成型部件中的黑斑点是加工商们面临的一个十分棘手的问题,它们的出现会造成废品、树脂浪费和不必要的停机,且难以迅速解决。对此,清机料可能会发挥一定的作用,但在大多数情况下,很难准确判断设备是需要清机,还是仅仅需要停机,然后拉出螺杆,对其和机筒进行清洗。究竟如何才能避免黑斑点的出现呢?
首先要确定这些斑点的来源,然后才能尽可能地消除它们。但是,说来容易,操作起来还是有相当的难度。因为造成黑斑点的原因有很多种,主要包括:进入的树脂、螺杆中的树脂降解、热流道中的树脂降解、损坏或设计不当的止逆阀与螺杆梢部、不匹配的连接、热电偶放置不正确、设计不当的注嘴体、不良的温度控制、料末、污染、较长的停留时间及过高的熔体温度等。面对如此多的诱发因素,如何才能准确地找到罪魁祸首?
可以先从树脂开始——进料是否干净?有没有黑色斑点或料末?这些都是需要重点检查的内容,特别是在加工透明聚合物时。在检查时,可以使用采样棒,以不同深度在袋子、盖洛德箱或料斗中取样,然后,将0.91kg左右的样品放在一个40.64cm×60.96cm的白色托盘上,在良好的照明条件下进行检查。
一般,需要花费5min左右的时间寻找样品中的黑斑点和料末,并检查样品颗粒的均匀性。此时,要仔细观察黑斑点或污染是在样品的表面还是嵌在颗粒中。如果是后者,请直接致电树脂供应商;如果斑点在样品表面,且能擦掉,则需要先检查操作程序,如确认斑点来源于袋中或盖洛德箱中,再致电树脂供应商。这种检查程序也适用于回用料,就个人观点,回用料出现的问题大多是由污染造成的,而并非降解。
另外,如果样品中有过多的料末(会在部件中形成黑色或白色的斑点),需要使用除尘器或料末分离器。对透明聚合物而言,除尘器是一种经常使用的设备。由于料末有很高的表面/体积比,因此会带入大量空气,导致细小的粉尘颗粒降解。
如果成型过程采用了热流道,还需要确定黑斑点是否来自机筒、螺杆或热流道。在此情况下,打断循环,清机一次,并在适当的背压下检查注射过程是一种可取的做法。如果加工的物料不是对降解敏感的树脂,可以选用范围在5.52~6.90MPa之间的背压。事实上,背压在充分填充螺槽以减少死角方面发挥了至关重要的作用。如果提高背压会增加黑斑点或启动了“碳淋浴”,这说明螺杆在设计上存在问题。另外,还要在确保熔体温度在适当范围内的情况下,检查清机料饼中是否存在斑点,如果清机料干净,而成型过程中仍存在黑斑点,那么,热流道系统有可能是问题的根源。
另一种帮助判断问题是否源于热流道或机筒的窍门是,将一种不同颜色的颗粒放入热流道衬套中,然后进行一次注射。如果黑斑点出现在颜色区域之前,那么问题的关键在于热流道;如果黑色斑点出现在颜色区域之后,则是螺杆和机筒的问题。另外,检查加工过程是否有合适的温度控制(开放式热流道的红外热成像是发现温度控制问题的一种方法),是否存在烧坏的加热元件和开放的热电偶,热电偶的位置是否正确,瓦特密度和热降加热器的位置以及热注嘴尖相对于浇口表面的深度等,都是寻找黑斑点产生原因的有效方法。
如果问题源于热流道,则需要进行一次彻底的拆卸,或是对热流道的设计进行检查,在必要情况下,可能需要对其进行重新设计。许多热流道中存在交叉枪钻(cross gun-drilling),从而产生死点,导致树脂在死角降解。
机筒和螺杆也常常是问题产生的根源,如果对这两者产生怀疑,可以对它们进行清洁——将螺杆拉出,检查螺杆计量段和过渡段螺槽后面的积碳,并用干冰或高压水射流进行清洗。切忌采用刮、线轮(wire-wheeling)或燃烧等方式进行清洁。
大多数通用螺杆会因为螺槽后面死角的存在而产生黑斑点。如果螺槽上出现数天或数周前成型的颜色,不必惊讶,积碳和数周前积累的颜色证明,进入螺槽的新材料没有把以前的材料全部推出。
在实际应用中,理想的成型条件是采用一根螺槽中无死点的螺杆,且不使用屏障式螺杆或高强度混合设备,以减少死角并提供熔体均匀性,同时避免采用排气式机筒(通常情况下,螺杆和排气设计很容易产生死点,导致树脂降解)。螺杆应高度抛光,没有打磨痕迹或线轮的划痕。螺槽应锋利、无划痕且无缺口。对于加工透明树脂的设备而言,其螺杆要拥有比标准设备所用螺杆更好的耐化学性。此外,请确保加工过程使用了至少25%的机筒容量。较长的停留时间会引起降解,是大多数黑斑点的来源。当拉出螺杆进行清洗时,仔细对其进行检查会有助于找到过热点,因为金属的颜色与金属已承受的高温密切相关。
面对设计上的缺陷和流径中的突然变化,需要检查止逆阀、注嘴端盖和螺杆梢部,并寻找尖角、限流和死角,它们会导致聚合物挂起和降解。如果止逆阀或螺杆梢部有损坏或碎裂的螺槽和缺口,那它们可能是产生黑色条纹的根源,必须及时更换。
另一方面,注嘴体和螺杆梢部是易发生降解的主要区域,因此需要格外关注两者的设计和温度控制。为确保加工过程的顺利进行,流径应光滑,能保证熔体的自由流动,且从端盖一直到注嘴梢部的设计应呈锥形。通常,标准的注嘴梢部有一个直孔和一个较大的死角,因此不建议用于冷流道的应用。注嘴体的温度应采用PID控制。值得一提的是,注嘴体上热电偶的放置位置也非常关键。如果注嘴和梢部的长度为7.62cm或更短,可以将热电偶放置在注嘴体的六角形中;而对于更长的注嘴,热电偶应放置在梢部向后约为注嘴体长度1/3的位置上;铲型或蝴蝶型热电偶应直接放置在注嘴体上,用3层玻纤带覆盖,并将带式加热器放在其顶部。
最后,可以使用热探针技术或一台合适的红外(IR)设备检查实际熔体温度。在检测过程中,可选择树脂制造商推荐的温度范围的中点作为参考点,而过高或过低的温度都会导致混合问题。另外,机筒温度的控制也很重要,可以在带式加热器不断打开或关闭的过程中,找出超过温度设定值的过热点或过热区:如果带式加热器不断打开,说明它没受控制,需要找出原因,如存在一台烧坏的带式加热器;如果有区域不断关闭带式加热器,说明该区域的温度过高,此时可以通过降低背压和螺杆转速或除掉机筒覆盖物等方式来解决。
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