注塑成型工艺必须能够在低循环时间和高收率,操作保持在市场上的竞争力。 一旦一个程序被用于速度,从而最小循环时间最优化,收率的损失可以减少植物的盈利能力。 产量可以通过客维部分因不当收缩,短射,被称为扇表面缺陷,小黑点,彩色条纹减少。 小黑点和彩色条纹可源自原料树脂时,塑化,止回阀和流道系统。 本文的重点是黑色的斑点和条纹的颜色从塑化起源的故障排除。

本文的目标是提供常见故障排除技巧,以确定小黑点和注塑件彩色条纹污染的根源。 三个案例研究都显示了这些问题。 虽然小黑点可以从程序的任何流部分起源的塑化是本文的重点。

背景

的根本原因,并且该技术方案的诊断,以消除缺陷可能是困难的,耗时的,昂贵的和鉴别。 所需要的时间进行故障排除的方法,因而成本,可如果一个系统的方法,用于降低。 该方法首先通过验证的运行数据,进行简单的计算,并发展强大的假说(1-5)。 接着,疑难解答必须制定实验,无论是有效或无效的假设。 一旦根源是确定的,最佳的技术解决方案,将取决于许多因素,包括生产损失的成本,时间和成本来实现,机主的认可,与修改后的流程相关的风险。

几个根源小黑点和彩色条纹污染的成型部件存在。 这些根本原因包括树脂在螺杆通道,止回阀和流道系统(6-9),降解的材料或污染的树脂原料进入,并在色母料(10)分散性较差的色素的劣化。 例如,具有非常小的飞行半径在推动和尾随螺旋刮板螺丝可以允许树脂有很长的停留时间在这里,由于涡莫法特(11)。 这些区域可能会导致树脂降解,且降解产物最终会污染部分与小黑点。 混合区往往会有导致树脂降解停滞的地区。 例如,一个螺旋坝的出口和入口区域能够引起树脂降解,如果他们不正确(9)设计的。

螺杆的计量段必须是塑化的速率控制步骤。 如果在计量部分没有速度控制,然后计量部分将操作部分地填充有树脂。 部分填充的信道将具有处于停滞状态的信道的一部分,使树脂降解(6,8)。 疑难解答应始终验证计量段运行的速率控制步骤。 率计算的计量部分可以在其他地方(12,13)找到。

小黑点在米色部分

一个小的汽车内饰部分是注射用一个700吨的压力机配备一门105毫米口径的单螺杆塑化成型。 该部分是通过添加色母的水平提升到一个聚碳酸酯 - 丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯(PCABS)树脂着色米色。 约7%的零部件不得不因小黑点就报废了。 的一部分的照片示于图1。 通过减少产量的报废零件被增加成本的工厂,增加树脂的消费,并在记者需要的质量控制检查一个更高的水平。

塑化率数据进行测量和核实,然后进行比较,以计算出具体的转速(拖动流量)。 对于这个螺丝,测量速度和计算速度分别为3.2和2.7千克/(高转速)。 因为所测量的速度比所计算的速率稍高,负压梯度存在在螺杆的计量部分,因此螺杆的计量部分是速度控制过程的步骤。 也就是说,螺钉被操作为目的。 如果测得的速度十分显著小于所计算的速率,则上游部分(固体输送)本来是速率控制步骤中,使所述的计量和过渡部分的区域进行操作仅部分填充。 这些部分填充的区域可能造成树脂劣化,从而使黑点发生在部件。

[图1中省略]

在这一点上,我们的假设是一个停滞的区域中发生的螺钉或止回阀。 以确定是否停滞区域中出现的唯一的方法是从筒移除螺杆并检查通道。 树脂在料斗的流动被切断,并且塑化器被允许转动,直到螺钉基本上是空的和流出喷嘴停止。 接着,将输送管中取出,在螺杆压出从筒趁热。 在螺杆的计量部分,有一个小的层碳化树脂在推动和尾随飞行拐角深处的螺钉。 飞行半径分别为约20%的沟道深度的,即,R / H = 0.2,如图2所示。 螺杆和止逆阀的其余部分基本上是免费的降解树脂制成的。 根据这些观察,可以得出结论,小黑点源自螺杆的停滞区域中的小的飞行半径创建的飞行角。 此应用程序的飞行半径应至少等于信道的局部深度(7)。

与飞行半径等于本地航道水深高性能螺杆的设计,制造和安装到印刷机。 小黑点是从本质上使用这种新螺丝这个过程消除。

[图2略]

黑色条纹的灰色部分

注射模塑厂生产的大型电子部件壳体由高冲击强度聚苯乙烯(HIPS)树脂。 模塑部件使用天然的HIPS树脂和灰色的浓缩母料分别为灰色。 许多模制零件的有,由于黑颜色的条纹被废弃,如示于图3。 该成型机被声称该彩色浓缩物未充分混合到树脂和预彩色树脂将需要解决的问题。 预色树脂是一种树脂,具有混合到它的颜色,增加了树脂的成本和部件。

用2500吨注塑按与125毫米直径,21的长度与直径(L / D)的塑化的部分被模制。 几个调试操作被审判并报告工厂人员,以及所有失败或提供不可接受的解决方案。 这些包括增加背压,提高色母料加载,并定位在喷嘴内部的静态混合器。 黑色条纹是本与增加背压,当彩色浓缩物加样是从约2%至5%增加。 彩色漩涡中,但是,缓和与另外的静态混合器的喷嘴。 这种技术不是由于问题的,填充的部分,并增加了周期时间接受。 静态混合器所需的注射压力提高到不可接受的水平,以维持循环时间。

[图3省略]

用于此过程的螺丝是用设置在螺杆的计量段螺旋坝常规的单螺纹螺杆。 螺旋坝开始在输入到在通道的推入侧的计量部。 坝止在计量部分的端部,并在飞行的后侧面。 该底部掏槽坝是0.89毫米相对于主飞行。 螺旋坝的示意图如图4所示。 在特定的旋转流速为螺杆,计算在6.4千克/(高转速)。 飞行半径的大小是从在飞机上边缘的半径切点估计。 对于这种情况下,飞行半径分别为约20%的信道的深度。 飞行半径为这个螺钉是非常小的并且有可能在树脂的降解发生的区域。

该2.69千克部分和门都在52转和9.5兆帕的压力在螺杆末端的螺杆速度在塑化34.6秒。 螺杆运作是相当稳定的,说明一个恒定的塑化速度。 本机和螺杆,所测得的特定速率为5.4千克/(高转速)。 螺杆的特定旋转流动速率计算为6.4千克/(高转速),并有足够的正压力梯度存在,以减少特定速率5.4千克/(高转速)。 因此,这个螺丝运作正常和液压充满。

[图4省略]

以确定该颜色的浓缩母料是黑色条纹的源,彩色浓缩物从原料中除去自然HIPS树脂被使用。 后约10份,壳体相对自由的颜料。 然而黑色材料的许多颗粒,存在于部分,如图5所示。 大部分的颗粒分别为1至5毫米之间的直径和被定位在该部分的内部,也就是说,远离表面。 这些粒子将是不可见的,如果色浆中使用。 一些较小的颗粒偶尔接触的工具表面并创建了一个黑颜色的条纹。 这些条纹很可能那些与彩色浓缩物的橱柜的成形过程中观察到。 据推测,该黑色颗粒被从螺杆和止回阀的停滞区域来降解树脂。 下一步是要取出螺丝,寻找停滞的地区。

来定位,其中材料被降解在螺杆的区域,粒料流动到螺杆被停止,并且螺杆的旋转继续进行,直到所有的天然HIPS树脂从塑化器排空。 接着,将螺钉从桶取下并检测黑和退化的树脂。 有相对大量的严重退化的树脂在进入到该信道的集合侧的螺旋坝,如图4a和6。 这个区域被称为是对于长的停留时间的地方,也就是说,对于树脂降解的位置。 被降职的树脂柔软,坚韧,和黑色的颜色。 也有相当数量的这种降解的材料的同时在推动和尾随飞行半径,开始在过渡部分的中间和上延伸的螺杆的长度的其余部分。 止逆阀也有相当大的水平黑色降解树脂粘附到其表面上。 这些革质,黑色的斑点是在部件中的黑色的漩涡的根本原因。 它是不知道的螺钉或止回阀是否是小黑点的主要贡献者。 这些程序说服工厂人员,这是被创建的黑色条纹,而不是在树脂或彩色浓缩母炼胶的工艺设备。 唯一的永久解决这个问题是消除那里的聚合物降解的地区。 即,需要被替换为流线型设备的现有螺杆和止回阀,也就是说,一个螺钉和非回流喷嘴不具有区域具有长的停留时间为树脂。

[图5省略]

[图6省略]

高性能螺杆是专为注塑机。 该螺钉被设计成具有更高的压缩比,并与大飞行半径在螺杆的所有部分。 记者用高性能螺杆和自然HIPS树脂与浅灰色浓缩母粒的2%开始回升。 对于这个启动相同的2.69公斤一部分是生产和筒体的设定点温度分别为和以前一样。 后稳定运行,得到(约10份),则2.69公斤部分和门分别以52转和9.5兆帕的压力在螺杆末端的螺杆速度在塑化33.5秒。 螺杆回缩率持稳,表明一个恒定的塑化速度。 测得的比速率为5.6千克/(高转速),即高于约3%的原螺钉的特定速率。 螺杆的特定旋转流动速率计算为7.1千克/(高转速),并有足够的正压力梯度存在,以减少特定速率5.6千克/(高转速)。 因此,这个螺丝运作正常和液压充满。 在试验的剩余部分,黑色条纹从未被观察到。

高性能螺杆密切监测其安装后约一个月。 在此期间,黑色条纹从未被观察到,并且工厂人员已经表明的问题得到解决。

颜料牛排在一个灰色的部分

注射模塑厂生产来自天然聚丙烯(PP)树脂的大部件。 天然树脂中配合浅灰色精矿的35至1掺合比。 该模塑商正在经历的问题与黑色条纹的零件表面上,造成高废品率。 黑色条纹的照片示于图7。 当螺杆上的背压的从0.7兆帕增加到2.5 MPa时,零件与黑色条纹的分数从50%下降到下降小于10%。

该注塑机装备有一个直径为140毫米,20的L / D塑化。 记者被设计为10的压力加剧的因素。 也就是说,对于2.5兆帕的背压力设置在螺杆的旋转过程中的排出压力为25MPa。 在特定的旋转流速为螺杆的计量部分,计算在9.5千克/(高转速)。 由于非常短径段长度(2直径),该螺钉将在操作特定的速率将高度依赖于运转时的排出压力,即,背压力设置。 螺丝是能够以99 rpm的最大转速下运行。

此新闻有一个新桶,屏障型螺杆和止逆阀,并按下了彻底的检查操作。 该模塑商花费了大量的时间与当前进程的工作,以达到最佳效果。 他们的结论是,高温有助与恢复时间和最小化缺陷的水平。 主要关注的是,缺陷是从PP树脂的降解或未来都与色母粒着色剂。 作了一些调整,以增加背压和降低机筒温度,从而产生一个恒定的桶或“平坦”的温度曲线。 该模塑商确定在235(度)C,再加上2.5兆帕恒定的机筒温度分布背压允许的机筒加热区和更一致的恢复时间更一致的操作,同时尽量减少彩色条纹的水平。 的周期时间,但是,增加至第85号不可接受的水平与塑化过程限制了速率。

[图7省略]

在试验开始时,为工厂的目标是用1%的废品率或更低,由于所有的缺陷运行65秒周期时间。 的塑化是在235(度):C运行所有四个圆筒区域,99 rpm的螺杆速度,并以2.5兆帕的背压。 位于所述螺杆的计量段的桶区段,测定在262(度):C,这是超过25(度):C超过设定点温度的温度。 对于这种情况下,该区域的冷却能力无法除去耗散的能量不够快。 此过程得到的82个周期的时间,但保留了报废率在最低和10%左右。 塑化时间为36秒,和瞬时特定汇率在此过程中,测定3.45千克/(高转速)。此塑化率比计算出的转动流速为螺杆相当少的,也就是说,旋转流速为螺杆,计算在9.5千克/(高转速)。 此新闻是率限制由目前的36号第塑化时间。 观察发现轻微的不一致的螺丝塑化倍。 虽然这些矛盾都是未成年人,他们的螺杆和塑化不正常工作的问题。 该注射液温度通过产生一个“空炮”,然后用一个手持式温度传感器测量的温度测量。 空气射正时的塑化器的喷嘴被拉离模,然后将材料排出到一块硬纸板,创建可以被看作材料的熔融物质。 该注射液的温度,测定在259(度):C,被认为是比较高的这种类型的过程中的温度。

为了理解为什么塑化器在低利率的具体操作,有几个变化的过程进行。 第一背面压力降低到1.4兆帕为14兆帕的排出压力。 这允许塑化时间减少到21 s和特定的速率增加至5.9千克/(高转速)。 在这些条件下生产出的零件分别为100%废钢,由于黑色条纹。 这种增加在特定的速率和流量计算证实,该排出压力是负责低比率。

接着,颜色的浓缩流熄火并让其用完。 颜色被从系统中除去,以确定是否彩色条纹被降解PP树脂或复合颜料不佳造成进色母料。 如果条纹是由树脂退化引起的,条纹还是应该存在的色浆被删除。 一旦部分是在颜色完全自然的,有存在于部分没有黑色条纹。 在50和90转和0.7至2.5兆帕,螺杆速度和背部的压力变化分别以试图破坏过程。 的假设是,如果任何退化的树脂已经由于一个贫穷的螺杆设计积累上的螺丝,然后在螺杆转速和背压的变化会导致树脂降解退出的注射液,在零件制造条纹。 在所有情况下,这些部件不含有条纹,表明该螺钉用的天然PP树脂正常运行。 过程数据表明,成型机可以在99转和0.7兆帕的背压,以产生高质量的零件为65秒或更少的时间周期操作的螺钉。

模塑条件被送回的99转和2.5兆帕的背压,然后将母料的着色剂加入到流程在35比1的掺合比的螺杆速度的原始设置。 只要该着色剂中观察到的部分,黑色条纹重新出现。 基于此数据,根本原因的黑色条纹是彩色浓缩物。 虽然不能完全评价,它是可能的配料操作期间创建的母料颜料的附聚物。 这些团块不能有效分散使用这个屏障型螺杆。 当背压增加至2.5 MPa时,螺杆的混合能力略有增加,并在该部件的条纹的水平降低。 明显的目的是为了获得一个色彩集中免费凝聚的颜料颗粒,从而使压机使用0.7兆帕的背压和最小周期时间进行操作。

熔体流动速率(MFR)为PP树脂和着色剂的母料进行测定,看是否该母料达到的Benkreira和布里顿定义(10)的准则。 Benkreira和布里顿的混合实验表明,在天然树脂,该母料树脂的加工条件下的粘度比应尽可能地高。 母料具有非常低的粘度,但是,可以是难以产生由于配合操作过程中的应力可能没有足够的高,以分散的颜料。在一般的和作为折衷,母料在加工条件下的粘度应为约二分之一的天然树脂。 该MFRS分别为20和116克/分钟(230(度)℃,2.16千克)的天然聚丙烯树脂和着色剂色母粒,。 显然,色母料色母粒没有很好按照由Benkreira和布里顿制定的准则相匹配的自然PP树脂。 即,用于使所述母料的载体树脂过低的粘度,以允许颜料附聚物的过程中的双螺杆配混过程中的破裂。 如果颜料,但是,可能已被分散在该载体树脂的母料将是可以接受的。 比较天然树脂的剪切粘度和该母料是优选的过比较MFRS。对于这些材料,天然聚丙烯树脂和彩色母料的剪切粘度分别为160和40帕的,分别在加工条件。 正如所料,剪切粘度的天然树脂,以该浓缩物的比率为约4,大于2的标准值大的值。 一个更好的母料可以用一个更粘稠载体PP树脂,使得附加的应力可以在混合步骤中的颜料聚集体的分散液,以帮助应用制成。

由于预置的规范,改变颜色的浓缩母料是为工厂不可接受的技术解决方案。 相反,在母料中的颜料聚集体将需要分散在注塑机的塑化。 也就是,一个新的螺钉将需要被设计和制造,其能够同时满足65 S中的循环时间分散的附聚物。 用螺旋混合机高性能螺杆是为应用程序选择。 这个螺钉的设计采用多个分散堤坝在高性能的部分,提供了坝的峰值和为1.1mm的内筒壁之间的间隙。 螺旋混合器和筒壁的混合航班之间的间隙为0.89毫米。 这个螺钉的分散能力是比原来的螺钉相当高。 原螺杆具有约1.5毫米的屏障飞行倒勾间隙和螺旋混合器切为4.8毫米。

高性能螺丝的安装和试闸表现。 螺丝立即产生高品质的零件不带黑色条纹,并与65个周期的时间。 塑化时间为15秒,以99 rpm下为8.3千克/(高转速)以特定速率,螺杆转速。 这个特定速率比为8.9千克/(高转速)计算出的特定的旋转速度只是略少。 在用于这种塑化背压为0.7MPa。 这些结果表明,在高性能螺杆的分散间隙足够小,以提供一个足够高的应力水平来分散颜料的附聚物是分别在彩色浓缩母炼胶。

讨论

对于许多树脂,在流路长的停留时间会导致树脂降解成深色材料。 如果降级树脂剥落在那里形成的金属表面,它们会流入下游,并导致黑色斑点或彩色条纹。 这些黑色的斑点和条纹的颜色易于观察和诊断的零件不仅黑色或灰色。 在几乎所有情况下,螺杆必须从桶中删除,以确定源。 常见来源包括区域,进行流动停滞如部分填充的计量通道,小飞行半径,以及未精简混合器。

对于灰色部分,小黑点可能来自上面所讨论的,或他们可能是分散性较差的颜料在色母粒的螺杆设计问题。 从原料中除去母料,以确定是否小黑点是从螺杆或从颜料的最佳方法。

结论

故障排除和消除黑斑和彩色条纹从注塑件的呈现。 三个案例研究,介绍,展示根源和技术解决方案,以消除这些问题。 这项工作的重点是塑化,虽然过程的下游部分可以引起树脂降解,形成黑色的斑点。

参考文献

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