量温度.塑料热力性质的退化,即使其表面没有损坏,也对其力学性质有不利的影响,2.1塑料降解(褐色或银白色)检查或改变机器设定,改变模具或胶料成分,开始新的一次注射,并重新按此图表检查.原因调查熔体温度高于是降低熔体温度工艺范围. (1) 改变料筒温度(-)否 (2) 改变螺杆速度(-)(3) 减少背压.熔体停贸留时间是是否在标准范畴内 (1) 减少循环时间(2) 延长成型周期.否 (3) 利用机器降低注射量,提高螺杆行程.(4) 减少重熔的物质.熔体停贸留时间是是否在标准范畴内 (1) 在浇口或塑化单元内防止死结流行受阻否 (2) 检查塑化单位的磨损程度(3) 检查球化状态和进料情况是烧黑纹是否周期性出现或向 (1) 降低注射速度空气中挤压时也可见到 (2) 检查热流道(3) 在浇口系统防止锋利边否是塑料降解在浇口附近 (1) 降低注射速度(2) 避免锋利边(3) 避免流道太小(4) 检查主流道和浇口系统(5) 检查横切剖面热嘴(6) 检查关闭热嘴的功能.(7) 检查材料的预干燥情况(8) 减少使用重熔的物质.(9) 使用热学性质稳定的胶料或色料.1) 模具设计时考虑熔体流变性.2) 热学性质损坏是可能由于预干燥时间太长或太热.2.2 水气纹物理成因:在储藏或加工时,水份被球化颗粒吸收,在熔体中形成气泡.由于流体前端的特定流动形状,气泡被挤到流体的表面,由于压力的补偿,气泡胀裂,且由于流体前端的移动而变形,从而在塑件壁冷却形成水气纹.水气纹可能的成因:塑件表面湿度:1.模温控制系统漏气.2.模具壁有冷凝水珠.球化颗粒内部温度:3.材料预干燥不完全4.材料储藏方法不当.图2.2: 流体前端附近的氯泡流动状态.水气纹检查或改变机器设定,改变模具或胶料成分,开始新的一次注射,并重新按此图表检查.原因调查是湿度仅在塑件表面? 1) 检查模具冷却系统,检查是否漏气,(2) 升高模具壁温度.否 (3) 使用"干燥空气屏幕"系统.(4) 了解空氯状况.减少湿度:(1) 材料是否充分预干燥(2) 检查包装(3) 检查材料储藏状况.(4) 减少在料斗中的时间.(5) 使用通氯的塑化单元. 1) 请注意以下应用:降低控温媒介的温度可缩短冷却循环时间.由于湿度的浓缩,控温媒介不可优化温度.2) 注意材料生产商的干燥说明.3) 若可能,直接从附近的干燥系统中进料.2.3颜色偏差物理成因:在着色时,色素浓缩成团,可形成浓缩差异,这种较差分布状态可由塑料,工艺参数,粘附性及其它原因所引起.使用染料近距离着色时,此缺陷可由于染料颗粒在熔体中的不完全熔解而形成.与热塑材料相似,色素和染料也对过度的加工温度和停留时间很敏感.如果颜色偏差是由于热学性质损坏而形成,此颜色偏差应认定为塑料降解.过余的应力和过度弯曲,也可导致颜色差异.变形区反光与其它区域不同.备注:若使用主色料着色时,要确保色料基质与被着色塑料相兼容.图2.3:由于高度剪切,色料浓缩时的细小差异.颜色偏差原因调查检查或改变机器设定,改变模具或胶料成分,开始新的一次注射,并重新按此图表检查.材料加工范围是提高物理熔融的均质性:是否允许高度 (1) 提高背压和调节螺杆速度. 剪切?(有无热 (2) 提高注射速度.学性质损坏危 (3) 采用较小的浇口.险?)否能否改变着是着色:色过程? (1) 使用较小色料.(2) 使用色胶或主色料.否用染料着色:(1) 使用较小的颗粒.(2) 检查染料的可熔性.能否用其它球是化颗粒? (1) 使用较小的球化颗粒否改变机器或塑化单位:(1) 提高L/D比例.(2) 使用剪切和弯曲装置.(3) 使用带搅拌器的单向阀门.1)注意原材料和加工产品的加工说明.2) 基质的熔融流动指数与塑料的相同.3) 当选择塑化单元时,确保熔体有充分的同构型.(剪切和弯曲装置不能损坏塑料和染料.)物理成因在模具充填时若空氯不能逃逸,它会在模具表面顺流动方向被拖曳和拉伸,尤其在,雕刻字母,骨位,园弧顶,和凹陷处,空气容易被卷起而困于熔体中,其结果就是形成了氯纹或气钩.若在螺杆后退减压时,空气被吸入至螺杆前面,此时气钩就会出现于浇口前面.这里,空气在注射时被输入至型腔,然后被挤入塑件内而冷凝.图2.4: 在雕刻后形成的气纹2.4 空气纹检查或改变机器设定,改变模具或胶料成分,开始新的一次注射,并重新按此图表检查.原因调查是为氯钩? (1) 调节注射速度.(2) 在流动方向变化处防止尖锐棱边否 (3) 减小雕刻深度.是氯钩位于浇口附近? (1) 螺杆退出减压时降低螺杆速度.(2) 减小降压值.否 (3) 使用关闭热嘴.(1) 调节注射速度(2) 提高背压(3) 在流动方向变化处防止尖锐棱边.(4) 检查热嘴的封闭性(5) .移动浇口物理成因由于玻璃纤维较长,因此在注射时常沿流动方向定向排列,当流体碰到塑件壁而突然停下时,玻璃纤维有时来不及被熔体充分包围.另外,由于玻璃纤维与塑料缩水性的较大差异,(玻璃纤维:塑料=1:200)常使塑件表面很粗糙.玻璃纤维防碍塑料的缩水,尤其在其长轴方向,从而形成十分粗糙的表面.图2.5:由于不同缩水而形成的粗糙表面.2.5 加织流纹检查或改变机器设定,改变模具或胶料成分,开始新的一次注射,并重新按此图表检查.原因调查是充填材料能否被改变? (1) 提高注射速度.(2) 提高塑件壁的温度.(3) 提高熔体温度否 (4) 优化保压时间(5) 提高成形压力.(1) 使用较短的玻璃纤维.(2) 使用玻璃珠.是纹理是不否在夹水移动浇口(移动夹水纹至可见区域.) 纹附近出现?否检查two -component process 的应用.1) 有可能显著改善此缺陷,明显可忽略循环时间的影响3. 表面粗糙物理成因塑件表面的光洁度是塑件暴露于光线下时其表面的外观.当光线照射于物体表面时,其方向会发生改变,(光的折射)当一部分光在塑件表面反射时,另一部分则以不同的密度穿透塑件表面而进入其内部.物体表面的光洁度即其光学特性的反映.表面越粗糙,其光洁度越低.为得到较好的光洁度,塑件应尽可能的抛光,晒纹表面例外.光洁度差异是由于不同的抛光所引起,起因于冷却条件的不同和缩水的差异.已冷却部分的伸缩差异是光洁度差异的另一原因.图3.1:由于磨光表面的反光而形成较好的光洁度.图3.2:由于粗糙表面的反光而形成的较差的光洁度.表面粗糙检查或改变机器设定,改变模具或胶料成分,开始新的一次注射,并重新按此图表检查.. 原因调查是塑件表面光洁度不够? 磨光表面:(1) 提高塑件壁温度(2) 提高熔体的温度(3) 提高注射速度.(4) 提高塑件壁的抛光程度.否晒纹表面:(1) 降低塑件壁的温度(2) 降低熔体的温度(3) 减小注射速度(4) 采用较细小的表面结构.是磨光表面有光洁度差异? 提高热融体的同构型.(1) 减少残留熔体垫.否 (2) 提高背压,调节螺杆速度(3) 提高热嘴的温度(4) 采用更平整的平面.顶针或行位上的光是洁度是否不同? 防止塑件上的压力峰值:(1) 优化换位时间否 (2) 减少成形压力.(3) 减少保压时间.(4) 保持注塑温度平稳(5) 改变顶针系统的设计.是钻孔处的光洁度是否不同? (1) 采用合适的钻孔形状.否 (2) 移动浇口夹水纹的光洁是度是否不同? (1) 提高塑件壁温度(2) 提高注塑速度否 (3) 移动浇口塑件拐角处的光是洁度是否不同? 在塑件拐角处保持温度平衡.(1) 减少模具活动一半的温度否 (2) 改变角度的几何形状.(3) 改变模具的热力学设计.是在骨位旁光洁度是否不同? (1) 优化保压时间(2) 提高成形压力否 (3) 改变塑件的几何形状(4) 改变模具的热学设计.在塑件壁厚度变化是处光洁度是否不同? (1) 优化保压时间(2) 提高成形压力否 (3) 调整顶针的几何形状(4) 尽力使塑件厚度变化连续.(1) 改变材料颜色(2) 减少玻璃纤维的含量.(3) 减少充填材料的含量.4. 熔接痕(可见凹槽或颜色改变)熔接痕是两个或更多的熔体相遇时所形成的,当两个熔本相遇时,其园形前端被挤平和粘结在一起,此过程要求已有很多氯孔的流体前端良好伸展.如果温度和压力不够,流体前端的角部得不到良好成形而产生凹陷.而且,熔体不能良好熔融时,会在此处形成一个力学薄弱点.若胶料含有添加剂(例如色料),这些添加剂有可能在熔接痕附近形成定向排列.这同样会导致熔接痕附近颜色的改变. 备注:唯有提高塑件壁温度才可得到显著提高.(若采用pro-mold 例外).提高塑件壁温度,同时按2%/度提高循环时间.图4.1:两流体相遇前的流体前端.图4.2:园形流体前端的伸展.。