改善注塑件银纹缺陷分析

徐玉睿 罗青山

（防灾科技学院，三河 065201）

注塑产品凭借着投资少、收益高的特有优点得到了越来越多的行业的追捧。特别是近年来汽车、电子产品、食品、医药以及建筑等产业对注塑产品日益增长的需求，更是促进了注塑成型技术水平的提高[1]。目前，80%的工程塑料业中都采用了注射成型工艺[2]。随着汽车行业的不断发展，塑料在汽车中的应用不断增多。目前，工业发达国家汽车塑料的用量占塑料总消费量的8%～10%。从现代汽车使用的材料来看，无论是外装饰件、内装饰件，还是功能与结构件，都可以看到塑料制作的影子。外装饰件的应用特点是以塑代钢，从而减轻汽车自重。其主要部件有保险杠、挡泥板、车轮罩及导流板等。内装饰件的主要部件有仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、座椅和后护板等。功能与结构件主要包括油箱、散热器水室、空气过滤器罩及风扇叶等。注塑件的外观品质往往受到注塑材料、成型模具、注塑成型机、辅助设备及成型环境等多种因素的影响，从而在使用过程中出现各种各样的问题[3]，如缺料、缩水、熔接线、气泡和银纹等。对于外观品质要求比较严格的产品来说，这些不良缺陷都可能会使注塑产品使用过程中出现问题，从而给生产带来极大的浪费，既影响了生产效率，也增加了产品的成本，因此必须要进行改善。本文主要针对汽车保险杠表面出现银纹缺陷的原因进行了分析与探讨，通过实际生产中的实验总结了背压及前射退两个工艺参数对对银纹的调节作用，并提出了具体的解决方案。

1 银纹产生的原因

1.1 银纹的定义

银纹是指成型品表面出现气体的一种银丝斑纹现象。在熔胶充模时，波前峰会析出挥发性气体，这些气体会因无法从模具排出而在成型品表面出现一种不良现象[4]。当模内压力足够大且气体含量没有超过一定的限度时，气体会以分散的状况溶解到塑料中；但当模内压力不够大而气体含量又超过一定的限度时，这些气体便会从熔融塑料中释放出来，到达制品表面形成银纹。气体的成份包括水汽、分解气、空气以及溶剂气，其中以水汽、空气和分解气较为多见。这些气体往往是由于物料或物料中的添加剂在高温条件下长时间受热发生降解而产生的降解气，或原料中含有水分，而空气则是PP颗粒微孔中储留的空气或计量时卷入空气造成的。

1.2 与模具相关的原因

在制作产品的过程中，银纹产生与模具相关的原因如下。第一，浇口设计过小，高速注射时浇口与熔料产生较高剪切热导致材料高温分解，从而产生较多分解气体，产生银纹。第二，浇口处热流道温度过高造成材料高温分解，在注射过程将分解气带入产品。第三，模具排气不良，由于模具会被快速填充，模具内的气体必须排出。多数情况下模具内的气体包括模腔内存有的空气和材料中含有的水汽、降解气及储料过程中卷入的空气。若这些气体无法排出，产品上就会出现气泡、银纹等问题。因此，模具分型面不可缺少必要的排气孔道，且排气位置须设于夹水纹及最终注塑部份附近。一般情况下，排气位宽为6～13 mm，深为0.01～0.03 mm的槽，通常设于其中一个半模的分模面处。当排气孔道不足、堵塞、位置不佳或没有顶针之类的加工缝隙排气时，都会造成型腔中的空气不能及时排出。

1.3 与材料相关的原因

（1）材料本身不能受较高的温度、较长的受热时间或较大的剪切力作用，特别是当含有微量杂质或微量水分时，可能发生催化裂化反应。这类材料一般可考虑加入一定量的润滑剂以尽量降低其分解的可能性。一般材料加热后分解质量不能大于2%。

（2）若PP颗粒微孔中储留的空气量大，再生料的料粒结构疏松，微孔中贮留有空气，在料筒加热融化时容易夹带空气。同时，原料中加入回收料会使粒径相差太大而夹带空气，因此回收料与新料的比例不能过高，应小于20%。

（3）塑料含水率高，干燥不充分。若聚合物含湿量超过允许限度，制品就会出现剥离、银纹等不良现象。经验证明，不同类型的聚合物所允许的吸湿量也不同，因此生产前需要对材料进行预干燥，此时不同材料的烘料温度及时间要求也不同。

1.4 工艺及设备相关的原因

（1）料筒温度过高或加热失调，造成材料高温分解[5]。根据聚合物在料筒内的塑化机理，聚合物要分3段加热：第1段是固体输送段，位于靠近料口处，温度不宜过高，接近料斗的温度设定应比计算溶胶温度低40～50 ℃，否则会使一部分塑料过早熔融而充满螺槽，从而造成空气无法从加料口排出；第2段是压缩段，此时物料处于压缩状态并逐渐熔融，温度设定要比第一段高出20～25 ℃；第3段是计量段，此时物料完全熔融，预塑开始时这一段相应于螺杆计量段，需要在预塑终止后形成计量时储存塑化好的物料。

（2）注射压力、背压过低、保压压力（时间）不足，使熔料与型腔表面充填不密贴。

（3）注射速度设定不合理。例如：注射速度太快，使熔融塑料受到的剪切作用过大而分解，从而产生分解气；注射速度太慢，导致熔料不能及时充满型腔而造成制品表面密度不足，从而产生银纹。因此，注射过程应该采用分段进行，采用低/低/高/低的充填速度。

（4）料量不足、加料缓冲垫过大、料温太低或模温太低都会影响熔料的流动和成型压力，产生银纹。

2 实验内容

2.1 设备及原料

本次实验的原料采用改性聚丙烯TD15（金发科技提供），其熔融指数为2 g·min-1，注塑设备采用3 300 T注塑成型机。

2.2 产品产生不良的现象及现状

图1为产品产生银纹的现象，其中图1（a）为产品存在银纹的位置，图1（b）为银纹放大的正面图。从图1中可以看出银纹的微小裂纹从表面一直贯穿至产品背面，此不良率在每天的生产中达到了25%。

图1 注塑银纹缺陷

2.3 背压对银纹的影响

当螺杆快速转动时，熔融状态的塑化塑料会被向前推进，经过止流阀到达螺杆的前端。由于熔料不断地被推向前端，会产生一定的压力，并作用于螺杆使其后退。为了防止螺杆后退过快，需要对螺杆施加一个反方向的压力，这个反方向阻止螺杆后退的压力即为背压。背压可以将熔料内的气体“挤出”，从而减少制品表面的气花、内部气泡，提高其光泽均匀性。

实验内容为：保持其他工艺参数不变，依次增加背压的压强为7 MPa、9 MPa、11 MPa、12 MPa，每个条件生产550模次，记录出现银纹的模数。实验结果如表1所示。

表1 改变背压实验结果

从实验结果可以看出，当背压由7 MPa加大至11 MPa时，产品银纹的不良率下降，当增至12 MPa时产品银纹的不良率再次升高。实验资料表明，螺杆背压对熔体的温度有密切关系。不良率升高的原因可能是过高的背压使系统压强加大，造成螺杆在旋转的过程中受阻力增大，从而增加了螺杆与原料的剪切作用，使料温升高而造成原料降解产生降解气，导致银纹不良率再次升高。研究资料表明，在一定的工艺条件下，温度会随背压增加而提高。在实际生产中，过高的背压会增加机料段螺槽熔体的反流和漏流，从而降低熔体的输送能力，减少塑化量，增加功率消耗，影响生产效率。

2.4 前射退对银纹不良率的影响

在螺杆注射保压完成后，为减少料头部分的内应力，防止料头粘模而使螺杆向后退一段距离，这段距离称为前射退。

实验内容为：保持其他工艺参数不改变，依次更改前射退的位置为20 mm、10 mm、5 mm，每个条件生产550模次，记录出现银纹的模数。实验结果如表2所示。

表2 改变前射退实验结果

从实验结果可以看出，前射退位置减少可以有效降低银纹的不良率，原因为前射退过大会造成大量空气进入，从而使产品产生银纹，因此在保证料头不粘模的前提下，前射退位置可以尽量减少。相比于背压对银纹产生的影响，前射退对银纹的影响更大。

2.5 背压与前射退正交试验

根据上述所做的实验，分别改变背压和前射退参数做正交试验，以寻找最优参数组合。每次实验各生产550模次。实验结果如表3所示。可以看出，当背压为11 MPa、前射退为 5 mm时，不良率最低为1%。

表3 背压和前射退正交试验结果

3 结语

工艺参数背压和前射退对银纹缺陷的调节作用比较大。随着背压的增加银纹不良的模次随之减少，当背压增至12 MPa后银纹不良反而增加。前射退的位置越小银纹不良的模次越少，当前射退位置为5 mm时，银纹不良最低，但当前射退位置为3 mm时会出现料头粘模的现象。从背压和前射退正交试验来看，实际生产中当背压为11 MPa、前射退为5 mm时，对生产中出现银纹不良缺陷的调节是最有效的，此时不良率最低为1%。