塑胶成形品不良的种类与其因.doc

塑膠成形品不良的種類與其因
射出成形品的塑膠制品發生不很的原因﹐主要歸納成下列幾個要點﹐如1成形品設計不當﹐2成形條件的選擇不當﹐3塑料品質不佳﹐4射也機的品質與性能不佳﹐5模具設計與制作不當等﹐於是塑料在模穴內的填充﹐冷卻與成形無法遵行射出成形的基本理論。要從制品中是缺陷去尋求不良的原因並不是很簡單的事﹐因為有時是由於上述多種原因所造成的。如欲消除制品中的不良情形﹐除須對射出成形的理論有糸統的了解外﹐還必須有實作的經驗﹐以便能迅速且有效地達成目的。制品不良的種類與原因如下所述﹕
縫合線(WELD LINE)
縫合線是指融熔塑料填充過程發生會合的情形﹐會合處因無法完全熔合而形成條紋﹐不但影響美觀而且形成成形品的脆弱部分。
產品縫合線的原因是﹕1流動塑料的會合﹐而會合處塑料溫度與壓力太低。會合處有空氣與揮發性物質的存在造成的縫線。
收縮下陷(SUNK MARKS)
收縮下陷是指成形品的表面發生凹陷現象﹐這是由於1熔融塑料冷卻﹐體積收縮﹐容易發生在成品肉厚處或肉厚不均勻處。2塑料充填不夠或保壓壓力太低。塑料含有多量的濕氣與揮了物﹐無法釋出。
溢料(FLASHING)
·溢料是指熔融塑料在成形過程流出模線外﹐或模具中的接合間隙中﹐這是由於1塑料溫度太高﹐2保壓壓力太高﹐3鎖模力不夠﹐4排氣糸統設計不良。
氣泡與孔洞(BUBBLES AND VOIDS)
氣泡與孔洞是指塑膠制品內包有空氣或氣體。其原因可能是1塑料沒有充份的干燥﹐2排氣糸統設計不當﹐空氣或揮發物無法充份排出﹐3成形品外壁冷卻定形后﹐內部仍在收縮﹐
銀條(SILVER STREAKS)
銀條是指模具太冷﹐射出速度太慢或含揮發氣體等原因﹐在塑料的流動方向﹐因光線的折射而呈銀條狀。
流痕(FLOW MARK)
流痕是指模穴的溫度太低或塑料在模穴冷卻太快造成以澆口為中心的年輪狀細紋﹐尤其常發生在流動性不良的塑料。
噴流(JETTING)
噴流是指熔融塑料從澆口進入模穴時因速度太快而直接碰到澆口對面的模壁﹐無法正常的充填模穴。減慢射也速度﹐增加澆口斷面或提高模穴溫度可用來防止噴流現象。
龜裂(CRAKING)
龜裂是指成形品產生裂紋的現象﹐這可能是2射出壓力太大﹐2塑料溫度不均勻﹐3塑料填充不適當﹐3冷卻不均勻等﹐而在成形品內部形成殘留應力。另外﹐不均勻的頂出或外在環境的不良都會造成龜裂現象。
翅曲與扭曲(WRAPING)
翅曲與扭曲是指成形品因內部的殘留應力或外部的環境因素﹐造成成形品的變形。平行部份的變形稱為翅曲﹐對角的變形稱為扭曲。其原因不外是﹕
1成形品設計不當﹐如肉厚﹐形狀等。
2澆口形狀﹐數量﹐位置等設計不當。
3冷卻方法設計不當﹐造成不均勻冷卻。
4頂出時﹐成形品溫度太高﹐或頂出不均勻。
5其它因素造成的內部殘留應力。
表面光澤不佳
這是指成形品失去應有的光澤而成模糊狀﹐可能是塑料品質有問題﹐成形條件不驪﹐模穴表面情況不佳等因素造成的。
燒焦(burning)
燒焦是指樹脂因過熱而分解﹐而改變色澤﹐或燒焦。此種情況可能發生在射出機加熱缸或模穴內。
在射出機的加熱缸內﹐加熱缸溫度太高或塑料滯留﹐燒焦的塑膠流入模穴內成形﹐使成形品帶有黑茶色斑點。
在模穴內的情況是因填充的速度太快或排氣不良﹐造成塑料因摩擦而提高溫度﹐將塑膠燒焦。
褪色﹐變色(DISCOLORATION)
褪色﹐變色是指成形品的顏色改變或退化﹐這是﹐由於﹐1塑料品質不佳﹐或受到污染﹐2射出缸不潔﹐3塑膠在加熱缸有不恰當的滯留﹐或滯留時間太長。

填加劑
填加劑可分為有機類與無機類﹐形狀有1球形﹐2中空狀﹐3顆粒狀﹐4板狀﹐5棒狀﹐6纖維狀等等﹐於是成形加工之前或成形加工時﹐與樹脂混合﹐組成各種塑膠﹐達到1增量﹐2強化﹐3增加機能(機械性能﹐電氣性能﹐熱性能﹐光學性能﹐加工性能)等目的。
一填加劑的分類﹕
A增量填充劑(fillers)
塑料因成本﹐物性的考慮﹐有時添加填加劑﹐以達到增量的目的﹐以降低塑料成本﹐並改變物性﹐常見的填充劑有木粉﹐木棉等。
B強化—強化填充材料(reinforced fillers)
強化填加材料是屬於長纖維的填加劑﹐加入樹脂中﹐成為通俗的復合材料(composite),可以增加強度﹐剛性等機械性質。常見的有玻璃纖維﹐石棉纖維以及石墨纖維等。
C機械性能----耐磨耗劑(anti-wear additives)
許多運動組件﹐例如玩具中的塑膠齒輪等 ﹐為增加其耐磨耗性﹐常填加一些耐磨耗劑﹐例如酚樹脂﹐聚醯胺﹐氟樹脂等加入二硫化銅或是石墨等 耐磨耗劑﹐來增加其制品的耐磨耗性。
D電氣性能---靜電防止劑(anti-static agents)
大多數塑膠導電性很弱﹐因此在表面容易帶靜電而吸沾灰塵﹐放電或是電擊等各種靜電現象﹐引起火災。因此加入靜電放止劑。
靜電放止劑包括﹕1在制品外部塗佈外部用靜電放止劑﹐惟因雨淋﹐洗滌而喪失放電功能﹐2預先混入塑料﹐成形后浮於成品表面﹐在表面與空氣中的水份作用形成離子層﹐產生防電效果。一般常用硫酸鹽﹐磷酸鹽﹐磷酸脂等親水基靜電防止劑。
E熱性能---
熱安定劑(thermal stabilizers)
樹脂在成形加工過程﹐或是最終成形品時﹐常因熱﹐光與空氣的作用﹐造成熱分解﹐以至於變色或變質。因此﹐通常隨樹脂的不同﹐分別加入不同的化學藥品﹐稱為熱安定劑。常用的有亞磷酸脂﹐有機脂﹐環氧化物與抗氧化劑。
紫外線吸收劑(ultraviolet light absorber)
陽光中﹐紫外線的波長最短(380—400MU)﹐頻率最大﹐有最強的能量﹐容易使塑膠分子起熱分解。添加紫外線安定劑可以使塑膠成品能長期置於室外﹐常用的紫外線吸收劑有碳黑﹐二氧化鈦等。
F光學性能----潤滑劑(pigments)
塑膠的著色劑可分為﹕1染料﹐2有機顏料﹐3無機顏料。加入樹脂中﹐由於其吸收某特定波長的光線而呈現出各種顏色。常用的著色劑有二氧化鈦﹐硫化鎘﹐氣化鎘等 。
g加工性能------(lubricant)
樹脂在成形過程中為減少分子與分了間的摩擦或減少分子與金屬壁的磨擦﹐發增加流動性﹐往往添加潤滑劑。潤滑劑可分為可溶於高分子與不可溶於高分子兩大類。
可溶性潤滑劑可以降低樹脂的黏度﹐像長鏈脂肪﹐醯胺等可以減少極性高分子間的吸引力﹐而增加流動性。
不可溶性潤滑劑像臘﹐礦物油等﹐可以降低樹脂與金屬壁間的磨擦﹐而增加流動性。
可塑性(Plasticity)
可塑劑添加於樹脂中﹐減少分子間吸力或增加分子間的距離﹐使塑料流動性增加﹐可以增加產品的形狀與復雜性。另方面﹐因流動性良好﹐減少內在應力(INTERNAL STRESS)´減少脆性與翅曲性。例如在PVC聚合時加入不飽合脂酸或醋酸乙烯﹐形成共聚合體﹐使各分子間因分枝距離加大而吸引力減少
塑膠物性
塑膠的物性主要包括1 一般物理性質﹐2機械性質﹐3電氣性質﹐4熱性質﹐5化學性質﹐6耐候性質﹐7光學性質﹐8成形性質等。
一 一般物理性質
A比重(specific gravity)
比重的定義是物體與同溫﹐同體積水的重量比。塑膠的比重一般是0.9~2.1之間﹐隨填加劑﹐結晶度而略有差異﹐其中以聚丙烯最輕。
B比容(specific volume)
比容的定義成單位質量的體積﹐單位是CM3/G塑膠的比容在相變化溫度處會起急劇的變化。
二 機械性質
外力作用於物體﹐有關力量﹐變破壞的性質﹐略述如下﹕
A彈性(elasticity)
彈性是物體受外力而變形﹐解除外力后﹐回應原形態的性質。
B塑性(plasticity)
塑性是指固體塑膠受到外力發生變形而不彈回的性質。
C粘性(viscosity)
粘性是指熔塑膠受外力引起流 動﹐其對流動的抵抗程度。
D粘彈性(viscoelasity)
粘彈性是指熔解塑料具有粘性也同時具有彈性﹐所須的應力有逐漸減少的趨勢﹐稱為應力緩和。
F 潛變(Creeping)
塑膠因具粘彈特性﹐所以在一定荷重下﹐變形會隨時間的經過而增加﹐此現象稱為潛變。剛度大﹐耐熱性高的塑膠有耐潛變特性以熱固性樹脂較熱塑性樹脂耐潛變。
E硬度(hardness)
外力局部作用於物體﹐抵抗磨損與變形之能力﹐稱為硬度。
G延性(ductility)
塑膠受負荷而拉伸﹐其不斷裂的性質。
H韌性(toughness)
塑膠受沖擊而不斷裂的性質﹐耐隆﹐聚縮醛等熱塑性樹脂的韌性大﹐在低溫塑膠特別脆弱﹐稱低溫脆性。
I剛性(rigidity)
塑膠受外力作用不變形的性能﹐稱為剛性。
剛性大小以剪力模數(G:kg/cm2),彈性模數(E:kg/cm2)表示
J強度(strength)
韌性﹐硬度﹐剛性﹐彈性的總括代表稱為機械強度﹐細分成拉伸強度﹐壓縮強度﹐剪力強度﹐硬度﹐沖擊強度﹐耐磨耗性﹐耐疲勞性等。
<1>拉伸強度(tensile strength)
塑膠抗拒因拉伸而產生變形的能力﹐單位kg/mm2.熱塑性樹脂通常韌高﹐熱固性樹脂通常剛性﹐脆性較大。
<2>壓縮強度(compress strength)
塑膠的壓縮強度高於抗拉強度。熱塑性塑膠的ABS﹐聚丙烯糸高彈性的權脂﹐受荷時先膨脹﹐再進一步壓縮時﹐成扁平狀﹐不會完全破裂。熱固性樹脂一般脆且硬﹐會因壓縮而破裂。
<3>剪力強度(shear strength)
塑膠對剪力的抗拒程度﹐單位KG/MM2﹐剪力強度可分為直接剪力強度﹐扭曲剪力強度。
<4>硬度(hardness)
材料對於外力刺入(penetration),刮痕(scratching)﹐磨耗(abrasion),切斷與變形的抵抗能力﹐稱為硬度。測定硬度的方法有﹕1刻痕硬度法﹐2反跳硬度法﹐3壓入硬度法﹐﹐通常使用壓入硬度法來測定物體的硬度﹐對硬性材料使用洛氏試驗法﹐以HRC值表示﹔對軟性材料使用勃氏試驗法﹐以HB值表示。洛氏硬度及勃氏硬度的換算見以后附表。
<5>沖擊強度(impact strength)
外力瞬間高速施加材料﹐材料抵抗破壞的能力﹐稱為沖擊強度﹐由沖擊強度可以得知塑膠的韌性與脆性。一般熱塑性樹脂韌性佳﹐其中耐隆﹐ABS等樹脂具高韌性﹐壓克力﹐聚苯乙烯則較脆﹔熱固性樹脂一般是屬於脆性材料。
<6>耐磨耗性(wear resistance)
兩物體相對運動會發生磨擦﹐若磨擦糸數大﹐增大磨擦力﹐使接觸面的材料逐漸消耗﹐造成磨耗﹐耐隆的磨擦糸數低﹐較不易磨耗﹐通常為運動構件。
<7>耐疲勞性(fatigue resistance)
外力反復施加於材料﹐造成材料的加速劣化破壞﹐此現象稱為(fatigue).耐隆的耐疲勞性大﹐承受反復彎曲負荷的壽命大。

電氣性質
由於塑膠的優良電氣性質所以經常作為電氣產品的組件﹐使用於強電與弱電場合﹐一般塑膠的電氣性質是指電阻(絕緣電阻﹐體積電阻﹐表面電阻)﹐絕緣破壞強度﹐耐電弧性﹐損耗因素與電介質常數等。
(1) 電阻(electric resistance)
塑膠在電位差V下﹐量得通過的電流I﹐電阻R=V/I.塑膠因成品形狀﹐電壓施加方法等不同﹐通常有以下三種電阻表示方法。
A絕緣電阻(insulation resistance)
兩極間直流電壓V除以通過塑膠試片的電流I﹐即為絕緣電阻﹐兼有體積電阻與表面電阻﹐單位
Ω。
B體積電阻(volume resistance)
兩極間直流電壓V除以塑膠試片單位體積通過的電流﹐即為體積電阻﹐單位Ω*cm¡C
C表面電阻(surface resistance)
表面層電流除試片表面兩極間電壓所得的數值﹐即為表南電阻。單位Ω.
(2) 絕緣破壞強度(DIELECTRIC STRENGTH)
大部分的塑膠是電的絕緣體﹐但是在高電位差下圖所示﹐會造成材料熔化或炭化而破壞﹐失去絕緣性﹐此現象稱為絕緣破壞﹐此電壓和為絕緣破壞電壓(BREAK DOWN-VOLTAGE).塑膠的厚度除絕緣破壞電壓即得絕緣破壞強度﹐單位V/MM.
(3) 耐電弧性(arc resistance)
耐電弧性為塑膠材料抵抗高壓電作用的能力﹐塑膠的絕緣性高﹐但是也會因局部放電而劣化﹐例如在繼電器或熔絲的場所易發生電弧。測試方法﹐是將塑膠試片在12500V的電壓下﹐通以10Ma的電流﹐測定電弧破壞試片所須的時間﹐即為耐電弧性﹐單位秒。
(4) 損耗因素(dissipation factor)
塑膠可視為電容器﹐施加交流電壓E﹐在理想的情況下﹐電壓E與電流I的相位差90度﹐不發生電力損失。但實際上﹐相位差θ比90度落后δ角﹐此時tanδ稱為電介質正切﹐造成電力損失W﹐參見圖示。
W=E*Ir=EIcosθ≒KE2f{-tanθ
注﹕E:電壓﹐ f﹕頻率﹐ {-﹕電介質常數﹐ K﹔比例常數
電力損失會生成熱﹐升高塑膠的溫度﹐降低絕緣性促使塑料劣化。
(5) 電介質常數(dielectric constant)
塑膠可視為一種電容器﹐施加直流電壓﹐正負電荷往兩極移動﹐這樣塑膠會儲存能量。塑膠儲存能量除以真空中儲存的能量(沒有塑膠存在的情況)﹐即為電介質常數。。

熱性質
(1) 比熱(specific heat)
物體單位重量升高1。C所須的熱量﹐cal/.。C.g.
(2) 熱傳導糸數(thermal conductivity)
表示塑膠傳導熱量的難易程度﹐

(3) 線熱膨脹糸數
溫度上升一度﹐塑膠在某方向的單位長度變化率﹐單位 塑膠的線膨脹糸數因樹脂﹐充填材﹐混合比率與加工方法等而異。
(4) 軟化點
在荷重—壓力實驗﹐定負荷的棒針施壓試片﹐產生定深度凹痕的試片溫度。
(5) 熱變形溫度
在荷重-----撓曲實驗﹐對定尺寸的試片﹐施以定負荷 ﹐達到定變形量的試片溫度。
(6) 熱轉移點(thermal transition point)
塑膠因溫度改變而產生相變化﹐有玻璃移點(glass transition point)與融點(melting point )

摘抄自<塑膠射出成形模具設計>
徐賢劍於Saturday, November 30, 2002