改性PP注射成型中气痕_气泡缺陷的原因及解决方法

改性 PP注射成型中气痕 /气泡缺陷的原因及解决方法 钟明强 (广州本田汽车有限公司 ,广州　511338) 　　摘要 　从材料干燥程度、成型工艺条件、模具结构方面分析了改性聚丙烯注射成型中产生气痕 /气泡缺陷的主 要原因 ,并以注射成型某汽车前保险杠为例提出了解决气痕 /气泡缺陷的方法。 关键词 　改性聚丙烯 　气痕 　气泡 　保险杠 　原因 　解决方法 　　塑料自从其诞生以来 ,以其特有的质量轻、易成 型、耐腐蚀、成本低、综合力学性能良好且易实现规 模化生产等无可比拟的优越性在电信、建筑、航空、 汽车等行业中发挥着极其重要的作用。注射成型是 塑料加工成型的一种重要方法 ,在注射成型工艺中 往往会出现气痕 /气泡、银纹、凹凸、毛刺、飞边等缺 陷 ,影响制品的质量。聚丙烯 ( PP)是一种原料来 源广泛、综合性能较好、应用较普遍、价格相对低廉 的通用塑料。经过改性后的 PP更是广泛应用于汽 车、医疗、食品、建材、家电等行业中 [ 1 - 4 ]。笔者现就 以橡胶、滑石粉等改性的 PP在注射成型中产生气 痕 /气泡缺陷的原因进行分析 ,并以注射成型某汽车 前保险杠为例提出了相应的解决方法。 1　气痕 /气泡的产生原因分析 引起改性 PP注射成型中气痕 /气泡缺陷的因 素主要有材料干燥程度、成型工艺条件 [ 5 ]、模具结 构等。因此对于实际生产中出现的气痕 /气泡缺陷 要认真分析其产生的原因 ,对症下药 ,最终解决问 题。 1. 1　材料干燥程度的影响 由于 PP 在空气中具有一定的吸水率 (约 0. 04% ) ,如果在进行注射成型加工前没有进行足 够的干燥 ,使得 PP材料含有过量的水分 ,那么在 PP 高温 (约 200℃)熔融塑化时 ,这些水分将转化成水 蒸气 ,在高速注射过程中这些气体伴随着高温熔体 射进模具之中 ,如这些气体过量且无法及时排出模 具型腔 ,则必将在制品 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面产生困气 ,造成气痕 /气 泡。一般 PP材料干燥温度为 80～90℃,干燥时间 为 2～4 h,干燥之后要尽快安排生产。 1. 2　成型工艺条件的影响 成型工艺条件对于改性 PP注射成型中气痕 / 气泡缺陷有着重要的影响 ,这些影响因素主要包括 注射速率、螺杆预塑转速 /时间、螺杆预塑背压、料 筒 /喷嘴 /热流道温度、螺杆防涎反吸距离等。 (1)注射速率 合理的注射速率对于注射成型中的气痕 /气泡 缺陷预防有着重要的作用。注射速率过快 (特别是 开始注射阶段 )容易引起熔体通过喷嘴时产生喷 射 ,在水口附近产生气痕。另外注射速率过快也加 重了注射成型中模具困气的问题 ,熔体中的气体无 法及时排出 ,造成气痕 /气泡缺陷多发。 (2)螺杆预塑转速 /时间 螺杆预塑转速影响物料在螺杆中输送和塑化的 热历程及剪切效应 ,因此它是影响塑化能力、塑化质 量和成型周期的重要参数。随着螺杆转速的提高 , 塑化能力增加 ,剪切作用加强 ,熔体的温度均匀性增 加且温度提高。如转速过快 ,则在强剪切作用下局 部材料发生过热分解产生气体 ,这些气体可能在注 射成型中无法及时排完而使制品发生气痕 /气泡缺 陷。另外 ,如熔体在料筒中的停留时间过长 ,也可能 使得熔体过热而分解 ,可能导致制品气痕 /气泡缺 陷。 (3)螺杆预塑背压 预塑背压指螺杆预塑时计量室中熔体的压强。 熔体温度会随背压的增加而提高 ,这是因为背压增 加了熔体内压力 ,加强了剪切效果 ,形成剪切热 ,使 大分子热能增加 ,从而提高了熔体的温度。 背压的增加有助于螺槽中熔体的密实 ,赶走熔 体中的气体。背压的增加还使系统阻力加大 ,螺杆 退回速度减慢 ,延长了物料在螺杆中的热历程 ,塑化 质量也得到改善。但是过高的背压会使剪切热过高 或剪切应力过大 ,使高分子物料发生分解而严重影 响到制品质量 ,可能导致制品气痕 /气泡等缺陷。 (4)料筒 /喷嘴 /热流道温度 料筒 /喷嘴 /热流道温度可给予聚合物材料直接 的加热作用。在螺杆转速和背压一定的条件下 ,熔 　　收稿日期 : 2008204217 03 工程塑料应用 2008年 ,第 36卷 ,第 7期 　　 体温度和料筒 /喷嘴 /热流道温度大致成比例变化 , 料筒 /喷嘴 /热流道温度过热将直接导致聚合物熔体 温度过热而分解 ,可能导致制品气痕 /气泡等缺陷。 此外 ,各个喷嘴 /热流道温度的合理设定及配 合 ,将有助于减少注射过程中熔体困气现象的发生 , 从而减小制品气痕 /气泡现象发生的可能性。 (5)螺杆防涎反吸距离 一般注塑机都设有防涎反吸功能 ,即注射保压 完毕后 ,螺杆迅速后退一定距离 ,从而防止脱模时喷 嘴出现拉丝等问题。这个螺杆反吸后退距离的设定 在保证不出现拉丝缺陷的情况下以偏小为宜 ,否则 容易吸入过量的空气 ,引起下一模注射成型中出现 气痕 /气泡等缺陷。 1. 3　模具结构的影响 模具结构对于注射成型过程中的排气是否顺利 具有很大的影响 ,影响因素主要包括锁模力、模具顶 推结构、特殊结构 (孔、水口位置等 )。 (1)锁模力 为了对抗注塑压力 ,必须使用锁模力。锁模力 的选择要考虑制品投影面积 ,取一个适合的数值。 如果压力过大不但造成模具排气困难 ,引起制品气 痕 /气泡等缺陷 ,而且长期运行也会对模具碰合面造 成损害。 (2)模具顶推结构 为了制品顺利脱模 ,一般模具都设有顶推机构 , 包括顶针、推块等结构。这些顶针与顶针孔的间隙 还兼有模具排气的功能 ,但如果在模具保养时顶针 上涂了太多的润滑油 ,则有可能堵塞间隙 ,影响排 气。一般在模具保养之后开始生产时往往会造成制 品气痕 /气泡等缺陷多发。 (3)特殊结构 模具上也会有一些特殊结构 ,如孔位、水口位置 的分布等往往会引起注塑过程中困气。图 1为具有 2个水口及 1个孔位的模具困气示意图。在这种情 图 1　模具特殊结构困气示意图 况下 ,如没有其它特别的排出困气的结构 ,则容易使 制品出现气痕 /气泡等缺陷。 2　解决气痕 /气泡的实例 在某汽车前保险杠注射成型过程中 ,在其侧翼 尖角部位出现了较为严重的气痕 /气泡缺陷 ,严重影 响制品外观 ,如图 2所示。图 3示出该制品水口分 布及缺陷发生的位置。该制品所用材料为三井化学 复合塑料 (中山 )有限公司的改性 PP,采用日本三菱 公司的 3000 t液压注塑机生产。 　　由图 2、图 3可以看出 ,缺陷发生部位为 1#主水 口与 3#水口注入模具熔体的合流部位附近。按照 气痕 /气泡的位置及特点分析可以得出这是由于合 流位置 (如图 2合流线 1)不合适导致排气困难 ,而 且 3#水口熔体在型腔填充末期注射速率偏快 ,使得 与 1#主水口熔体汇合后困气无法及时排出 ,引起制 品气痕 /气泡缺陷发生。 根据以上分析在调试过程中主要在成型工艺上 作了以下两个方面的对策 : 首先调整 1#与 3#喷嘴与热流道的温度 ,增大 1# 主水口熔体注射速率 ,降低 3#水口熔体注射速率 , 使得合流线往尖角方向移动 (见图 2合流线 2) ,减 少该部位困气 ,改善缺陷。各喷嘴与对应热流道温 度参数调整见表 1。 表 1　喷嘴和热流道温度参数调整 编号 热流道温度 /℃ 调整前 调整后 喷嘴温度 /℃ 调整前 调整后 1# 210 220 210 215 2# 200 200 210 210 3# 190 180 195 175 4# 190 200 195 210 13钟明强 :改性 PP注射成型中气痕 /气泡缺陷的原因及解决方法 其次调整型腔填充末期注射速率与压力 ,使得 1#主水口熔体与 3#水口熔体在合流处的速度略微降 低 ,可使得合流处被困气体能够有足够时间排出 ,减 少困气 ,防止气痕 /气泡缺陷发生 ,注塑机各分段参 数调整如表 2所示。 表 2　注塑机各分段参数调整 1) 分段 位置 /mm 速度 / % 压力 /% Ⅰ 342 (335) 52 (50) 57 (57) Ⅱ 300 (300) 58 (60) 65 (65) Ⅲ 150 (180) 52 (50) 60 (60) Ⅳ 100 (90) 40 (40) 47 (52) Ⅴ 50 (50) 33 (35) 37 (45) Ⅵ 20 (20) 29 (29) 35 (35) 　　注 : 1)括号内为调整前的值。 经过以上工艺条件的调整 ,该前保险杠气痕 /气 泡缺陷问题得到了解决 ,保证了制品批量生产质量 稳定及合格率要求。 3　结语 在改性 PP注射成型中 ,产生气痕 /气泡的原因 是注射过程中发生严重困气现象 ,导致这种严重困 气的原因有材料干燥程度、成型工艺条件及模具结 构。在气痕 /气泡缺陷发生后 ,必须进行认真的分 析 ,找出发生缺陷的根本原因。 参 考 文 献 [ 1 ]　李玮. 聚丙烯的改性 [ J ]. 高分子材料科学与工程 , 1997, 13 (6) : 9 - 14. 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KEYWO RD S　polyp ropylene, air mark, bubble, cause, solution 优惠销售 2000～2008年中国工程塑料加工应用技术研讨会《论文集 》及论文集光盘 　　中国工程塑料工业协会加工应用专委会为了配合 2000 ～2008年先后召开的中国工程塑料加工应用技术研讨会共 编辑、出版了 9本《论文集 》。其内容涉及工程塑料及通用 塑料的合成与改性、加工、应用、测试、模具、设备新技术 ,以 及文献综述、评论等 ,尤其突出了我国工程塑料行业“十一 五 ”发展规划、加入 W TO后的对策等行业规划、政策。现尚 有部分《论文集 》以及应广大读者要求加工制作的论文集光 盘 ,以优惠价格 (含邮费 )销售 ,欢迎订阅。 1.《论文集 》,优惠价为 240元 /套 ,单册价格如下 : 《2008年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集 》, 论文 100篇 , 50元 /册 ; 《2007年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集 》, 论文 100篇 ,正文 343页 , 45元 /册 ; 《2006年中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集 》, 论文 100篇 ,正文 346页 ,含中国工程塑料工业“十一五 ”发 展规划 , 40元 /册 ; 《2005年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集 》, 论文 100篇 ,正文 338页 , 35元 /册 ; 《2004年中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集 》, 论文 100篇 ,正文 337页 , 30元 /册 ; 《2003年塑料助剂和塑料加工应用技术研讨会论文 集 》,论文 105篇 ,正文 373页 , 25元 /册 ; 《2002年中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集 》, 论文 100篇 ,正文 351页 , 20元 /册 ; 《2001年中国工程塑料加工及模具技术研讨会论文 集 》,论文 80篇 ,正文 270页 , 20元 /册 ; 《2000年中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集 》, 论文 100篇 ,正文 339页 , 20元 /册。 2.论文集光盘 ,优惠价为 170元 /盘。 本光盘除收录上述 9本《论文集 》的全部内容外 ,还包 括约 1 800人次的会议代表通讯录。 凡需购买《论文集 》或论文集光盘的读者 ,请尽快办理 邮购手续。汇款时请注明“论文集 ”或“论文集光盘 ”。 邮局汇款 　收款单位 :山东济南市 108信箱杂志社 　邮编 : 250031 　电话 : (0531) 85878057　85878223　85878278 　传真 : (0531) 85947355　85878224 银行汇款 　户 　　名 :中国兵器工业集团第五三研究所 　开户银行 :济南市工商银行经十一路支行 　帐 　　号 : 1602001229014425546 网上订购 　　http: / /www. epa1973. com 23 工程塑料应用 2008年 ,第 36卷 ,第 7期