由于塑料具有质量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀、绝缘性好、易着色、可成型任意形状、生产率高、成本低等优点,因此在工业和日用产品中,特别是光学仪器和包装工业方面越来越多地用塑料代替玻璃用于制造零部件。但是由于这些领域要求材料透明性好、耐磨性高、抗冲击韧性好,因此对塑料的成分和注塑工艺、设备、模具等都要作出正确的选择、设计,以保证这些用于代替玻璃的塑料(以下简称透明塑料)表面质量良好,从而达到使用要求。
目前市场上一般使用的透明塑料有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、(丙烯腈/苯乙烯)共聚物(AS)、聚砜(PSU)等,其中最常用的是PMMA、PC、PS和AS。由于透明塑料件首先必须有高透明度,其次要有一定的强度和耐磨性,能抗冲击,耐热性和耐化学药品性要好,吸水率要小,而该类塑料多为熔点高、流动性差的塑料,因此成型工艺条件需严格甚至特殊控制,但在生产过程中也会出现产品缺陷。笔者主要介绍影响产品透明度的缺陷及解决方法。
一、影响产品透明度的缺陷及解决方法
气泡
主要由于树脂内的水气和其它气体排不出去或因充模不足,冷凝表面又过快冷凝而形成“真空泡”。根据气泡的产生原因可分为以下几种:
(1)在制品壁厚较大时,其外表面冷却速度比中心部分快,因此随着冷却的进行,中心部分的树脂边收缩边向表面扩张,使中心部分产生充填不足。这种情况被称为真空气泡。解决方法是根据壁厚确定合理的浇口和流道尺寸。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;降低注射速率,提高注塑压力;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,解决的方法是将原料充分预干燥,且使用带烘干料斗的注塑机生产;降低熔体温度,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、提高注射速率予以解决。
银纹
银纹主要是由于树脂的吸湿引起的,因此,一般应将树脂在比其热变形温度低10~15℃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,料筒内树脂滞流时间过长也会产生银纹。不同种类、牌号的材料不宜混合使用。
其次在充模和冷凝过程中,受内应力各向异性影响,垂直方向产生的应力会使树脂发生流动取向,和非流动取向部分产生不同折光率而出现闪光丝纹,当其扩展后,可能使产品出现裂纹。除了在注塑工艺和模具上注意外,最好将产品作退火处理。如PC料可加热到160℃以上保持3~5min,再自然冷却即可。
表面光泽差
由于模具表面粗糙度大,或者冷凝过早,使树脂不能复印模具表面的状态,所有这些都使制品表面产生微小凹凸不平,从而失去光泽。解决的方法是抛光模具成型表面;延长冷却时间;适当增加熔体温度、注塑压力、注射速率、模具温度。
震纹
震纹是指以浇口为中心形成的密集波纹,产生原因主要是熔体粘度过大,前端料已在型腔冷凝,后来料又冲破此冷凝面,而使表面出现震纹。解决方法主要是改善流动性及调整成型条件,如提高树脂温度、模具温度、注塑压力及注射速率等;增设排气槽;尽量减少脱模剂的使用;若不影响外观,则可改变浇口位置以改变震纹的位置,或者将震纹产生的部位处理为暗光泽面等,予以修饰
泛白、雾晕
主要是空气中灰尘落入树脂之中或树脂含水量太大而引起的。解决的方法主要是清除树脂杂质、污染;将树脂充分干燥,且使用带烘干料斗的注塑机生产;精确控制熔体温度、生产周期;提高注塑压力、模具温度。
白烟、黑点
主要是塑料熔体在料筒内因局部过热而产生分解或变质形成的。解决的方法主要是清除树脂杂质、污染;尽量降低熔体温度;尽量缩短树脂在料筒内停留的时间。
皱印及麻面
产生的主要原因是树脂容量不足、型腔内加压不足、树脂流动性差、排气效果不好。主要可从以下几个方面入手进行改善:
(1)延长注射时间,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)提高注射速率、模具温度、树脂温度、注塑压力。
(3)扩大浇口尺寸。一般浇口的高度应为制品壁厚的1/3~1/2。
(4)浇口设置在制品壁厚最大处。
(5)设置排气槽(平均深度0.03mm、宽度3~5mm)或排气杆。对于较小制件更为重要。
(6)在螺杆与注射喷嘴之间留有一定的缓冲距离。
(7)选用低粘度等级的树脂。
缩坑
缩坑的原因与皱印及麻面相同,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,故应在设计上注意壁厚均匀,尽可能地减少加强筋、凸柱等处的壁厚。
烧伤
根据由机械、模具或成型条件等不同原因引起的烧伤,采取的解决办法也不同。
(1)注塑机原因。由于异常条件造成料筒过热,使树脂高温分解、烧伤后注射成型,或者由于料筒内的喷嘴和螺杆的螺纹、止回阀等部位造成树脂滞流、分解变色后带入制品,使制品中带有黑褐色的烧伤痕。应清理喷嘴、螺杆及料筒。
(2)模具原因。主要是由于排气不良所致。这种烧伤一般发生在固定的部位,容易与第一种情况区别。应注意采取加排气槽及排气杆等措施。
(3)成型条件原因。背压过高,会使料筒部分过热,造成烧伤。螺杆转速过高,也会产生过热,一般以40~90r/min为好。在未设排气槽或排气槽较小时,注射速率过高也会引起过热气体烧伤。
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,严重时对制品强度产生影响。解决的方法主要是提高流动性及调整成型条件,如提高树脂温度、模具温度、注塑压力及注射速率等;增设排气槽,在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气;尽量减少脱模剂的使用;若仅影响外观,则可改变浇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。
翘曲、变形
翘曲和变形主要应从模具设计方面着手解决,成型条件的调整效果是很有限的。翘曲、变形的原因及解决的方法主要有:
1)由成型条件引起残余应力造成变形时,可通过降低注塑压力、提高模温并使模温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。如尽可能地在贴近变形的地方设置冷却回路。
(4)对于成型收缩所引起的变形,必须修正模具的设计。其中最重要的是应注意使制品壁厚一致。有时在不得已的情况下,只能通过测量制品的变形,按相反的方向修整模具,加以校正。
二、结语
综上所述,透明塑料件生产过程中产生次废品的现象是多方面的,只有找到缺陷产生的原因,并实施各种不同的解决方法,才能生产出合格的制品,也才能使透明塑料件的应用更为广泛。
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