本集將探討第4個射出不良原因分析:「表面縮水與真空泡」。
塑膠產品是塑膠分子鏈的合成體,在冷卻收縮的過程中,會因為皮膚層與芯層的收縮差異,造成表面縮水與真空泡這兩種不同的現象。
我們在之前的文章《塑膠產品設計-超入門》中曾提過,塑膠材料的收縮率與肉厚設計的問題,在此將針對肉厚設計所衍生的表面縮水與真空泡做進一步的說明。
塑料在充填成品後,會因為溫度降低而開始產生收縮,在此要先建立的觀念是,「皮膚層」與「芯層」的收縮程度是不一樣的,收縮結束的時間也不一樣,主要的原因來自於溫度上的差異。
以一個立方體來說,初期的皮膚層會因為直接接觸模具的表面,所以會最先被冷卻,待充填結束後,已經沒有流動造成的剪切熱,所以芯層也開始出現明顯的冷卻收縮。但由於收縮的時間與程度不同,會造成皮膚層與芯層之間互相拉扯。
如果是芯層的拉力大於皮膚層,則表面就會產生「縮水現象」。反之,如果是皮膚層的拉力大於芯層,則內部就會產生「真空泡」。
一般來說,會產生表面縮水或真空泡這兩種不同的結果,主要的原因是來自於模具溫度的高低。當模溫愈低,則皮膚層的溫度也會較低,此時皮膚層的固化速度也會比較快。一旦皮膚層完全固化後,芯層就會只能往皮膚層的方向收縮,此時芯層的中心就會容易產生「真空泡」。
反之,如果模具的溫度較高,則皮膚層的完全固化時間就會比較慢,此時內部會因為肉厚較大,所以收縮的程度也比較大,因此,芯層的拉力會比皮膚層大,進而導致表面縮水的現象。
在了解「表面縮水與真空泡」的形成原因後,我們再來探討產品設計,就會更容易理解了。當產品的肉厚發生明顯差異時,該位置的皮膚層與芯層就會出現收縮拉扯,最典型的發生位置就是出現在「補強肋」與「螺絲孔柱」(也就是Boss柱)的地方。就如同我們在之前的文章《塑膠產品設計-超入門》中所提到的,造成表面縮水的主因,主要是來自於「成品肉厚」與「補強肋肉厚」的收縮差異。由於「補強肋」的收縮方向大多垂直於成品肉厚的收縮方向,因此,如果垂直的收縮量大於水平的肉厚收縮,就會造成在成品外觀上出現輕微的縮水痕跡。
此外,不只是「補強肋」會導致成品外觀縮水,如果產品的外觀面有明顯的肉厚變化,也會產生類似「補強肋」的縮水問題。因此,在產品設計上,肉厚均勻是非常重要的一環,如果真的必須在形狀或結構上有明顯變化,則建議採用梯形緩慢增加肉厚,或者是做局部的偷肉設計。
另外,除了在產品設計上需要注意之外,在模具的流道設計上,也需要特別留意進澆口的位置與大小。在澆口位置的選擇上,盡量不要離最厚的肉厚太遠,因為離澆口愈遠時,充填的阻力就會愈大,充填的可流動時間就會愈短,將不容易有良好的保壓效果。
在澆口大小的選擇上,如果有需要長時間保壓的厚件產品,則澆口能大就不要小。舉例來說,如果澆口的大小只有0.5mm2,整個充填的時間大約只有5秒,澆口就凝固封閉了,此時就算提高壓力或時間,也無法有明顯的改善。如果能將澆口放大為3.0mm2,則充填時間可能增加為10秒,此時才能完全發揮保壓的效果。
在射出成型的條件上,除了調整模具溫度外,在保壓階段也需要明確了解,各段保壓的作用與目的。以下圖為例,由於流動芯層的固化是由遠而近的,所以保壓的第一段,是為了推擠成品末端的塑料,而澆口處是保壓的最後一段,這也是為什麼,離澆口近的地方較不容易出現縮水痕。
總結來說,產生「表面縮水與真空泡」,與產品的設計有直接的關係。在模具上,澆口的大小與位置會影響保壓的效果。在成型參數上,則需要留意澆口的凝固時間與各段的保壓設定。
以上就是「表面縮水與真空泡」的不良原因分析與改善建議,希望對各位有幫助。有任何問題歡迎至影片下方留言!
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