塑料件缺陷预防及改善措施

塑料件缺陷预防及改善措施王健内容简介：简单介绍了塑料的概念性质。重点分析了塑料产品常见的十二种缺陷及其产生的原因，并在塑料件设计，模具设计及注塑成型工艺全过程中提出了相应的解决方案。引言塑料的基本概念：塑料是指以高分子合成树脂为主要成分，在一定温度和压力下具有塑性和流动性，可以被塑成一定形状，且在一定的条件下保持形状不变的材料。组成：聚合物合成树脂（40%〜100%），辅助材料：增塑剂.填充剂.稳定剂.润滑剂.着色剂.发泡剂.增强材料。辅助材料的作用是改善材料的使用性能和加工性能，节约树脂材料（贵）。塑料的分类：热塑性塑料：具有线性分子链成支架型结构，加热变软，冷却固化可逆。热固性塑料：具有网状分子链结构，固化后不可逆。塑料的性能：1.质量轻2.比强度高3.化学稳定性好4.电气绝缘性好5.绝热性好6.易加工成型7.不足：强度，刚度不如金属，不耐热。热塑性塑料具有以下成型加工性能：吸湿性：吸水的（ABS，尼龙，有机玻璃）含水量大，易起泡需干燥。（PA:聚酰胺（尼龙），机械性能优良，是一种自润滑材料，长期使用温度不超过80C注塑件尺寸精度难保证，易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷，常用作传动件和耐磨件如轴承、齿轮、凸轮、滑轮等。）流动性：塑料在一定温度和压力作用下，能够充满模具型腔各部分的性能。流动性差注射成型时需要较大的压力；流动性太好，容易发生流涎和造成制件溢边流变性：高聚合物在外力作用下产生流动性和变形的性质叫流变性。结品性，结品型塑料：尼龙，聚丙烯，聚乙烯；无定型塑料：ABS（为丙烯腊（A）、T二烯（8）和苯乙烯（S）共聚物，具有良好的综合机械性能，易于成型，使用温度-40°C〜100C广泛用于外观件和结构件。有耐候ABS、阻燃ABS、增强ABS、抗静电ABS，ABS/PC合金等。）热敏性和水敏性；f.相熔性：在熔融状态下，两种塑料能否熔到一起，不能则分层脱皮；g.收缩性；h-毒性，刺激性，腐蚀性；i.应力开裂和熔体破裂等。常见缺陷及产生原因分析：一、裂纹裂纹是塑料制品较常见的一种缺陷，产生的主要原因是由于应力变形所致。主要有残余应力、外部应力和外部环境所产生的应力变形。(―)残余应力引起的裂纹残余应力主要由于以下三种情况：a.充填过剩；b.脱模推出;c.金属镶嵌件造成的。在充填过剩的情况下产生的裂纹，有以下几种解决方法：由于直浇口压力损失最小，所以如果裂纹最主要产生在百浇口附近，则可考虑改用多点分布点浇口、侧浇口及柄形浇口方式。在保证树脂不分解、不劣化的前提下，适当提高树脂温度可以降低熔融粘度，提高流动性，同时也可以降低注射压力，以减小应力。一般情况下，模温较低时容易产生应力，应适当提高模具温度。但当注射速度较高时，即使模温低一些，也可减低应力的产生。注射和保压时间过长也会产生应力，将其适当缩短，效果较好。非结品性树脂，如AS树脂、ABS树脂、PMMA树脂等较结品性树脂如聚乙烯、聚甲醛等容易产生残余应力，应予以注意。脱模推出时，由于脱模斜度小、模具型胶及凸模粗糙，使推出力过大，产生应力，有时甚至在推出杆周围产生白化或破裂现象。脱模的概念：由于塑件在型腔内产生冷却收缩现象，使塑件紧抱着模腔中的型芯和型腔中突出部分，使塑件取出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤，拉毛，还会产生应力。为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模方向平行的内外表面设计足够的脱模斜度，一般为1°〜1°30〃，一般型芯斜度比型腔大，型芯长度和型腔深度越大，则斜度不减小。在塑料模具设计前，模具设计工程师都要对模型进行draftCheck，就是对模型进行拔模分析。在拔模方向上设置合适的拔模角，以便脱模.在注射成型的同时嵌入金属件时，最容易产生应力，而且容易在经过一段时间后才产生裂纹，危害极大。这主要是由于金属和树脂的热膨胀系数相差悬殊产生应力，而且随着时间的推移，应力超过逐渐劣化的树脂材料的强度而产生裂纹。为预防由此产生的裂纹，通常壁厚小于0.7mm与嵌入金属件的外径通用型聚苯乙烯基本上不适宜加镶嵌件；而镶嵌件对尼龙的影响最小，由于玻璃纤维增强树脂材料的热膨胀系数较小，比较适合嵌入金属件。一般，注塑成型前对金属嵌件要进行预热，这样可以取得较好的效果。（二）外部应力引起的裂纹这里的外部应力，主要是因设计不合理而造成应力集中，一般要求塑料件壁厚尽可能均匀一致，否则由于冷却和固化速度不一致而产生内应力，引起塑料件的变形和开裂。通常壁厚取2〜3.5mm，相邻壁厚变化不宜超过20%。当壁厚必须不均匀时，应平缓的斜面过渡，避免突变；有加强筋的地方应尽可能地减少加强肋、凸柱等地方的壁厚。同时在尖角处特别需要注意。在转角处应该有适当的圆角，这样可以避免应力集中；除特殊要求外，所有内转角尽可能设计成圆角过渡。圆角半径R为塑料件壁厚的1/4〜1/3，一般RN0.5mm。设计圆角有如下优点：避免应力集中，提高塑件强度；改善注塑时熔体在型腔中的流动性，有利于充满型腔；便于脱模，有利于模具制造，并能提高模具的强度和寿命。(三)外部环境引起的裂纹化学药品、吸潮引起的水降解，以及再生料的过多使用都会使物性劣化，产生裂纹。二、气泡根据气泡的产生原因，解决的对策有以下几个方面：在制品壁厚较大时，其外表面冷却速度比中心部的快，因此，随着冷却的进行，中心部位的树脂一边收缩一边向表面扩张，使中心部位产生充填不足，这种情况被称为真空气泡。其解决方法主要有：根据壁厚，确定合理的浇口，浇道尺寸。一般浇口高度应为制品壁厚的50%〜60%。至浇口封合为止，留有一定的补充注射料。注射时间应较浇口封合时间略长。降低注射速度，提高注射压力，采用熔融粘度等级高的材料。2）由于挥发性气体的产生而造成的气泡，解决的方法主要有：充分进行预干燥。降低树脂温度，避免产生分解气体。3）流动性差造成的气泡，可通过提高树脂及模具的温度、提高注射速度予以解决。三、白化白化现象最主要发生在ABS树脂制品的推出部分，脱模效果不佳是其主要原因。可采用降低注射压力，加大脱模斜度，增加推杆的数量或面积，减小模具表面粗糙度值等方法改善，当然，喷脱模剂也是一种方法，但应注意不要对后续工序，如烫印、涂装等产生不良影响。四、溢边流动性:塑料在一定温度和压力作用下，能够充满模具型腔各部分的性能。流动性差注射成型时需要较大的压力；流动性太好，容易发生流涎和造成制件溢边对于溢边的处理重点应主要放在模具的改善方面。而在成型条件上，则可在降低流动性方面着手。具体地可采用以下几种方法:1）降低注射压力。2）降低树脂温度。3）选用高粘度等级的材料。4）降低模具温度。5）研磨溢边发生的模具面。6）采用较硬的模具钢材。7）提高锁模力。8）调整准确模具的结合面等部位。9）增加模具支撑柱，以增加刚性。10）根据不同材料确定不同排气槽的尺寸。五、充填不足充填不足的主要原因有以下几个方面：树脂容量不足。型腔内加压不足。树脂流动性不足。排气效果不好。塑料件壁厚太薄。作为改善措施，主要可以从以下几个方面入手：1）加长注射时间，防止由于成型周期过短，造成浇口固化前树脂逆流而难于充满型腔。2）提高注射速度。3）提高模具温度。4）提高树脂温度。5）提高注射压力。6）扩大浇口尺寸。一般浇口的高度应等于制品壁厚的50%〜60%。7）浇口设置在制品壁厚最大处。8）设置排气槽或排气杆，对于较小工件更为重要。9）在螺杆与注射喷嘴之间留有一定的缓冲距离。10）选用低粘度等级的材料。11）加入润滑剂。12）适当增加模型壁厚。六、缩坑缩坑的原因也与充填不足相同，原则上可通过过剩充填加以解决，但却会有产生应力的危险，应在设计上注意壁厚均匀，应尽可能地减少加强肋、凸柱等地方的壁厚。其中加强筋设计原则：1中间加强筋要低于外壁0.5mm以上，使支撑面易于平直。2应避免减小塑件的局部积聚。3筋的排例要顺着在型腔内的流动方向.七、皱招及麻面产生这种缺陷的原因在本质上与充填不足相同，只是程度不同。因此，解决方法也与上述方法基本相同。特别是对流动性较差的树脂（如聚甲醛、PMMA树脂、聚碳酸酯及PP树脂等）更需要注意适当增大浇口和适当的注射时间。八、烧伤根据由机械、模具或成型条件等不同的原因引起的烧伤，采取的解决办法也不同。1）机械原因，例如，由于异常条件造成料筒过热，使树脂高温分解、烧伤后注射到制品中，或者由于料简内的喷嘴和螺杆的螺纹、止回阀等部位造成树脂的滞流，分解变色后带入制品，在制品中带有黑褐色的烧伤痕。此时，应清理喷嘴、螺杆及料筒。2）模具的原因，主要是因为排气不良所致。这种烧伤一般发生在固定的地方，容易与第一种情况区别。这时应注意采取加排气槽反排气杆等措施。3）在成型条件方面，背压在300MPa以上时，会使料筒部分过热，造成烧伤。螺杆转速过高时，也会产生过热，一般在40〜90r/min范围内为好。在没设排气槽或排气槽较小时，注射速度过高会引起过热气体烧伤。a）九、熔接痕熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。可参考以下几项予以改善：1）调整成型条件，提高流动性。如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。2）增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。3）尽量减少脱模剂的使用。4）设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。5）若仅影响外观，则可改变烧口位置，以改变熔接痕的位置。或者将熔接痕产生的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。十、银线银线主要是由于材料的吸湿性引起的。因此，一般应在比树脂热变形温度低10〜15C的条件下烘干。特别是在使用自动烘干料斗时，需要根据成型周期（成型量）及干燥时间选用合理的容量，还应在注射开始前数小时先行开机烘料。另外，料简内材料滞流时间过长也会产生银线。不同种类的材料混合时，例如聚苯乙烯和ABS树脂、AS树脂，聚丙烯和聚苯乙烯等都不宜混合。十一、喷流纹喷流纹是从浇口沿着流动方向，弯曲如蛇行一样的痕迹。它是由于树脂由浇口开始的注射速度过高所导致。因此，扩大烧四横截面或调低注射速度都是可选择的措施。另外，提高模具温度，也能减缓与型腔表面接触的树脂的冷却速率，这对防止在充填初期形成表面硬化皮，也具有良好的效果。十二、翘曲、变形注射制品的翘曲、变形是很棘手的问题。主要应从模具设计方面着手解决，而成型条件的调整效果则是很有限的。翘曲、变形的原因及解决方法可参照以下各项：1）由成型条件引起残余应力造成变形时，可通过降低注射压力、提高模具并使模具温度均匀及提高树脂温度或采用退火方法予以消除应力。2）脱模不良引起应力变形时，可通过增加推杆数量或面积、设置脱模斜度等方法加以解决。3）由于冷却方法不合适，使冷却不均匀或冷却时间不足时，可调整冷却方法及延长冷却时间等。例如，可尽可能地在贴近变形的地方设置冷