注塑外观问题诊断的理论与实务解析

注塑外观问题诊断的理论与实务解析徐昌煜2016年4月15日上海众安电器塑料有限公司雾斑Blush湖南省张家界,2009.7.24.车载支架方板,PC,浙江省乐清市,雾斑,2007.8.27.雾斑的定义:熔体的雾状色变。常在熔体流路瓶颈(如浇口)下游出现。原因是熔体破裂(meltfracture)。圣安娜峡谷(CanyonSteAnne)中之瀑布激起的水雾,QC,Canada(加拿大),2012.10.2.AviewlookingfromtheroadtothetopofMountJenner(1874m),Berchtesgaden,Germany(德国),2014.5.24.剪切应力ShearStress剪切速率黏度rateshearityvisstressshearwhere:cos::剪切应力模具1.模温太低2.浇口太小或进胶处型腔太薄熔体流量大，截面积小时，剪切速率(shearrate)大，剪切应力往往跟着提高，以致熔体破裂(meltfracture)，产生雾斑现象。CAE模拟，可以预测熔体通过上述狭隘区时的温度、剪切速率和剪切应力。而CAE一般都会提供各种塑料料温、剪切速率和剪切应力的上限。CAE工程师可以根据分析结果作相应的调整，很快可以找出适当的浇口尺寸和进胶处型腔壁厚。雾斑Blush矩形边缘浇口(側浇口)设计RectangularEdgeGateDesignL=0.5~0.75mmh=浇口厚度gatethickness(mm)t=制品壁厚wallthickness(mm)W=浇口宽度gatewidth(mm)A=型腔表面积surfaceareaofcavity(mm2)n=材料常数materialconstant0.5forTPU0.6forPE,PS0.7forPOM(聚缩醛),PP0.75forABS,SAN,SBC(K-RESIN)0.8forCA(醋酸纤维素),PA,PBT,PC,PMMA0.9forPPO,PVC,PEEK,+GFh=nt30AnW当W2h,W取2hWhenW2h,useW=2hwthL水尺,PP,广东省佛山市,雾斑,2015.5.18-19.水尺,PP,广东省佛山市,雾斑,2015.5.18-19.Φ0.8潛伏式浇口加在0.8t板片上，经0.7t制件周围薄片进胶3t制品中央厚壁。C.Hsu：红圈所示0.7mm厚瓶颈处是熔体破裂(产生雾斑)、塑料降解(强度变弱)和保压补缩(3t厚壁)不足(厚、薄壁收缩差异和残余应力更大)的祸源。3t0.731.2SEC.A-A0.8nxt=0.7x3=2.1MobilePhone模面未经电磁加热WithoutIHTC模面经电磁加热WithIHTC银纹SilverStreakAtripontheFlamRailway,Norway,June2,2014飞流直下三千尺，疑是银河落九天。唐李白熔体中气泡被前沿拉伸翻卷到模壁或者型腔中困气被前沿拖拉附着在模壁。其在制品表面形成白色线条状者，称之为银纹。水花或料花Splay熔体中气泡被前沿拉伸翻卷到模壁或者型腔中困气被前沿拖拉附着在模壁。其在制品表面形成白色团块状者，称之为料花或水花。奥入濑溪流,十和田八幡平国立公园,日本,2015.4.29.注射成型充填过程中产生的气泡如左下图所示经熔体前沿(meltfront)之喷泉流(fountainflow)拉伸并卷至模壁，被冷却固化的塑料定位在制品表面。其成白色线条状者，称之为银纹，成白色团块状者，称之为料花。气泡可能是：一、塑料降解(degradation)、气化而产生的瓦斯气(gas)；二、水气；三、空气；四、塑料成分中易挥发物质，如润滑剂在高温下挥发的气体。银纹和料花都是气痕银纹和料花生成的另一方式是困气被熔体前沿顺流动方向拖带而出形成。困气可能是：1.型腔转角或沟槽(如加强筋槽)中的气体；2.模面的水遇高温熔体后蒸发的水蒸气；3.模面的油等遇高温熔体后挥发的气体。困气困气银纹或料花银纹(SilverStreak)或料花(Splay)右图是一聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)的球形把手(knob)，当进胶口径ΦA是1.8mm时，产生了银纹。将ΦA加大，银纹减少。当ΦA加大到2.5mm时，银纹消失。说明通过浇口的熔体因浇口扩大而降低流速、剪切速率(shearrate)、剪切应力和摩擦升温，高分子就不至于降解、气化而产生银纹。因降解、气化而生的瓦斯气生成的银纹和料花的消除左图为一聚丙烯(PP)之化妆品盖，高速熔体通过图中左下的绞链时，因高剪切应力(shearstress)、高摩擦生热和高温升，使得高分子降解、气化，产生大量的瓦斯气和料花。要减少和消除瓦斯气，必须降低通过绞链的熔体流速。作法是双管齐下：1.平衡多型腔的塑流；2.降低熔体流经绞链时的射速(injectionspeed)。因降解、气化而生的瓦斯气生成的银纹和料花的消除右下图是一聚丙烯(PP)的保险杠，当阀式浇口(valvegates)顺序开启时料花产生，而当阀式浇口全开时料花消失。说明顺序开启阀式浇口时，先开启的浇口，因为熔胶流量集中，流速快，剪切速率和剪切应力大，高分子降解、气化而产生瓦斯气和料花。熔接线)了，自然是不可行的。最后，料花的消除是靠改用熔融指数(MeltFlowRate或MFR)较大的的PP达成的。熔融指数大的熔胶黏度小，剪切应力和摩擦生热减少，高分子不易降解、气化，瓦斯气和料花不易产生。浇口保持全开，就失去使用顺序开启阀式浇口的原意(如消除因降解、气化而生的瓦斯气生成的银纹和料花的消除因空气生成的银纹和料花的消除下图显示一添加20%滑石粉的聚丙烯(PP-T20)汽车装饰板的加强筋(rib)的下游生成了料花。当熔体流进加强筋时，将加强筋中的空气卷出、拉伸，并由固化的塑料定型在制品表面而形成料花。要避免这种料花的产生，除了做好加强筋的排气(venting)外，加快熔体流过加强筋时的射速和增加熔体的黏度都有减少此类料花的功效。下图是一主流道(sprue)下游满布料花的塑件。原因是螺杆松退时，吸进了大量的空气。下一次注射时，熔体将空气带到制品表面，形成泛滥成灾的料花。遇到这类情况，应该减少螺杆松退，检修漏气之零部件。只要空气不进入喷嘴及其上游，下一次注射时就不会因空气而产生料花。因空气生成的银纹和料花的消除红圈示处并非缩痕，而是气痕，当熔体从1.2t区流往3t区时，壁厚作阶梯式的突变，困气而生气痕。Redcircleshowswhereshortshotandgasmark(notsinkmark)is.1hx2w潜伏式浇口加在1.2t制品上1hx2wsub-gateaddedonto1.2tpart端盖,ABS,气痕、欠注Endcap,ABS,shortshot&gasmark困气生气痕GasMarkCausedbyTrappedAir气痕困气熔体自薄壁流进厚壁，壁厚差异大而又作阶梯式断然变化时，快速前行的熔体前沿会跨过尖锐的转角而将气体围困其中，该气体因压缩、升温而氧化、降解与其接触的塑料而形成色泽不一的气痕。困气生气痕气体亮印、哑色或模糊印、焦痕等都是气痕以不同的色相显现熔体合流形成熔接线(weldline)或气穴(gastrap)时，如果排气顺畅，如左图所示：会合之熔体前沿之间的气体可以及时排到型腔之外，不至于阻隔相会前沿的熔合。前沿会合处色泽与其他地方色泽较为一致，制品质感较佳。亮印、哑色或模糊印、焦痕等都是气痕以不同的色相显现当排气不顺或困气没有出路时，气体在熔体前沿会合挤压下升压升温并流窜围困在制品表面和模面之间，如左图所示。与升压升温的困气接触的制品表面，随着温度的升高，其色泽经历高光、模糊、焦黑的过程，最后制品表面缺陷则根据其色相，而以亮印、哑色或模糊印、焦痕等名之。气体困气亮印、哑色或模糊印、焦痕等都是气痕以不同的色相显现左图显示一尼龙六(PA6)护套因困气产生的亮印，熔体自两个浇口进胶后，如红色箭头所示沿制品外缘路径快速包抄中央薄壁型腔的空气，形成气穴，此处无处排气，困气在高压下升温，与其接触的塑料在高温下呈现亮印。2浇口嵌块镶拼而成火花放电加工而成亮印、哑色或模糊印、焦痕等都是气痕以不同的色相显现左边黄圈所示成型加強筋的沟槽是以火花放电加工而成，没有任何间隙可以让困气得以逃出，气体被熔体前沿推挤压缩升温，与困气接触的塑料因高温而呈亮印。右边白圈所示之加強筋沟槽是以嵌块镶拼而成，加強筋之色泽无异。机座,PA6-GF30,浙江省温州市,亮印、短射从左图可以看到打卡机壳上的加強筋上有黑色焦痕，这是因为成型加強筋的沟槽是以火花放电加工而成，没有任何间隙可以让困气得以出逃，气体在熔体前沿推挤压缩下，因狄赛尔效应(Dieseleffect)燃烧塑料而成焦痕。亮印、哑色或模糊印、焦痕等都是气痕以不同的色相显现气痕的消除EliminationofGasMarks气痕的消除，一来要正本清源，二来要气畅其流。Inordertoeliminategasmarks,firstly,gassourcesshallbeeliminatedand,secondly,theventingshallbeoptimized.正本清源就是不让气体有发生的机会。这里特别要提到：瓦斯气往往是在高速的熔体通过狭小流路(如喷嘴、阀门或/和浇口)的时候因为激烈的摩擦生热而产生，所以太小的流路和过高的射速应该避免。Gaswillgeneratedbyhighspeedpolymerflowinnarrowflowpaths,likesmallnozzle,valveopeningsor/andgates,duetohighfrictionheat,sosmallflowpathsandhighinjectionspeedshallbeavoided.下图红圈所示狭窄流路的下游有一连串气泡，而上游则无，说明气泡是在熔体高速通过狭窄流路时温升气化产生的，这些气泡顺流而下，在熔体前沿处被翻卷至模壁而在制品表面形成了银纹。气痕的消除成串气泡无气泡银纹狭窄流路在此情况下，将该狭窄流路合理放大，降低剪切应力(shearstress)和摩擦生热，熔体就不会气化，气泡和银纹就不会产生。右图是一聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)的球形把手(knob)，当进胶口径ΦA是1.8mm时，产生了银纹。将ΦA加大，银纹减少。当ΦA加大到2.5mm时，银纹消失。说明通过浇口的熔体因浇口扩大而降低流速、剪切速率(shearrate)、剪切应力和摩擦升温，高分子就不至于降解、气化而产生银纹。气痕的消除Runnerwithflowregulator,PA66-GF30,JiangSu,China,gasbubble,2014.7.2.节流阀白色箭指处可见瓦斯气泡。开启很小的节流阀的下游有成串气泡，而上游则无。Astreamofbubblesonlyfoundinthedownstream(notupstream)ofthesmallopenedflowregulator.气泡形成的孔HolesFormedbyGasBubbles进胶圆柱的直径只有1mm，射速快时剪切速率大，熔体急速升温、气化和碳化。气化的瓦斯气和剥落的碳化物随着流路中央的高速塑流冲向前沿，前沿的喷泉流将其卷到模壁就形成银纹、料花、黑线、黑斑等。充填完毕时，尚未追及前沿的瓦斯气和碳化物就留在流路中央，以碳黑和(上图蓝色箭头所示)孔洞的形式留在塑件当中。Partwithcavitiesinsideit,locatedatthegate(Φ1mm)downstream(notnecessarilyinthethickersectionofthepart),PA66-GF30,JiangSu,China,gasbubble,2014.7.2.气泡形成的孔穴CavitiesFormedbyGasBubbles熔体自一受限区域(例如浇口或是喷嘴)，快速冲进一宽厚区域，塑流不稳，而生乱流，称之为喷流(jetting)。乱流在塑件表面形成的痕迹，就叫作喷流痕(jettingma