DR在聚醚醚酮注射制品缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

趙付寶，王從科，張友強(qiáng)，凡麗梅，董方旭

（山東非金屬材料研究所，濟(jì)南 250031）

DR在聚醚醚酮注射制品缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

趙付寶，王從科，張友強(qiáng)，凡麗梅，董方旭

（山東非金屬材料研究所，濟(jì)南 250031）

介紹了X射線數(shù)字成像檢測(cè)（DR）技術(shù)及其特點(diǎn)，對(duì)熱塑性工程塑料聚醚醚酮（PEEK）注射成型制品進(jìn)行了DR檢測(cè)，給出了PEEK注射制品內(nèi)部典型缺陷氣泡和夾雜的DR圖像特征，并采用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)（CT）對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。研究表明，DR技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確、清晰地檢測(cè)出PEEK注射制品內(nèi)部缺陷；分析產(chǎn)生缺陷的原因，結(jié)合實(shí)際情況提出了避免缺陷產(chǎn)生的改進(jìn)措施。

熱塑性工程塑料；聚醚醚酮；注射成型；DR技術(shù)；CT技術(shù)

塑料是以單體為原料通過(guò)加聚或縮聚反應(yīng)聚合而成的高分子化合物，具有密度小、化學(xué)穩(wěn)定性好、絕緣性好、易被加工成不同形狀、成本低等特點(diǎn)，可代替金屬、陶瓷等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料制造各種結(jié)構(gòu)件及功能部件。塑料已成為各行各業(yè)不可或缺的重要材料之一，被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域［1-2］。根據(jù)各種塑料不同的加工成型方法，可以分為模壓成型、注射成型、壓縮成型、擠出成型、發(fā)泡成型等。在各種成型方法中，注射成型是塑料制品生產(chǎn)中最常用的方法之一，到目前為止，除了氟塑料外，熱塑性工程塑料的主要成型方法是注射成型［3-4］。

在注射成型過(guò)程中，由于原材料、成型模具、注塑機(jī)、注射環(huán)境等多種因素的影響，注射制品的內(nèi)部及外觀質(zhì)量往往存在一定的缺陷，這是困擾人們的主要問(wèn)題之一［5］。缺陷的存在嚴(yán)重影響了塑料制品的性能，大大降低了注射產(chǎn)品的效果及使用壽命。因此注射缺陷的控制是目前塑料制品成型領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。在各種缺陷中，主要包括飛邊、熔接痕、欠注、變形等外觀表面缺陷和氣泡、夾雜等內(nèi)部缺陷［6］。對(duì)于外觀表面缺陷，可以通過(guò)目視檢查對(duì)注射制品進(jìn)行篩選。對(duì)于注射制品的內(nèi)部缺陷，一般采用抽樣檢驗(yàn)，按同一批次的注射制品隨機(jī)抽取一定比例進(jìn)行破壞剖切，觀察斷面有無(wú)缺陷，若無(wú)缺陷，則認(rèn)為這批產(chǎn)品合格，反之則不合格，這種方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，存在以偏概全問(wèn)題，而且無(wú)法全面準(zhǔn)確判定產(chǎn)品是否含有缺陷［7-8］。所以采用一種無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)塑料注射制品進(jìn)行缺陷檢測(cè)是十分有必要的。

目前常用的無(wú)損檢測(cè)方法有射線照相檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、渦流檢測(cè)等。受檢測(cè)原理及檢測(cè)條件的影響，每種檢測(cè)方法具有各自的特點(diǎn)。通常需要結(jié)合被檢測(cè)材料的自身特性，采用相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)方法，才能對(duì)其進(jìn)行較全面的無(wú)損評(píng)價(jià)［9-10］。筆者利用X射線數(shù)字成像技術(shù)（DR）對(duì)熱塑性工程塑料聚醚醚酮（PEEK）注射制品內(nèi)部?jī)煞N典型缺陷氣泡和夾雜進(jìn)行了檢測(cè)，并采用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。DR技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的缺陷，對(duì)分析缺陷產(chǎn)生的原因，改進(jìn)成型工藝具有重要意義。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1原材料

PEEK：450 g，英國(guó)威格斯公司；

PEEK注射制品：橫截面為圓環(huán)形，自制。

1.2儀器及設(shè)備

烘箱：101A-1型，南通三思機(jī)電科技有限公司；

高溫注塑機(jī)：KM 2500型，克勞斯瑪菲塑料機(jī)械（上海）有限公司；

工業(yè)CT系統(tǒng)：德國(guó)依科視朗國(guó)際射線有限公司；

探測(cè)器：Paxscan2520型，美國(guó)Varian公司。

1.3DR技術(shù)

（1） DR成像原理。

DR成像系統(tǒng)主要由射線源、機(jī)械控制系統(tǒng)、探測(cè)器系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　DR成像系統(tǒng)

DR成像原理：X射線機(jī)產(chǎn)生的射線透照物體時(shí)，射線強(qiáng)度將發(fā)生不同程度的衰減，使得物體不同部位透照射線強(qiáng)度不同，探測(cè)器接收衰減后的射線強(qiáng)度信息并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再把電信號(hào)進(jìn)行A /D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)，從而得到物體的二維投影平面圖像，就可以判斷物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和缺陷［11-12］。

（2） DR技術(shù)特點(diǎn)。

DR技術(shù)屬于X射線檢測(cè)范疇，與傳統(tǒng)射線檢測(cè)相比，它具有自身的特點(diǎn)。①DR技術(shù)成像速度快、檢測(cè)效率高；②檢測(cè)靈敏度高，圖像分辨率高，圖像質(zhì)量高；③DR技術(shù)X射線光子轉(zhuǎn)換效率高，射線輻射劑量小；④由于是數(shù)字化圖像，在顯示、存儲(chǔ)和傳輸方面的優(yōu)點(diǎn)突出，更為重要的是可以進(jìn)行對(duì)比度調(diào)整、改善圖像細(xì)節(jié)等各種圖像后處理。但是，DR技術(shù)最大的缺點(diǎn)是設(shè)備較昂貴，設(shè)備維護(hù)管理要求高［13-14］。

（3）檢測(cè)。

檢測(cè)設(shè)備為工業(yè)CT系統(tǒng)，射線管最大電壓為225 kV，最大電流7.1 mA，焦點(diǎn)尺寸（0.25～0.8）mm可調(diào)。探測(cè)器像素矩陣為1 920×1 536，像素單元尺寸為0.127 mm，極限分辨率為3.94 lp/mm。

2　結(jié)果與討論

2.1氣泡圖像特征及成因

PEEK注射制品氣孔缺陷的DR檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。其CT圖如圖3所示。經(jīng)過(guò)氣泡缺陷的密度變化曲線如圖4所示。

圖2　氣泡缺陷DR圖

圖3　氣泡缺陷CT圖

圖4　經(jīng)過(guò)缺陷的密度變化曲線

由圖2可看出，氣泡缺陷的DR圖像呈現(xiàn)一定尺寸的圓形或橢圓形白點(diǎn)，這是因?yàn)闅馀萏帥](méi)有充滿原材料，在進(jìn)行X射線DR檢測(cè)時(shí)，X射線在氣泡處被衰減的少，透照過(guò)氣泡的X射線強(qiáng)度要比其它部位強(qiáng)度大，使得DR圖像中氣泡處的灰度值比其它部位灰度值高。圖3中氣泡缺陷的CT圖像灰度特征呈黑色。由圖4可知，氣泡缺陷處相對(duì)密度值接近于0，這說(shuō)明氣泡缺陷處的密度要明顯小于制品其它部位的密度。氣泡一般具有光滑表面，呈單個(gè)或成群分布［15］。

氣泡是熱塑性工程塑料注射過(guò)程中產(chǎn)生的最主要缺陷，氣泡的存在容易引起產(chǎn)品內(nèi)部應(yīng)力集中，使制品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能大大降低。產(chǎn)生氣泡的主要原因有：（1）塑料原材料干燥不充分，含有水分或揮發(fā)物質(zhì)；（2）注射過(guò)程中，注塑壓力太小，注射速度太快；（3）注射成型過(guò)程中，充模溫度過(guò)低，造成模具型腔填充不完全；（4）注射時(shí)間偏短；（5）在加料過(guò)程中，從加料端將空氣帶人；（6）模具設(shè)計(jì)不合理，模具的排氣不順暢。

根據(jù)氣泡產(chǎn)生的原因，可以從以下幾個(gè)方面考慮解決措施：（1）充分進(jìn)行原材料的預(yù)干燥；（2）注射過(guò)程中降低注射速度，提高注塑壓力，提高沖模溫度；（3）在注射過(guò)程中，增加注射時(shí)間，使其比澆口封合時(shí)間略長(zhǎng)；（4）設(shè)計(jì)合理的模具等。

2.2夾雜圖像特征及成因

PEEK注射制品的夾雜缺陷的DR檢測(cè)結(jié)果如圖5所示，其CT圖如圖6所示，經(jīng)過(guò)夾雜缺陷的密度變化曲線如圖7所示。

由圖7可知，夾雜處的相對(duì)密度是一個(gè)峰值，說(shuō)明該夾雜密度比制品自身材料密度大得多，其CT圖像中雜質(zhì)的灰度特征為白色亮點(diǎn)，見(jiàn)圖6。圖5中灰度特征的黑色部位即為夾雜缺陷，這是因?yàn)閵A雜的密度大于PEEK的密度，在進(jìn)行X射線DR檢測(cè)時(shí)，X射線穿過(guò)夾雜時(shí)被衰減的多，使得透照過(guò)夾雜的X射線強(qiáng)度要比其它部位的射線強(qiáng)度小。夾雜的形狀多為點(diǎn)狀、塊狀或長(zhǎng)條形。

圖5　夾雜缺陷DR圖

圖6　夾雜缺陷CT圖

圖7　經(jīng)過(guò)缺陷的密度變化曲線

熱塑性工程塑料制品注射成型過(guò)程中夾雜產(chǎn)生的主要原因是：（1）原材料本身含有雜質(zhì)；（2）注射加工成型過(guò)程中帶人模具內(nèi)的脫落物；（3）注射成型中料筒內(nèi)部清理得不徹底，混人了其它材料；（4）注射成型過(guò)程中不小心帶人的雜質(zhì)等。

夾雜缺陷可以使熱塑性工程塑料注射制品的剪切強(qiáng)度、拉伸彈性模量、剪切模量和拉伸強(qiáng)度等性能大大降低，對(duì)產(chǎn)品性能影響較大，在注射加工過(guò)程中應(yīng)對(duì)原材料及生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行有效的控制，從而避免缺陷的產(chǎn)生。

3　結(jié)論

利用DR技術(shù)對(duì)熱塑性工程塑料PEEK注射成型制品內(nèi)部?jī)煞N典型缺陷氣泡和夾雜進(jìn)行了檢測(cè)，給出了缺陷的DR圖像特征，并采用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)（CT）對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證；分析了塑料注射制品產(chǎn)生缺陷的原因，并結(jié)合實(shí)際情況提出了避免缺陷產(chǎn)生的措施。結(jié)果表明，X射線數(shù)字成像能夠準(zhǔn)確、快速、有效地檢測(cè)出PEEK制品的內(nèi)部缺陷；檢測(cè)結(jié)果直觀、易于分析和保存，是塑料注射制品的內(nèi)部缺陷檢測(cè)的理想無(wú)損檢測(cè)方法，這對(duì)改進(jìn)塑料注射成型工藝，提高塑料注射制品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，滿足不同需求有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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杜邦擬在深圳投建規(guī)模最大的復(fù)合工程塑料廠

杜邦公司近日正式宣布，將于廣東省深圳市光明新區(qū)投資建設(shè)旗下規(guī)模最大的復(fù)合工程塑料廠以提高產(chǎn)能。工廠將生產(chǎn)包括Zytel?PA聚酰胺尼龍、Crastin?PBT樹(shù)脂、Delrin?均聚甲醛樹(shù)脂、拜牢?（Bynel?）粘合性樹(shù)脂以及凡事邦（Fusabond?）樹(shù)脂在內(nèi)的一系列產(chǎn)品。主要面向我國(guó)和亞太地區(qū)的汽車、工業(yè)和包裝業(yè)市場(chǎng)。

新廠在生產(chǎn)上注重技術(shù)創(chuàng)新，在質(zhì)量上突出精益求精，“產(chǎn)能提高，品質(zhì)如一”。其中，尤為引人矚目的是——在產(chǎn)品研發(fā)方面，杜邦正與多家擠壓設(shè)備生產(chǎn)商開(kāi)展密切合作，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，對(duì)不同系列產(chǎn)品之間的過(guò)渡環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，由此縮短交貨周期，提高企業(yè)靈活性以應(yīng)對(duì)客戶日益多變的需求。

（工程塑料網(wǎng)）

Application of Digital Radiography on Testing Defects in Polyetheretherketone Injection Products

Zhao Fubao， Wang Congke， Zhang Youqiang， Fan Limei， Dong Fangxu
（Shandong Nonmetal Material Research Institute， Jinan 250031， China）

s：The technology of X-ray digital radiography（DR） and its characteristics were introduced. The injection molding productions of engineering thermoplastic polyetheretherketone （PEEK） were tested using DR. The result shows DR images features which typical defects bubble and inclusion in the injection products of PEEK. The computed tomography （CT） was used to confirm the results. DR is able to rapidly，accuracy and clearly detect the internal defects of injection products of PEEK. The reasons caused defects are analyzed. Combining with the actual situation，the improvement measures were proposed to avoid the defects. The application has guidance significance for improving the production technology.

engineering thermoplastic； polyetheretherketone； injection molding； technology of digital radiography；computed tomography

TG115.28

A

1001-3539（2016）10-0112-04

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.10.024

聯(lián)系人：趙付寶，碩士研究生，工程師，主要從事無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用及技術(shù)研究

2016-07-15