在塑料注塑加工领域,TPE(热塑性弹性体)凭借其兼具橡胶的高弹性与塑料的易加工性、良好的触感、耐候性以及可回收利用等诸多优势,广泛应用于汽车配件、电子电器外壳、医疗器械、玩具及日常消费品等行业。在实际注塑生产过程中,TPE塑料制品表面或内部出现气泡的问题却时常困扰着生产人员。这些气泡不仅影响产品的外观质量,降低产品的美观度,还可能对产品的物理性能,如强度、密封性、尺寸稳定性等造成严重损害,进而影响产品的使用性能和寿命。TPE塑料注塑过程中为何会产生气泡?又该如何有效解决这一问题呢?我们将深入剖析其中的奥秘。
原料因素导致的气泡问题
原料含水率过高
TPE原料在生产、运输和储存过程中,极易吸收空气中的水分。当原料含水率超出一定范围时,在注塑加工的高温环境下,水分会迅速汽化形成水蒸气。由于注塑过程中熔体流动速度较快,水蒸气来不及从熔体中逸出,便会被包裹在制品内部形成气泡。一些未进行干燥处理或干燥不充分的TPE原料,在注塑成型后,制品表面可能会出现明显的银丝状气泡,这些气泡不仅破坏了制品的外观,还会使制品在该部位产生应力集中,降低其强度。
不同牌号的TPE原料对水分的敏感程度有所差异,但原料含水率应控制在0.1%以下。为了确保原料含水率符合要求,在注塑前通常需要对原料进行干燥处理。常见的干燥方法有热风循环干燥和除湿干燥。热风循环干燥适用于对水分要求相对不高的TPE原料,其原理是利用热空气将原料中的水分带走;除湿干燥则通过除湿机将空气中的水分去除,再将干燥的热空气送入干燥料斗中对原料进行干燥,这种方法干燥效果更好,尤其适用于对水分极为敏感的高端TPE原料。
原料中混入挥发性物质
除了水分,TPE原料中如果混入了其他挥发性物质,如低分子量的添加剂、残留的溶剂等,在注塑高温下也会挥发产生气体,从而形成气泡。一些不良商家为了降低成本,可能会在TPE原料中添加一些质量较差的助剂,这些助剂在高温下容易分解或挥发,导致制品出现气泡缺陷。在原料的加工过程中,如果清洗设备不彻底,可能会残留一些其他塑料的碎屑或溶剂,这些杂质也会在注塑时产生气泡。
为了避免因原料中混入挥发性物质而产生气泡,企业应选择质量可靠的原料供应商,严格把控原料的采购渠道。在生产过程中,要对设备进行定期清洗和维护,确保设备内无杂质残留。对于新采购的原料,在使用前应进行小批量试生产,观察制品是否存在气泡等质量问题,确认无误后再进行大规模生产。
原料颗粒大小不均
TPE原料颗粒大小不均也会影响注塑过程中的排气效果。颗粒较大的原料在注塑机料筒内加热时,内部受热相对较慢,而颗粒较小的原料则受热较快。这种受热不均匀会导致原料熔融过程中产生局部过热或过冷现象,进而影响熔体的流动性和排气性能。当局部熔体过热时,其中的挥发性物质更容易挥发,如果排气不畅,就会形成气泡。颗粒大小不均还可能导致原料在料筒内的输送不稳定,使熔体在充模过程中出现不均匀流动,增加气泡产生的风险。
为了解决原料颗粒大小不均的问题,企业在采购原料时应要求供应商提供颗粒大小均匀的原料。在原料储存和使用过程中,要注意避免原料受到挤压、碰撞等外力作用,防止颗粒破碎或变形。在注塑生产前,还可以对原料进行筛选,去除过大或过小的颗粒,以保证原料颗粒的均匀性。
注塑工艺参数设置不当引发的气泡
注塑温度不合理
注塑温度包括料筒温度、喷嘴温度和模具温度。料筒温度过高时,TPE原料在料筒内会过早熔融,导致熔体黏度降低,流动性增强,但同时也容易使原料中的挥发性物质加速挥发。如果此时模具的排气系统无法及时将挥发的气体排出,就会在制品内部形成气泡。相反,料筒温度过低,原料熔融不充分,熔体流动性差,在充模过程中会受到较大的阻力,导致充模不完整,制品内部也可能出现空隙或气泡。
喷嘴温度同样关键。喷嘴温度过高,熔体在喷嘴处容易发生分解,产生气体;喷嘴温度过低,熔体在喷嘴处可能会凝固,阻碍熔体的正常流动,造成充模不均,进而产生气泡。模具温度对制品的冷却和排气也有重要影响。模具温度过高,熔体冷却速度慢,气体不易从制品中逸出;模具温度过低,熔体冷却过快,表面迅速凝固,内部的气体来不及排出,也会形成气泡。
合理设置注塑温度至关重要。在实际生产中,需要根据TPE原料的具体牌号、制品的形状和尺寸等因素,通过试模来确定最佳的注塑温度。料筒温度应控制在TPE原料的熔融温度范围内,喷嘴温度略低于料筒温度,模具温度则要根据制品的要求进行调整,对于一些外观要求较高、壁厚较薄的制品,模具温度可适当提高,以利于气体排出和制品的表面质量。
注塑压力与速度不匹配
注塑压力和速度是影响TPE熔体充模过程的关键参数。注塑压力过低,熔体在充模时无法克服模具型腔内的阻力,导致充模不完整,制品内部容易出现气泡或空隙。特别是在制品的厚壁部位或角落处,由于熔体流动阻力较大,更容易出现充模不足的情况。而注塑压力过高,虽然可以保证熔体充满型腔,但过高的压力会使熔体在模具内产生过度的剪切热,导致熔体温度升高,挥发性物质加速挥发,同时也会增加模具的磨损和制品的内应力,还可能使气体被压缩在制品内部难以排出,形成气泡。
注塑速度过快,熔体在充模过程中会形成喷射流,容易卷入空气,这些空气被包裹在熔体中无法及时排出,就会形成气泡。过快的注塑速度还会使熔体在模具内产生较大的冲击力,导致模具内的气体来不及排出就被熔体封闭在制品内部。注塑速度过慢,熔体在充模过程中冷却时间过长,表面先凝固,内部的气体无法排出,同样会形成气泡。
为了使注塑压力和速度相互匹配,需要根据制品的特点和模具结构进行合理调整。对于形状简单、壁厚均匀的制品,可以采用较高的注塑速度和适当的注塑压力;而对于形状复杂、壁厚差异较大的制品,则需要采用分段注塑的方法,在不同的充模阶段采用不同的注塑压力和速度,以确保熔体能够均匀、稳定地充满型腔,同时保证气体能够顺利排出。
保压时间与压力不足
保压阶段是在熔体充满模具型腔后,继续施加一定的压力,以补偿熔体在冷却过程中的收缩,防止制品出现缩孔、凹陷等缺陷。如果保压时间过短或保压压力不足,熔体在冷却收缩时无法得到足够的补充,制品内部就会形成空隙或气泡。特别是在制品的浇口附近和厚壁部位,由于冷却速度相对较慢,收缩量较大,更容易出现因保压不足而产生的气泡。
保压时间的长短应根据制品的壁厚、TPE原料的收缩率以及模具的冷却效果等因素来确定。制品壁厚越厚,保压时间应越长;原料收缩率越大,保压压力也应相应提高。在实际生产中,可以通过观察制品的外观质量和进行尺寸检测来调整保压时间和压力,直到制品无气泡、无缩孔等缺陷为止。
模具设计与排气问题
模具排气不良
模具排气系统的作用是在注塑过程中将模具型腔内的空气和熔体中挥发出的气体及时排出,防止气体被包裹在制品内部形成气泡。如果模具排气不良,气体在模具内积聚,就会在制品表面或内部形成气泡。模具排气不良的原因主要有以下几个方面:
排气槽设计不合理:排气槽的尺寸、位置和数量对排气效果有重要影响。排气槽过窄、过浅,气体无法顺利排出;排气槽位置选择不当,没有设置在气体容易积聚的部位,如制品的末端、分型面、型芯与型腔的配合处等,也会导致排气不畅。
排气槽堵塞:在注塑生产过程中,模具内可能会残留一些塑料碎屑、杂质或冷料,这些物质会堵塞排气槽,影响排气效果。如果模具长时间使用后没有进行清理和维护,排气槽内也可能会积累污垢,导致排气不畅。
模具分型面密封不良:模具分型面如果密封不严,在注塑时熔体可能会从分型面处泄漏,同时外部空气也会进入模具型腔内,干扰气体的正常排出,从而增加气泡产生的风险。
为了改善模具的排气效果,需要对模具的排气系统进行合理设计。在设计排气槽时,应根据制品的形状、尺寸和注塑工艺要求,确定排气槽的尺寸、位置和数量。排气槽的宽度可根据制品的壁厚来确定,通常为0.03 – 0.1mm,深度为0.005 – 0.02mm。排气槽应设置在气体容易积聚的部位,并且要保证排气顺畅,避免出现死角。要定期对模具进行清理和维护,及时清除排气槽内的堵塞物,确保模具分型面的密封良好。
模具结构复杂
一些结构复杂的模具,如具有深腔、薄壁、多孔或复杂形状的模具,在注塑过程中更容易出现气泡问题。这是因为复杂结构的模具会使熔体在充模过程中的流动路径变长、流动阻力增大,气体难以顺利排出。在一个具有多个细小孔洞的模具中,熔体在充模时很难将孔洞内的空气完全排出,这些空气就会被包裹在制品内部形成气泡。
对于结构复杂的模具,可以采取一些特殊的措施来改善排气效果。在模具的关键部位增加顶针或镶件,利用顶针和镶件与模具型腔之间的微小间隙来排气;采用真空辅助注塑技术,在注塑前将模具型腔内的空气抽出,形成真空环境,减少气体对注塑过程的影响;或者对模具进行优化设计,简化模具结构,减少气体积聚的可能性。
其他因素引发的气泡问题
注塑机螺杆与料筒磨损
注塑机的螺杆和料筒在长期使用过程中,由于与TPE原料的摩擦和挤压,会出现磨损现象。螺杆和料筒磨损后,其间隙会增大,导致原料在输送过程中出现回流现象,使原料的塑化不均匀。磨损部位还容易残留一些旧的塑料,这些旧塑料在高温下可能会分解产生气体,混入到新的熔体中,从而在制品中形成气泡。
为了减少因注塑机螺杆与料筒磨损而产生的气泡问题,需要定期对注塑机进行维护和保养,检查螺杆和料筒的磨损情况。如果发现磨损严重,应及时更换螺杆和料筒,以保证原料的塑化质量和注塑过程的稳定性。
原料受潮或污染
除了原料本身含水率过高外,原料在储存和使用过程中如果受到潮湿环境的影响或被其他物质污染,也可能导致注塑时产生气泡。在梅雨季节,空气湿度较大,如果原料储存不当,很容易吸收空气中的水分;或者在生产现场,原料包装破损,灰尘、杂质等污染物进入原料中,都会影响原料的质量,增加气泡产生的风险。
要加强原料的储存管理,将原料存放在干燥、通风良好的仓库中,避免原料受潮。要保证生产现场的环境清洁,防止原料受到污染。在使用原料前,要对原料进行检查,如发现原料有受潮或污染的迹象,应及时进行处理或更换。
TPE塑料注塑过程中产生气泡的原因是多方面的,涉及原料、注塑工艺、模具设计以及其他设备与环境因素。要有效解决气泡问题,需要生产人员具备扎实的专业知识和丰富的实践经验,从各个环节入手,进行全面的分析和排查,找出问题的根源,并采取针对性的措施加以解决。只有这样,才能生产出高质量、无气泡缺陷的TPE塑料制品,提高企业的生产效率和产品质量,增强产品在市场上的竞争力。
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