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塑料制品不良原因及其處理方法

 江上向東數(shù)峰青 2019-05-10

塑料成形產(chǎn)品,原則上都是依據(jù)標準規(guī)格要求制造。但無論如何,它的變化仍是相當廣泛的。有時當生產(chǎn)很順利進行時會突然產(chǎn)生縮水變形,有裂痕、銀紋,或其它缺陷。在生產(chǎn)時就要從成品發(fā)生的問題,來了解判斷問題點所在,這是一種專門性技術(shù)及經(jīng)驗的累積。

如果我們把成品上的缺失,涵蓋在四個主要因素當中,那就是原料、模具、成型機及成形條件(如下表所列四項)。有時變更操作條件,或模具、機器方面稍作調(diào)整,以及過濾所使用的原料,就可以解決問題。以下就逐一列舉成品可能發(fā)生的問題,并加以探討解決之道。

射出成型條件對成型品物性的影響,大致可從四方面來考慮:1.原料;2.成形機;3.模具設計; 4.成型條件。

    縮  水   

塑料品在表面的凹陷、空洞都稱為“縮水”,除了會影響產(chǎn)品外觀,也會降低成品質(zhì)量強度??s水的原因與成型技術(shù)、模具設計及使用塑料均有關(guān)系。

塑料:

不同塑料原料的縮水率,下表為參考數(shù)據(jù)。通常易縮水的原料都屬于結(jié)晶性的,如尼龍、百折膠等等。在射出過程中,結(jié)晶性塑料受熱成流體狀態(tài),分子呈無規(guī)則排列;當射入較冷的模腔時,塑料分子便慢慢整齊排列形成結(jié)晶,結(jié)果體積縮小小于規(guī)定尺寸范圍,就是所謂的“縮水”。

代  號

塑膠原料

縮水率 %

GPPS

普通級苯乙烯、硬膠

0.4

HIPS

不碎級苯乙烯、不碎硬膠

0.4

SAN

AS膠

0.2

ABS

聚丙烯膠、丁二烯、苯乙烯

0.6

LDPE

低密度聚乙烯、軟膠

1.5~5

HDPE

高密度聚乙烯、軟膠

2~5

PP

聚丙烯、百折膠

1~4.7

PPO

PPO膠

0.6

PA6

尼龍6

1.0

PA66

尼龍66

0.8~1.5

ACETAL

COPOHYMER

聚縮醛、賽鋼、特靈

2

CAB

酸性膠、酸醋纖雜

0.5

PET

PET膠

2.25

PBT

PBT膠

1.5~2.0

PC

聚碳酸酯、防彈膠

0.6

PMMA

亞克力

0.5

PVC硬

硬PVC

0.1~0.5

PVC硬

硬PVC

1~5

PU

PU膠、烏拉坦膠

0.1~3

EVA

EVA膠

1.0

PSF

聚偑

0.7

 各種塑料的縮水率  

射出技術(shù)

在射出技術(shù)控制方面,出現(xiàn)縮水的情況有:壓力不足、射出速度太慢、燒口太小成澆道太長等等。所以在使用射出機時,必須注意成形條件及保壓是否足夠,以防造成縮水問題。

模具及產(chǎn)品設計方面

模具的流道設計及冷卻裝置、對成品之影響也可能是由于塑料之傳熱能力較低,故距離模壁越遠越厚、則其凝固及冷卻較慢,應有足夠的塑料填滿模腔,使射出機的螺桿在射出或保壓時,塑料不會倒流而減低壓力。另一方面水面也不能冷卻太快,以免半固塑料阻塞流道造成壓力下降,引致成品縮水。不同的模流過程有不同的收縮率,熔融筒的溫度控制得宜,可防止塑件過熱;延長周期,可確保制品有充分時間冷卻。

縮水問題如獲適當解決,可提高成品質(zhì)量,減低次廢產(chǎn)品并提高生產(chǎn)效率。下表即為縮水可能發(fā)生之原因及處理方法。

故   障   原   因

處   理   方   法

模具進膠不足

增加入料

熔膠量不足

適量入料,適度調(diào)高背壓

射出壓力太低

增加熔膠計量行程

保持壓力不夠

提高射壓、保壓壓力

射出時間太短

增長射出時間

射出速度太慢

增加射速

澆口不對稱

調(diào)整模具入口大小或位置

射料嘴阻塞

拆除清理

料溫過高

降低料溫

模溫不常

調(diào)整適當之溫度

冷卻時間不夠

酌延冷卻時間

排氣不良

在縮水處設排氣孔

料管過大

更換較小規(guī)格料管

螺桿止逆環(huán)磨損

拆除檢修

塑品厚薄不均

增加射壓




  成品黏膜(脫模困難)  

在射出成型時,成品會有黏膜發(fā)生,首先要考慮射出壓力或保壓壓力是否過高。射出壓力太大會造成成品過度飽和,使塑料充壓入其它的空隙中,致使成品卡在模穴里脫模困難,在取出時容易有黏膜發(fā)生。

而當料管溫度過高時,通常會出現(xiàn)兩種現(xiàn)象:一、是溫度過高使塑料受分解而變質(zhì),失去它原有之特性;并在脫模過程中出現(xiàn)破碎或撕裂,造成黏膜。二是膠料充填入模穴后不易冷卻,需加長周期時間,不合經(jīng)濟效益。所以需適度依膠料之特性調(diào)節(jié)其運作溫度。至于模具方面的問題,假如進料口不平衡,會使成品脫模時易有黏膜現(xiàn)象,這時就要在模具上作改進的措施,下表即為成品黏膜可能發(fā)生的原因及處理對策。

故   障   原   因

處    理   方   法

填料過飽

降低射出劑量、時間及速度

射出壓力或料筒溫度過高

降低射出壓力或料筒溫度

保壓時間太久

減少保壓時間

射出速度太快

降低射出速度

進料不均使部分過飽

變更溢口大小或位置

冷卻時間不足

增加冷卻時間

模具溫度過高或過低

調(diào)整模溫及兩側(cè)相對溫度

模具內(nèi)有脫模倒角(undercut)

修模具除去倒角

多穴模進料口不平衡,或單穴模各進料口不平衡

限制塑料的流程,盡可能接近主流道

探筒件脫模排氣設計不良

提供充分的逸氣道

螺桿前進時間太長

減少螺桿前進時間

模心錯位

調(diào)整模心,并使用「退撥」角鎖緊之

模子表面過于粗糙

打光模穴表面,噴脫模劑

  澆道黏模(脫模困難)

故  障  原  因

處   理  方  法

澆道過大

修改模具

澆道冷卻不夠

延長冷卻時間或降低料管溫度

澆道脫模角不夠

修改模具增加角度

澆道凹弧與射嘴之配合不正

重新調(diào)整與配合

澆道內(nèi)表面不光或有脫模倒角

檢修模具

澆道外孔有損壞

檢修模具

無澆道抓鎖

加設抓鎖

  成品內(nèi)有氣孔  

在射出成型過程中,有時會出現(xiàn)內(nèi)有許多小氣泡的成品,不但影響制品強度及機械性能,對成品外觀價格值亦大打折扣,所以當成品出現(xiàn)氣泡時,可檢查下列幾個因素,并做處理。

通常成品因厚薄不同,或模具有突出肋時,塑料在模具中的冷卻速度不同,則收縮的程度不同,容易形成氣泡,所以對模具設計須特別留意。

而在使用的原料方面,假如塑料帶有水氣,在熔膠時塑料受熱后分解,則射膠螺桿公差太小時,空氣容易進入模腔內(nèi)形成氣泡,以下即歸納可能發(fā)生原因及處理方式。

故   障   原   因

處   理  方  法

材料中有水氣

塑造以前將材料確實烘干,避免在塑造以前發(fā)生過度的溫度變化

射料不足(氣孔在結(jié)合線的位置)

檢查溫度射出壓力、射出時間是否不夠

填料量不足以防止過度之縮水


成品斷面,肋或柱過厚

變更成品設計或溢口位置

射出壓力太低

提高射出壓力

射出時間不足

增加射出時間

澆道溢口太小

加大澆道及人口

射出速度太快

調(diào)慢射出速度

原料溫度過高以致分解

降低原料溫度

冷卻時間太長

減少模內(nèi)冷卻時間,使用水浴冷卻

水冷卻過急(氣孔在制品表面)

減短水浴時間或提出水浴溫度

背壓不夠

提高背壓

模具溫度不平均

調(diào)整模具溫度

料管溫度不當

降低射嘴及前段溫度,提高后段溫度

  收縮程度不同容易形成氣泡

 成品變形 

塑品出現(xiàn)翹曲的原因很多,例如出模太快、模溫過高、模溫不均及流道系統(tǒng)不對稱等。其中兩種最大的可能性為:

1.塑件厚薄不均或轉(zhuǎn)角不夠圓形,因而不能平均冷卻收縮,導致翹曲變形。

2.有些平板型塑件,為了表而美觀,流道澆口得設在澆口邊角上。而射膠時,熔融塑料只能由一端高速射入模腔內(nèi),因此被凝固于模腔內(nèi)的塑料份子,均被拉直往同一方向之排列狀態(tài)(稱為取向,此時塑件之內(nèi)應力很大;脫模時這些分子又被拉回原來的狀態(tài),因而產(chǎn)生變形)。

為了使熔融塑料能順利充填模腔,其設計要盡量避免以下各點:

1.同一塑件中厚薄相差太大。

2.存有過度脫角。

3.緩沖區(qū)過短,使厚薄轉(zhuǎn)變相差懸殊。

從澆口分析,模具的設計要保證塑料能順利進入模腔,故分流道要避免采用直角轉(zhuǎn)彎形式,轉(zhuǎn)彎點比較適合采用弧形過度區(qū),因此短而粗的分流道最理想,有助于減少流體取向現(xiàn)象。但要考慮的問題是過大的澆口會增加流道廢料,亦影響塑件的外觀。

另外,為了避免塑料充填時緊密程度不同,導致脫模困難而引起變形,分流道的截面形狀大小就要依射膠量及產(chǎn)品形狀面改變。產(chǎn)品較難成型的部分分流道加子粗后,主流道也應相對加大,使主流道截面積等于引流道截面積總值。

除此之外,還有兩個值得注意的問題,其一是塑件頂出裝置的形式。如果頂針設備太少,容易造成變形及翹曲現(xiàn)象;但頂針數(shù)量過多,會令部分成品不夠美觀,此時應考慮采推板方式。其二是模腔冷卻流道的設計,應讓塑件整體能均勻收縮,提高產(chǎn)品素質(zhì)。

以下即將成品容易產(chǎn)品變形的因素一一列出。

故   障  原  因

處   理  方  法

成品頂出時尚未冷卻

降低模具溫度,加大冷卻水流道


延長冷卻時間,降低冷卻時間


降低原料溫度

成品形狀及厚薄不對稱

脫模后以定形架固定


變更外形設計

填料過多

減少射出壓力、速度、時間及劑量

幾個溢口進料不平均

更改溢口

頂出系統(tǒng)不平衡

改善頂出系統(tǒng)

模具溫度不均

調(diào)整模具及冷卻水路

返溢口部份之原料太松太緊

增加或減少射出時間

  銀紋、氣瘡  

射紋的形成,一般是由于注射起動過快,使模腔前段的空氣無法成膠料融體壓迫排出,空氣混合有膠料內(nèi),使得制品表面光管及顏色不均,即是所謂的射紋。射紋不但影響外觀,也令成品之機械強度降低許多。所以為避免發(fā)生這種缺陷,必須找出原因并改善。

射紋的形成,是由于融體塑料中含有氣體,這些氣體的主要來源分別為:

塑料本身含有水份或油劑

由于塑料在制造過程曝露于空氣中,吸入水氣或油劑,或者在混料時,摻入了些錯誤的比例成份,使這些揮發(fā)性物質(zhì)在熔膠時,受高熱而產(chǎn)生氣體。

原料受分解

如果熔膠同時的溫度,背壓及熔膠速度調(diào)得太高,或成型周期太長,則對熱敏感的塑料如PVC、賽鋼及PC等,容易因高溫受熱分解產(chǎn)生氣體。

空氣

塑料顆粒與顆粒之間均含有空氣,如果熔膠筒在近料斗處的溫度調(diào)得很高,使塑料粒的表面在未壓縮完全使熔化面黏在一起,則塑料粒之間的空氣使不能完全排除出來。

所以把塑料烘干,并采用適當?shù)娜勰z溫度和速度,再配合適當?shù)谋硥海拍艿玫嚼硐氲乃苤破?。此外,模具設計亦是很重要的一環(huán)。通常流道很大而注口很小的工模,氣體進入模腔內(nèi)的機會會減少很多,而排氣系統(tǒng)設計適當,則射紋產(chǎn)生的產(chǎn)生的機會亦會降低,如圖所示。


  能防止少量氣體進入模腔的注口設計

在射出成型技術(shù)上,有一種方法來防止射紋之產(chǎn)生,使模具的構(gòu)造中有加壓設備,但一個壓縮空氣入氣孔。鎖模后,則壓縮空氣進入模具中,使模內(nèi)氣壓增高,當熔融塑料進入這高壓模具時,模具的氣孔在此時開始排氣,使模腔內(nèi)保持一定壓力,增加模內(nèi)空氣壓力,確能使模射紋發(fā)生的機會。舉例說:普通的射出方法在處理ABS水份含量的空氣時,使會出現(xiàn)射紋,而逐漸增加模內(nèi)的氣壓,則可處理含水量最高的ABS,亦不會出現(xiàn)射紋。下圖即為模內(nèi)加壓及含水量對射紋之產(chǎn)生率比例。

  模內(nèi)加壓對射紋形成的影響  

故  障  原  因

處   理  方  法

料管溫度太高

降低溫度

射出速度太快

減慢射出速度

原料中含有水份

原料徹底烘干

模具溫度太低

提高模溫

澆口太小

增大澆口大小

料管內(nèi)有空氣

降低料管后段溫度、提高壓力

原料粒粗細不均

使用粒狀均勻之原料

原料中其它添加物混合不均

澈底混合均勻

染料等之分解

用耐溫較高之代替品

 毛邊、彼鋒 

毛邊(俗稱彼鋒)是一種很常遇到的注塑問題。塑料在模腔內(nèi)的壓力太大,其所產(chǎn)生的分模力大過鎖模力,因而迫開工模,使塑料走出來并在塑件表層形成彼鋒。但是引致此現(xiàn)象的成因卻可能有很多種,例如塑料方面的問題,或是射出機有損壞,或是調(diào)校不適當,以至工模本身也有可能。一般來說,與溫度、壓力及操作時序有關(guān),因此要找出其解決方法也不容易。

由于塑料的粘度會影響其流動速度及壓力損耗,因此粘度太高或是太低,則其流動性高使很容易流人工模合模面之間的微小空隙,增加分模力,直至出現(xiàn)彼鋒。尼龍便是一個典型例子,所以在模塑尼龍時便需要較大的鎖模力。在另一方面,如果塑料粘度太高,則其流動阻力便很大,因而產(chǎn)生大的肯壓,使模腔內(nèi)的塑料的平均壓力提高,同樣會引致毛邊。一般來說,塑料溫度對粘度的影響最大,而壓力及剪切率也對粘度有影響。如果將塑料的溫度升高,則其粘度使上降,而將其溫度調(diào)低,其粘度使增大。

塑料方面的另一種問題,就是其干燥狀況及是否混有雜物。有些塑料,例如尼龍及ABS,具有很強的吸水性,水份可以浸透塑料表面直接與塑料分子鍵合,因而影響塑料的性能。至于聚碳酸酯,雖然沒有吸水性,但其性能也對其表面水份敏感,所以在模塑時,很多塑料都必須預先加以焙干,才能正確地控制其性能。如果在塑料內(nèi)混入雜物,或是混合不同種類的塑料,則當然更難預測塑料的性能變化。

塑料在模腔內(nèi)的壓力,會隨著模腔的充填而改變。在模腔未曾填滿之前,熔融前端之壓力差不多等于零。而在注口之壓力則比模腔內(nèi)其它位置的壓力都高,但當模腔完全填滿時,塑料流動時的壓力損耗就不再存在,整個模腔內(nèi)的壓力都變成同一靜壓,因而要把工模迫開的力量便會大增,引致毛邊之產(chǎn)生。

為了避免此種情況之出現(xiàn),在模腔一旦填滿,注射壓力便必須立即調(diào)整至較低的保壓壓力。除了正確調(diào)校射出機之壓力控制系統(tǒng)外,另一種輔助方式就是先把注射速度降低。這樣一來,熔體前端之塑料便有時間冷卻及局部固化,因而避免了毛邊的產(chǎn)生。由于注射速度太慢會拖慢生產(chǎn),最好的注射速度調(diào)校方法就是分段調(diào)校,以保證在注射過程中的平均速度不會太慢。由于注射速度太快會加大壓力損壞,提高模腔內(nèi)塑料的平均壓力,所以注射速度的調(diào)整也必須配合所采用的鎖模力。不然的話,毛邊也可能產(chǎn)生。

如果是射出機的機械結(jié)構(gòu)方面有問題,則其復雜性便較大,要找問題的成因也較困難。例如模板之間的平行度有偏差,或是模板拉桿的受力分不均勻,也會引起工模力不平衡,以致塑件在鎖模力較弱的位置出現(xiàn)彼鋒。

在另一方面,如果螺桿或熔膠筒的磨損較大,則熔體便可能在螺紋外徑與熔膠筒之間滑行及逆流,因而出現(xiàn)壓力切換位置點的不正確,造成局部的毛邊及射膠不足情況。

除了上述各種因素之外,如果工模方面出現(xiàn)了問題,也會產(chǎn)生毛邊。例如工模用久了,有些位置有了磨損,容易出現(xiàn)有毛邊的現(xiàn)象。甚至一些小毛病,如排氣孔阻塞,也會引起模腔壓力升高,而壓力太高便會有毛邊。在一些多腔工模,如果流道設計欠缺平衡,則塑料的流動便不對稱,為了避免個別模腔射膠不足,另外一些模腔便可能會有毛邊。

有關(guān)問題

基  本  原  因

檢驗項目及解決方法

塑   料

射出機

工  模

溫度太高

檢驗干燥器、塑料儲藏及運送

受到污染

檢查塑料及任何雜質(zhì)、找出污染來源

操作不當

根據(jù)塑料供貨商的資料、查驗射出機的設定操作條件

鎖模力太低

檢查壓力值及作調(diào)校

注射壓力太高

檢查設定值及作調(diào)校

保壓壓力太高

檢查設定值及作調(diào)校

注射壓力轉(zhuǎn)換太遲

檢查轉(zhuǎn)換壓力位置、重新調(diào)校提早轉(zhuǎn)換

注射速度過快

檢查及調(diào)校流量控制閥

溫度太高

檢查電熱系統(tǒng)及螺桿轉(zhuǎn)速

溫度太低

檢查電熱系統(tǒng)及螺桿轉(zhuǎn)速

模板不平均

重新調(diào)整

模板剛性不夠

檢查鎖模力及調(diào)校

螺桿磨損

檢查及更換

排氣孔阻塞

檢查及清理

工模磨損

檢查使用次數(shù)及鎖模力、修理或更換

射出機

工  模

澆道及流道尺寸不適當

查驗使用尺寸是否適當及位置是否正確

分模線不配合

檢查工模相對位置是否偏移、重新調(diào)校

粘度太低

檢查塑料粘度及射出機的操作條件

注射壓力太高

降低壓力

注射速度太快

調(diào)校流量控制或?qū)囟壬?/p>

注射速度太慢

提高速度

鎖模力太低

檢查鎖模力及計算正確數(shù)值

工模溫度太低

檢查電熱系統(tǒng)及修理

止回閥磨損

檢查及修理或更換

螺桿及熔膠筒磨損

檢查射出機之設定操作條件及修理更換

鎖模力不均勻

檢查拉桿受力情況

模板不平行

檢查及調(diào)正

流道不平衡

檢查設計及修改

工模相對偏移

檢查塑件壁厚及調(diào)正

工模加熱不均勻

檢查電熱系統(tǒng)及修理

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