注塑車燈用塑料產品常見水絲缺陷分析及解決措施

莊麗娟

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213022)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，對汽車燈具提出了越來越高的要求，汽車燈具的質量對行車安全至關重要。燈具不但要符合法規(guī)上的安全性要求，外觀質量要求也越來越高。因塑料具備質量輕、耐腐蝕、導熱低、機械性能好、易于成型等優(yōu)點，目前車燈大部分零部件如殼體、飾圈、反射鏡、燈罩等都是注塑成型。注塑成型是一個非常復雜的多因素耦合作用的動態(tài)加工過程，過程中的每一個因素，如模具結構、材料、設備、工藝參數等都會對產品的質量產生重要影響，可謂牽一發(fā)而動全身。

CAE軟件可在模具加工之前模擬整個注塑成型過程，包括充填、保壓、冷卻、翹曲等，對注塑結構進行預測，可提前分析出產品可能會出現的缺陷并提前優(yōu)化模具結構，提高試模成功率。但是，因影響因素較多，CAE模擬結果難以與真實注塑過程完全一致，在實際注塑生產過程中，仍需要根據實際調試情況，分析產生缺陷的原因并提出相應對策，重新調整工藝參數、甚至修改模具結構以達到產品外觀要求。

在實際生產過程中，產品外觀易出現欠注、水絲、黑點、開裂、色差、縮痕等不良缺陷，其中水絲常為出現，造成產品報廢，嚴重影響合格率。水絲(也稱銀紋或氣紋)是指塑料在充模過程中受到氣體干擾而出現在表面熔料方向上的缺陷。氣體的成分主要包括水汽、空氣、分解氣等。當這些氣體超過一定的限度時，在注射成型后模腔失壓，接近制品表面的氣體就會冒出來，沿料流方向刻蝕成一連串在光照下閃閃爍爍大大小小的泡點，稱之為銀紋或氣紋。在實際注塑過程中氣體的存在是不可避免的，而且有相當一部分還殘留在塑料內部。當模內壓力足夠大，而氣體含量又不超過一定的限度時，氣體以分散的狀態(tài)溶解到塑料里面；但當模內壓力不夠大，而氣體含量又超過一定的限度時，這些氣體便從熔融塑料中紛紛釋放出來，到達制品表面而形成銀紋，困閉在厚的壁體內而成為氣泡[1]。

1 水絲的類別

1.1 由于材料含水量高產生的水絲

注塑成型時，若未烘干的塑料粒子進入料筒，在高溫下，塑料中的“水分”會汽化成氣體混在熔融塑料中。進入模具內含有水汽的塑料與模腔內壁劇烈摩擦，水汽被拉成細長的“絲狀”，如圖1所示。

圖1 由于材料含水量高產生的水絲

這種水絲的特點是：前端成圓形狀。這種水絲從澆口以扇形方式往周圍散射，通常成大片狀，不僅影響外觀，且產品非常脆，無法正常使用[2]。因此在注射成型時，原材料必須經過嚴格的烘干工藝(烘干工藝包括烘干溫度和烘干時間，不同材料的烘干工藝不同，表1列舉了注塑車燈零部件常用原材料的烘干工藝)達到干燥要求，水分降到濕含量的限制以下，且防止使用過程中回潮。

表1 常見材料的干燥工藝

除干燥不充分外，“水分”的來源還有以下幾種：

(1)塑料在大氣中吸潮。每種塑料粒子的吸潮能力不一樣(如PC對水分較敏感)，干燥完的塑料粒子如暴露在空氣中15 min，需重新干燥。在生產過程中，一般采用集中供料系統(tǒng)，若輸送系統(tǒng)(如烘干機下料口、輸送管道)密封不良，或是死角積余料都會導致原料吸潮。

(2)模腔內有水分。因為環(huán)境中空氣濕度大，遇到冷的模具(當模溫低于露點時)而凝聚成水珠，或是因為冷卻水路的泄漏而進入模穴的水分等。這些水分會受熱汽化形成水絲。

1.2 由熱分解產生的水絲

注塑成型是指塑料先在注塑機的料筒中受熱熔融，之后由螺桿(或柱塞)將熔體推擠到模具中成型的一種方法。通常認為，塑料受熱的來源70%來自螺桿的剪切熱，30%來自料筒加熱絲。高分子塑料受熱會過度分解，產生如圖2所示的水絲。

其特征是：一根根很密集。產生該缺陷的原因和相應的解決措施如下：

(1)工藝參數設置不佳，如料溫或模溫設置過高導致材料過熱分解。不同材料物性不同，其模溫機料溫設置也不同。常見車燈用注塑材料的模溫及料溫如表2所示。另外，熔體在炮筒內受到強剪切作用，如背壓過大、射出速度過快、螺桿轉速過快、射出終止位置過大、螺桿選擇錯誤如壓縮比過大等均會產生圖2所示水絲，需根據現場產品的實際情況適當調整工藝。

表2 常見車燈用注塑材料的模具溫度及料溫 ℃

(2)設備升溫異常，如熱流道升溫過高、加熱圈異常等導致塑料加熱過度。如工藝降低模具溫度和料溫后，水絲無改善跡象，可由噴嘴開始，逐段檢查發(fā)熱圈進行檢修，以降低機筒溫度。

(3)炮筒選擇過大造成原料或色母在料管內停留時間太長造成分解。車燈行業(yè)通常要求產品克重占螺桿理論克重的比例為：最佳工作范圍(25%～75%)，可接受的范圍(20%～80%)，不推薦的范圍(<10%或>90%)。

(4)模具內有死角導致原料長時間停留死角造成分解。通常情況有：噴嘴與模具定位圈不匹配，如圖3所示，當R1

圖3 噴嘴與模具定位圈不匹配導致原料停留在死角

(5)澆口或流道尺寸過小導致材料流經該區(qū)域時受到過大的剪切而分解。在模具設計時，冷流道尺寸應遵循表3要求。

表3 冷流道尺寸設計要求 mm

澆口尺寸標準為

(1)

h=nt

(2)

式中：h為澆口厚度；t為產品壁厚；W為澆口寬度；A為型腔表面積；n為材料常數(常見車燈用材料PC、PMMA、PBT為0.8；ABS為0.75；PP為0.7)。

1.3 由于固化的樹脂流入產生水絲

因冷卻固化的塑料流入產品內，會形成如圖4所示的水絲缺陷，其主要特征在于該水絲的根部有“核”。

形成原因及相應的解決措施主要有：

(1)因模溫或料溫較低，或是剪切塑化能力較差使得材料未完全融化并充入型腔?？煽紤]根據表2調整模溫和料溫。

圖4 由于固化的樹脂流入產生的銀光絲

(2)熱流道模具隔熱層過厚導致每模射出時，熔融塑料將隔熱層冷料帶入模具，形成該類帶“核”水絲(見圖5)；在設計熱流道時，按經驗值，隔熱層厚度需設計成(3±0.8) mm。另外還需優(yōu)化模具設計，消除其他死角。在冷流道模具上增設冷料井可較好地消除該類缺陷。

圖5 由于隔熱層過厚產生的帶“核”水絲

(3)因保壓時間過長，在保壓壓力過大的情況下將流道、澆口上的冷料繼續(xù)擠進制品所致。出現該情況需調節(jié)保壓時間和保壓壓力，避免過度保壓。

1.4 由空氣卷入產生的水絲

因空氣卷入原料會在產品上形成如圖6所示的水絲缺陷，其特征在于發(fā)出一根根的銀光絲，且位置固定。

圖6 由空氣卷入產生的水絲

在成型車燈用塑料件時，通?？諝饩砣氲脑蚣敖鉀Q措施有：

(1)塑化時，背壓設置太低，螺桿內原料中的空氣未能及時排除而進入型腔。成型車燈常用塑料件，一般儲料背壓設置為0.5～2.5 MPa。常見材料背壓設置如表4所示。

表4 常見材料背壓設置 MPa

(2)射退位置過大，會導致空氣進入熔融原料中，并進入型腔形成水絲。在注塑成型時，保證澆口不流涎，調節(jié)射退量，是解決這類水絲較為簡單有效的方法。

(3)料流在模腔內流動時，因某些拐角結構或是很深的加強筋和凸臺，阻礙了料將空氣自然排出，使空氣困于熔融材料中，形成這類水絲。解決方案如圖7所示改變產品結構，還可改變澆口位置，從而改變料流方向，或是在如模具無法更改的情況下，降低流過這些結構的料流速度(位置通過短射件確定)。

圖7 解決方案

(4)料流在模腔內流動時，因壁厚變化過大，阻礙了料的自然流動，使料發(fā)生翻滾將空氣卷入熔融原料中，形成這類水絲。為滿足車燈造型和功能，有些車燈零部件(如燈罩、飾圈、反射鏡等)會設計成如圖8所示的花紋。若花紋深度較深，會使熔融塑料在流過花紋時翻滾而產生不規(guī)則線狀痕跡；若花紋只是外觀要求，可優(yōu)化花紋高度，通常高度不超過0.3 mm不會出現此缺陷；在花紋結構無法更改的情況時(如反射器需滿足配光要求)，可將壁厚減薄，避免氣穴隨料流沖到產品外觀面上，如圖9所示；還可將澆口位置盡量選擇使料流方向順著花紋，避免原料產生翻滾；此外，在外觀允許的情況下可增加鑲件排氣；工藝上可通過低料速通過該區(qū)域進行優(yōu)化。

圖8 “花紋”結構

圖9 反射器更改方法

(5)排氣不良。由于設計上的缺陷，如澆口位置或數量不合理、模具設計或加工不合理，壁厚不均或因模內冷卻系統(tǒng)不合理使模溫差別大等，造成熔料在模穴內流動不連續(xù)，堵塞了空氣逸出的通道，產品沿邊緣先成型，因氣體不能排出而形成水絲。這類水絲的主要特征是伴隨著較明顯的熔接痕，并且水絲往往出現在熔接痕附近，而其他部分沒有。模具分型面缺乏必要的排氣孔道或排氣孔道不足、堵塞、位置不好，又沒有嵌件、頂針之類加工縫隙排氣，使流道和型腔中的空氣不能在塑料進入的同時離去。注射時低速通過射紋區(qū)域或有氣紋的區(qū)域。

針對排氣不良產生水絲可從以下幾方面進行優(yōu)化：

①等高塊要比分型面高5絲；

②在充填末端要開排氣槽，排氣槽深度參照廠商建議；大燈類及后燈類大產品每隔25 mm需加工一條排氣槽，排氣槽必須為采用機加工確保精度，以免竄料；一般PBT和BMC產品(流動性好，易產生飛邊)不開排氣槽，但需在距產品分型線20 mm以上的位置預留排氣；

③困氣嚴重處需使用鑲件或頂針頂塊加強排氣；

④根據實際情況調整注射速度。

2 結束語

注塑成型受人、機、料、方法、環(huán)境等眾多因素影響，在消除常見缺陷時，要找到解決問題的關鍵性因素。在工藝調試時，應當遵循控制變量法，每次只改變一個參數，并待工藝穩(wěn)定后多觀察幾次進行分析，如若不然，無法準確判斷問題產生的根本原因。另外，工藝調試的方法并不是機械的，通常是多面。如文中所述，解決產品水絲問題就有多個可能的解決途徑，這需要工程技術人員根據現場實際情況，對原因進行全面分析，找到關鍵性要素并進行調節(jié)，才能真正解決問題。此外，還應注意解決方案中的辯證關系，比如文中所述，在解決水絲缺陷時，有時要提高溫度，有時要降低溫度，有時要放慢注射速度，有時提高注射速度也能解決問題；無不例外，出現了縮痕缺陷時，有時要提高物溫，有時反而要降低溫度。因此不能機械地套用參考書中給出的調整措施與方案，而應該綜合考慮原料、設備、模具、工藝，再結合生產成本和操作的難易程度，按照由易到難、由省到奢的原則找到一個切實有效的解決方案。