[科普中國]-表面缺陷

簡介

表面缺陷是制品應(yīng)力感生的結(jié)果，不同的表面缺陷形態(tài)有著不同的形成原因，探尋這些原因并加以避免是獲得高品質(zhì)產(chǎn)品的必經(jīng)之路。 對于注塑制品而言，表面缺陷是常見的質(zhì)量問題。一般，可見的表面缺陷包括開裂、銀紋、紋道、波紋、波痕和脆化等。這些缺陷不只會影響制品的外觀，更主要的，它們還表明制品的成型過程是失敗的。通常，這些表面缺陷是由制品的內(nèi)外應(yīng)力超過制品本身的強(qiáng)度而引起的。這種應(yīng)力感生的缺陷與生產(chǎn)環(huán)境、加工工藝及聚合物材料本身有關(guān)，有時還涉及到模具或制品的設(shè)計(jì)。因此，近距離地觀察一下制品缺陷的樣子，能夠幫助我們找到解決問題的方法。 常見的表面缺陷各有其自身的特點(diǎn)。例如，紋道（或者波紋、波痕）通常出現(xiàn)在流體的前緣。當(dāng)流峰出現(xiàn)停頓、壓力聚集，接著再向前流動一小段距離，然后再停頓時，就會形成紋道。這種缺陷與流峰壓力不足或者注射速度減緩有關(guān)。脆化則是由過度充?；虺淠２蛔阋鸬摹４送?，聚合物的污染或降解，或者接觸了環(huán)境應(yīng)力開裂介質(zhì)等，也會引發(fā)脆化問題。開裂既可出現(xiàn)在制品的局部，也可在整個部件上出現(xiàn)。銀紋則是由細(xì)線或小裂紋引起的發(fā)白現(xiàn)象，通常局限在一個小區(qū)域上。

檢查工藝通常情況下，表面波紋可能是由以下3種加工問題之一而引起的，包括：壓力或體積問題、位置或轉(zhuǎn)移問題，少數(shù)情況下也可能是溫度問題。 一般，對第一階段充模壓力的限制或者對速度控制的不到位是波紋產(chǎn)生的根源。因此需要仔細(xì)檢查第一階段的最高壓力，這個值應(yīng)該比第一階段的限定壓力值低200~400psi（14~28kg/）。此外，如果第二階段的保壓壓力、速度或熔體體積降低，也會引起波紋的產(chǎn)生，此時應(yīng)盡可能地提高保壓壓力和速度。

由第一注射階段向第二注射階段轉(zhuǎn)換的過程中，不正確的定位也會引起可見缺陷。比如，當(dāng)?shù)诙A段的保壓壓力被降低了300psi（21kg/），并將其轉(zhuǎn)化為塑化壓力時，或者，如果在機(jī)器不能完成這一轉(zhuǎn)化的情況下，將第二階段的保壓時間減為0時，都會導(dǎo)致制品只有95%~99%的充滿。對于薄壁制品而言，其表現(xiàn)就是在澆口附近出現(xiàn)輕微的充模不足。

顯然，在第一注射階段到第二注射階段的轉(zhuǎn)換過程中，不恰當(dāng)?shù)某淠?dǎo)致可見缺陷的產(chǎn)生。要彌補(bǔ)這一點(diǎn)，關(guān)鍵在于改善液壓轉(zhuǎn)換的響應(yīng)性能。在轉(zhuǎn)換時，應(yīng)將壓力提高到轉(zhuǎn)換點(diǎn)，然后使其迅速下降到第二階段的設(shè)定壓力值。如果壓力降到低于第二階段的設(shè)定值，流峰就可能出現(xiàn)停頓，黏度提高。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，就意味著需要修理設(shè)備了。

過低的熔體溫度或模具溫度是導(dǎo)致缺陷的另一個根源。利用熱探針技術(shù)或合適的紅外傳感器可檢查熔體的溫度，以確保熔體溫度處于材料供應(yīng)商推薦的范圍內(nèi)。 對于開裂、銀紋或者脆化問題，應(yīng)尋找與加工相關(guān)的應(yīng)力原因，如注射太快或太慢。注射過快會使分子取向度過高，這對于薄壁制品而言尤其如此。因此，要考慮澆口分布的合理性，以此提供合適的分子取向以及熔接線分布?？梢試L試快速和慢速注射制品，從中來觀察取向結(jié)果。 如果制品恰好在脫模后發(fā)生開裂或產(chǎn)生銀紋，那么最好在制品頂出前對其進(jìn)行檢查，然后徹底減慢頂出速度，看問題是否繼續(xù)發(fā)生。如果問題出在頂出方面，就應(yīng)看看模具的脫模倒角是否合理。通常，在頂出方向上不恰當(dāng)?shù)膾伖狻⑻叩捻敵鏊俣纫约绊敵鰠^(qū)域不夠大等，都會引起這類問題。 過度充?；虺淠２蛔銜鹬破返拇嗷?。這是因?yàn)?，這兩種情況都會導(dǎo)致制品內(nèi)應(yīng)力過高，特別是在澆口附近。一般，在澆口處的過度充模會引起聚合物鏈之間被壓縮得太緊密。 在室溫下，過度充模制品的分子鏈仍會做一點(diǎn)自由移動，但是在低溫下，制品收縮則使分子鏈間擠壓過度而導(dǎo)致開裂。通常，堆積過緊的分子鏈會產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力，使得制品變脆。此外，當(dāng)澆口附近充模不足時，會引起聚合物分子鏈在冷卻時太松散，導(dǎo)致拉伸應(yīng)力的產(chǎn)生，從而削弱澆口附近的強(qiáng)度。

要檢查充模是否過度或不足，可進(jìn)行澆口密封分析，以此來確定制品冷卻或澆口封閉需要多長時間，同時測試澆口密封和不密封情況下的制品性能（根據(jù)應(yīng)用需要確定）是否有所不同。

此外，熱循環(huán)檢測對于避免制品的翹曲缺陷是十分重要的，因?yàn)槁N曲缺陷是制品在由熱變冷、然后再變熱的過程中引發(fā)的。因?yàn)榉肿釉谑芰ο聲噲D消除應(yīng)力，因此熱循環(huán)會告訴你分子是處于應(yīng)力狀態(tài)還是松弛狀態(tài)。

設(shè)計(jì)缺陷有時，發(fā)生在熔接線處的開裂可能是由澆口位置不合適引起的。通常，合適的澆口位置是使熔接線處于應(yīng)力最低的區(qū)域，如果可能，應(yīng)該將澆口設(shè)計(jì)在與流峰交匯處有一定距離的地方，這能夠提高熔接線強(qiáng)度。 此外，局部缺陷也可能與模具或者制品的設(shè)計(jì)有關(guān)，如尖銳的轉(zhuǎn)角等。尖銳的轉(zhuǎn)角會引起應(yīng)力集中，這就像是一個切口，產(chǎn)生應(yīng)力然后向四周擴(kuò)散，而轉(zhuǎn)角半徑能將負(fù)荷擴(kuò)散出去。由于一些樹脂具有很敏感的切口效應(yīng)，例如聚碳酸酯比ABS具有更敏感的切口效應(yīng)，因此很多制品會選擇使用PC/ABS共混物。

降解問題當(dāng)開裂或者脆化發(fā)生在整個制品上時，可能是由聚合物在加工過程中的某些加工條件引起的。最大的可能是加工溫度過高或者發(fā)生水解而引起分子鏈的降解。通常，降解會使分子鏈變短，熔體流動性提高，但材料性能則明顯降低。 利用科學(xué)的成型理論和黏度控制方法，加工商需要檢查從第一注射階段到第二注射階段轉(zhuǎn)換時的熔體壓力，看看是否比通常狀態(tài)下低。一般，過低的熔體黏度可能是降解發(fā)生的信號。 如果想要了解降解問題是否是由溫度引起的，可以采用熱探針或者IR傳感器來檢查熔體溫度，必要時應(yīng)對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，還應(yīng)檢查整個機(jī)筒的加熱情況和占空比，看看控制器的PID回路是否正常？加熱器是否需要周期性供電？是否需要持續(xù)開啟或關(guān)閉加熱器？ 同時，樹脂在機(jī)筒內(nèi)的停留時間也非常重要。一般，樹脂在高溫下停留時間過長，也會引起降解問題。當(dāng)機(jī)筒和螺桿受損時，容易導(dǎo)致樹脂停留時間變長。因此，要經(jīng)常檢查機(jī)筒和螺桿的狀態(tài)，以及擋圈或者止回閥，看看它們是否有破裂或缺口。 如果是水解引起的降解，應(yīng)檢查聚合物是否為耐水解類型，及其在機(jī)筒內(nèi)與水反應(yīng)的最低含量是多少。通常，水能夠?qū)㈤L分子鏈剪斷變成短鏈（聚酯、聚碳酸酯、縮醛、尼龍和TPU都易水解，但是聚苯乙烯、聚烯烴和丙烯酸酯類不易水解）。為了避免這類問題，應(yīng)隨時檢查干燥機(jī)是否運(yùn)行良好，干樹脂在加入到注射機(jī)前是否重新吸收了水分。

再生與著色如果再生料降解或受到污染，制品可能會產(chǎn)生開裂或者脆化現(xiàn)象。因此，需要檢查一下再生料的用量和品質(zhì)，并與100%生料的制品做一下比較。通常，局部著色不佳或含有異物，或者再生料與生料不匹配，都會導(dǎo)致上述問題的發(fā)生。 此外，還需要確定聚合物的熔融指數(shù)(MFR)。為此，應(yīng)與粒料供應(yīng)商聯(lián)系，看看聚合物的MFR是否與供應(yīng)商提供的MFR相符。當(dāng)樹脂中加有填料（如玻纖）時，其加工前后的MFR會有很大的差距，因?yàn)槁輻U會打碎玻纖。 如果錯誤地使用了著色劑的類型或添加量，也會引起開裂問題。因此，檢測色母粒的稀釋比例以及色母粒載體樹脂的類型也非常必要。另外，局部開裂或者整體開裂可能是由于溶劑、表面活性劑或者化學(xué)添加劑引起的，對此，應(yīng)檢查模具或者制品的清潔和處理操作規(guī)程，找到可能的影響因素，如皂類、油或者表面活性劑等。1

其他鍛件的缺陷包括表面缺陷和內(nèi)部缺陷。有的鍛件缺陷會影響后續(xù)工序的加工質(zhì)量，有的則嚴(yán)重影響鍛件的性能，降低所制成品件的使用壽命，甚至危及安全。因此，為提高鍛件質(zhì)量，避免鍛件缺陷的產(chǎn)生，應(yīng)采取相應(yīng)的工藝對策，同時還應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)全過程的質(zhì)量控制。