解決熱流道系統(tǒng)中的物料焦燒問題

文/Synventive Molding Solutions公司 Bill Rousseau

解決熱流道系統(tǒng)中的物料焦燒問題

文/Synventive Molding Solutions公司 Bill Rousseau

熱流道為塑料的成型帶來了很多好處，但同時(shí)也提高了模具的復(fù)雜性，延長了熔體的滯留時(shí)間，這可能會(huì)導(dǎo)致物料在熱流道系統(tǒng)中焦燒。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，焦燒問題經(jīng)常被錯(cuò)誤診斷而浪費(fèi)了很多的時(shí)間，如果能預(yù)先花費(fèi)一些額外的時(shí)間來了解這些問題產(chǎn)生的原因，可能會(huì)更快地找到解決方案。

熱流道系統(tǒng)提供了諸多好處：它們能通過避免物料的浪費(fèi)和改善周期時(shí)間，為成型商節(jié)省成本；還能根據(jù)部件設(shè)計(jì)人員的要求將澆口放在正確充模所需要的任何位置；甚至允許成型人員獨(dú)立地開啟和關(guān)閉閥門，以獲得最佳的型腔填充和熔合線定位。但是伴隨著這些好處，模具的復(fù)雜性也隨之提高，并延長了熔融塑料的滯留時(shí)間，這可能會(huì)導(dǎo)致物料在熱流道系統(tǒng)中焦燒。

焦燒的根本原因被錯(cuò)誤診斷是很常見的，這使成型人員在尋找解決方案上浪費(fèi)了過多的時(shí)間，如果預(yù)先花一點(diǎn)額外的時(shí)間來了解這些問題，可能會(huì)更快地獲得一個(gè)解決方法。熱流道系統(tǒng)中的物料降解通常是由于熱歷史、過熱點(diǎn)、滯留點(diǎn)和排氣或這4個(gè)方面組合而引起的。

過度的熱歷史

在診斷一個(gè)焦燒問題時(shí)，必須考慮物料完整的熱歷史。許多聚合物都對(duì)時(shí)間/溫度敏感，這意味著它們只能在一段有限的時(shí)間內(nèi)承受高溫，溫度越高，則在降解開始之前能經(jīng)受的時(shí)間就越短。需要注意的一點(diǎn)是，即使較低的溫度也會(huì)增加物料的熱歷史，促使其將來的降解。

一個(gè)常見的錯(cuò)誤假設(shè)是，如果物料在被清理出注塑機(jī)噴嘴時(shí)看上去沒有焦燒，那么問題肯定出在熱流道系統(tǒng)中。在清機(jī)過程中沒有焦燒的物料并不意味著這些物料沒有遭受較大范圍的熱歷史。許多物料不會(huì)顯示出明顯的降解跡象，直到它們達(dá)到臨界點(diǎn)，此時(shí)物料開始出現(xiàn)焦燒。因?yàn)槿廴诘奈锪献詈罅鬟^熱流道系統(tǒng)，所以在熱流道中的停留時(shí)間往往只是“壓垮駱駝的最后一根稻草”，但是這會(huì)讓人們誤以為它是焦燒的根源。

甚至物料的干燥也會(huì)增加樹脂的熱歷史。過度的干燥通常不會(huì)在粒料上顯示任何可見的負(fù)面影響，但它確實(shí)增加了聚合物的熱歷史，并且會(huì)使物料更容易在加工過程的后期焦燒。

另一個(gè)常見的錯(cuò)誤假設(shè)是，如果焦燒存在于某些熱流道噴嘴流出的物料中，那么這些噴嘴一定有問題。哪個(gè)噴嘴正在喂入焦燒的物料是有價(jià)值的信息，它可以幫助確定問題的根源所在，但也可能產(chǎn)生誤導(dǎo)。

設(shè)備噴嘴尖梢孔比入口孔小會(huì)在入口孔壁上形成一個(gè)物料滯留的區(qū)域（左）；設(shè)備噴嘴尖梢孔與入口孔一樣大小，在入口孔壁上沒有任何的滯留物料（右）

聚合物通常以層流的方式通過熱流道系統(tǒng)。層流是指物料以平行層流動(dòng)，因此，在熔體層之間沒有混合。簡單來講就是壁上的物料將留在靠近壁的一層，流動(dòng)中心的物料將留在中心一層。物料通過帶有多個(gè)分裂和旋轉(zhuǎn)的熱流道時(shí)情況可能會(huì)更復(fù)雜些，但它們將始終采用相同的路徑通過熱流道。由于層流的關(guān)系，源于上游的焦燒（如在機(jī)器噴嘴中）將始終沿著相同的路徑通過熱流道，并且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在從噴嘴流出的物料中。

過熱點(diǎn)

在熱流道系統(tǒng)中，發(fā)生焦燒的一個(gè)明顯原因是熱流道的某些區(qū)域的鋼溫度超過了設(shè)定值。熱流道區(qū)域超過溫度控制設(shè)定值是一個(gè)不容忽視的潛在問題，而且需要特別注意的是，即便溫度控制器顯示所有區(qū)域都處于設(shè)定值也并不意味著事實(shí)如此。能確定控制器報(bào)告值是否準(zhǔn)確的唯一方法是，當(dāng)系統(tǒng)處于設(shè)定值時(shí)，拆下頂部夾板并用高溫計(jì)檢查熱流道的鋼溫度。

如果在一個(gè)特定的熱流道噴嘴中存在溫度問題，且它正在對(duì)出現(xiàn)焦燒的部件區(qū)域進(jìn)行喂料，那么減少傳遞到可疑噴嘴上的熱量能使此問題得到快速解決。降低正在對(duì)存在焦燒的區(qū)域進(jìn)行喂料的噴嘴溫度是符合邏輯的，但通常這只是一個(gè)臨時(shí)的解決方案。如果焦燒問題源于上游，并且因?yàn)閷恿鞫刂骺妆趥鬟f到了某個(gè)噴嘴，那么冷卻此噴嘴雖然能將已經(jīng)焦燒的物料限制住，并暫時(shí)將其從部件中消除，但根本問題還是沒有解決，焦燒最終還是會(huì)回到部件中。

左：在室溫下，滑動(dòng)噴嘴的流孔沒有與集料管的流孔對(duì)準(zhǔn)，這種設(shè)計(jì)建立在假定的通過集料管熱膨脹量來推動(dòng)流孔達(dá)到完美對(duì)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上。這種方式嚴(yán)重依賴于工作溫度和熱流道與模具的加工公差。右：在室溫下，螺紋噴嘴的流孔與集料管內(nèi)的流孔完全對(duì)準(zhǔn)。這些噴嘴被設(shè)計(jì)成彎曲結(jié)構(gòu)，當(dāng)集料管增大時(shí)保持孔在任何溫度下的對(duì)準(zhǔn)。正確的對(duì)準(zhǔn)不受溫度或機(jī)械加工公差的影響

滯留點(diǎn)

滯留點(diǎn)是熱流道中的幾個(gè)點(diǎn)，物料在這些點(diǎn)被困，而沒有流過。這會(huì)導(dǎo)致少量的物料經(jīng)歷一個(gè)極端的熱歷史甚至是降解，并在每次注射時(shí)慢慢地滲入到移動(dòng)物料流中。高質(zhì)量熱流道的供應(yīng)商在系統(tǒng)制造和檢驗(yàn)過程中，對(duì)潛在的滯留點(diǎn)給予了極大的關(guān)注，但是即便是在一個(gè)完美的熱流道系統(tǒng)中，也會(huì)有幾個(gè)常見的滯留點(diǎn)。

其中最常見的滯留點(diǎn)是在設(shè)備噴嘴和熱流道入口之間的接口上。入口的尺寸通常比入口流孔更小，這是為了在熱流道加熱和設(shè)備噴嘴被拉離入口時(shí)減少入口處的滴料量。成型人員應(yīng)確定設(shè)備噴嘴的尺寸與熱流道入口尺寸相匹配，但此項(xiàng)工作經(jīng)常未被實(shí)施，要么被忽略，要么誤解了孔之間應(yīng)該是怎樣的關(guān)系。

當(dāng)使用冷流道成型時(shí)，設(shè)備噴嘴孔應(yīng)略小于冷注道襯套的孔，以確保在模具打開時(shí)冷卻在接口噴嘴面上的物料不會(huì)夾持模具中的注道。在這個(gè)接口處的物料在每個(gè)周期中都會(huì)被冷流道頂出，所以滯留點(diǎn)不是值得困擾的問題。

但采用熱流道時(shí)沒有理由使機(jī)器噴嘴孔的尺寸過小，為消除潛在的滯留點(diǎn)，線性的匹配才是比較理想的。同樣重要的是，機(jī)筒和設(shè)備噴嘴完美地與入口對(duì)準(zhǔn)。

另一個(gè)常見的滯留點(diǎn)是在熱流道噴嘴與集料管的接口處。按照與集料管的配合方式，熱流道噴嘴分為滑動(dòng)和螺紋兩類?；瑒?dòng)噴嘴沒有與熱流道集料管發(fā)生物理連接，它們是先被安裝在模具上，然后再將集料管放在其頂部，并用螺栓或僅由墊在頂部壓板上的墊塊固定。在室溫下，噴嘴內(nèi)的流孔不與集料管內(nèi)的流孔對(duì)準(zhǔn)。集料管設(shè)計(jì)較小，以便于當(dāng)它加熱和熱膨脹時(shí)，集料管和噴嘴中的孔能完美對(duì)準(zhǔn)。

孔的對(duì)準(zhǔn)取決于熱流道系統(tǒng)和模具的制造公差以及集料管的操作溫度。在絕大多數(shù)情況下可以預(yù)計(jì)的是，如果在操作溫度下，噴嘴的接口處產(chǎn)生了一個(gè)小的滯流點(diǎn)，噴嘴和集料管的小孔應(yīng)該沒有完全對(duì)準(zhǔn)。

螺紋噴嘴是通過螺紋旋進(jìn)集料管本體。作為一個(gè)組件，它們的孔與集料管孔對(duì)準(zhǔn)。在室溫下，這款完整的組件被滑入模具中。由于集料管膨脹，所以噴嘴被設(shè)計(jì)成彎曲的結(jié)構(gòu)并保持了孔的完美對(duì)準(zhǔn)。采用這種類型的系統(tǒng)，可以排除在噴嘴/集料管接口處由于尺寸公差累積或操作溫度上的變化而造成滯留點(diǎn)的可能。

這種焦燒看上去可能是來自于熱流道噴嘴，但實(shí)際上它是不適當(dāng)?shù)拈y針順序造成夾氣的結(jié)果

冷流道排氣

熱流道系統(tǒng)最重要的優(yōu)點(diǎn)之一是安排澆口順序的能力。大型復(fù)雜的多澆口部件經(jīng)常采用熱流道系統(tǒng)，使?jié)部诳梢员豁樞虬才?，均勻地填充型腔，并消除或控制熔合線的位置。在這些部件上，熱流道經(jīng)常將澆口開在冷注道或短冷流道中。

當(dāng)調(diào)整閥式澆口順序以優(yōu)化部件時(shí)，很容易在延遲的熱流道澆口處夾氣，而且排氣很困難。其結(jié)果是焦燒好像是源于熱流道澆口，但實(shí)際上是源于熱流道噴嘴處的夾氣。在處理按順序充模部件上熱流道澆口處的焦燒時(shí)，有一個(gè)簡單有效的測試，即在同一時(shí)間打開所有的澆口注射一次，看看焦燒是否消失。如果焦燒立即消失，那么可以肯定它是一個(gè)排氣問題，然后可以通過重點(diǎn)調(diào)整順序來解決，而不是將焦燒歸因于熱流道。

排除設(shè)備中的故障

當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題而模具尚在設(shè)備中時(shí)，應(yīng)在拆卸模具之前進(jìn)行一些基本的故障排除。不這樣做會(huì)失去快速收集關(guān)鍵信息的重要機(jī)會(huì)，這些信息將有助于更加妥善地排除故障。

如前所述，熱流道模具中的焦燒非常容易產(chǎn)生誤導(dǎo)。即使你認(rèn)為自己已知道問題的根源，但進(jìn)行一些快速的過程實(shí)驗(yàn)來確定哪個(gè)成型參數(shù)影響此問題是可取的。即使會(huì)使問題變得更糟，但仍會(huì)產(chǎn)生有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

第一步應(yīng)該檢查清機(jī)的溫度。此時(shí)不要假定熔體是處于機(jī)筒的溫度下。螺桿轉(zhuǎn)速和背壓會(huì)對(duì)實(shí)際的熔體溫度有巨大的影響。降低它們往往是冷卻熔體的最快方法，同時(shí)也要觀察降溫是否能改善焦燒問題。

當(dāng)熔體流經(jīng)熱流道系統(tǒng)時(shí)，它還會(huì)從剪切中獲取大量的熱。放慢充模來看看它是否對(duì)這個(gè)問題有所影響。即使在較長的充模時(shí)間內(nèi)無法成型出一個(gè)合格的部件，但了解充模速度的影響是十分有價(jià)值的，它可以幫助你獲得最終的解決方案。