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        氣泡的形成及排除

        日期:2011年12月23日 10:42

        氣泡的形成及排除

        达明科技有限公司

        2007年2月

         

          注塑時產品內含氣泡是個常見但要解決的問題。本文將氣泡形成的三個原因講述,並提供解決方法。

          除非是要達到設計的效果,透明產品是不容許藏有氣泡的。氣泡亦減弱了產品的機械強度,或客戶指定的產品重量,都是要避免的。

          注塑件內含氣泡,可歸納為三個原因:空氣、水氣及真空。

         

        1.空氣

        料筒內

          在料筒內,塑膠顆粒之間是含空氣的。當塑膠塑化時從料斗進入料筒,空氣便一同帶了進去。適當的背壓將螺杆前面的熔融壓緊,氣泡被壓破,便沒有經過噴咀注射到模腔裏。

          較簡單的注塑機設計是沒有背壓表的。背壓是多少只能從流量控制閥的關閉度量出來,但背壓與閥的轉角沒有線性關係,只能從螺杆後退速度觀察出來。

         

         

         

        圖1 背壓的形成

         

          含背壓表的注塑機,讀出的壓力並非熔融的壓力,只是注射油缸的壓力。兩者之間有個約10倍的關係。有些注塑機將這個關係畫成圖表,附在注射擋板上,可用來將讀出的背壓表壓力轉換為熔融壓力。

        圖2 壓力轉換

         

        模腔內

          無論是厚壁或薄壁產品,模腔內或多或少的空間都有空氣,沒有排到模具外時便與注射進來的熔融混在一起,形成氣泡。

        注射速度

          注射速度太高,如使用氮氣加速注射,模腔內的空氣可能來不及排出,困在模內,形成氣泡。如薄壁注塑要求極高的射速才能填滿模腔的話,便只能在排氣槽、低鎖模力及抽真空來著手。

        排氣槽

          模具在分模面上都刻上排氣槽,從模腔伸展到膜具的周邊。排氣槽有寬度,深度及條數這些參數。排氣槽的深度只容許空氣排出,不容許粘性較高的熔融洩漏(否則形成毛邊)。排氣槽深度不超過0.03mm,寬度一般不小於6mm。排氣槽每相隔25-50mm開一條。留意排氣槽的深度是受鎖模力影響的。操作員要設置最低但足夠(不產生毛邊)的鎖模力,而不是盡用鎖模力,這樣不只排氣槽會被壓扁少一些,對模具及注塑機鎖模機構(含機鉸,鉸肖,鉸肖套,拉杆及模板)的壽命會延長,鎖模的時間也會縮短。

         

        圖3 排氣槽

         

        透氣鋼

          如產品外表不需要光澤,可採用透氣鋼來做模具,利用鋼材內的微孔排氣。

        抽真空

          在一些穩閉的地方或冷流道上,開個抽真空的點,接到真空泵上,在注射時抽出模腔內的空氣。

          抽真空與排氣槽及透氣鋼是互斥的,兩者不能同時使用,否則真空便抽不成了。

         

        2.水氣

          塑膠顆粒從空氣中吸收了水份,要撤底排除才不致於在高溫(>1000C)加熱後釋放出來,跑到產品裏去。

          據各種塑膠的要求,乾燥溫度及時間都不一樣。請參考下表。

         

        表1 不同塑膠的乾燥溫度及時間

         

          乾燥料斗從大氣中吸取空氣,將其加熱至乾燥溫度,從下向上流經料斗內的塑膠,再從頂部排回大氣中。

         

        圖4 乾燥料斗

         

          上表的乾燥條件是在200C的大氣溫度及65%的相對濕度下,用高效率之渦輪風車產生氣流,而乾燥後塑膠的水分含量會低於0.02%。

          如華南地區的暮春時節,相對濕度超過90%,乾燥效果便較次,可以採取以下方法來解決。

        乾燥時間

          延長乾燥時間是容易理解的方法,熱的氣流便有更多時間將附在塑膠顆料上的水份帶走,塑膠便更乾燥。料斗容量加大便能延長乾燥時間。

          H = 3.6s*t/c (1)

          H = 料斗容量,kg

          s = 每次注射(每啤)的重量,含水口,g

          c = 週期時間,秒

          t = 乾燥時間,小時

        料斗容量

          料斗的規格以容量標示,有以下多種。供應商為了簡化計算,有以下的一個選擇指引。

         

        表2 供應商的選擇料斗指引

         

          要留意的是料斗要配用吸料機,不斷將用掉的塑膠補充,維持有恒定的塑膠量於料斗內,才能洽當地乾燥塑膠。不然的話,當料斗內的塑膠耗盡才添加,靠近出口的塑膠沒乾燥多久便跑到料筒內,濕氣便未能排除了。

        料斗容量計算例子

          32腔的20克PET瓶坯的注塑,週期24秒,需要多大的乾燥料斗呢?

         查找表1,PET料需在1600C下乾燥4~5小時。

        從公式(1),

          H = 3.6*32*20*5/24 = 480 kg

          查找表2的料斗容量後,選擇了500 kg容量的乾燥料斗。

        表2的計算
          假設最多只用注塑機注射量的8成注塑,表2的推薦代表
           t / c = 0.8H / (3.6*s), 算出來是由0.119至0.033不等,就是:
           乾燥時間,小時 =(0.033~0.119)*週期時間,秒。

        參考表3。

         

        表3 指引的乾燥時間與週期時間之比

         

          以瓶坯例子算,乾燥時間最多也只有0.119*24 = 2.9小時,是不足夠表1所需的4~5小時的。

          從另一角度去看,32*20 g / 0.8 = 800 g,按表2是選用100 kg的乾燥料斗,與上例算出的480 kg料斗相差許多。

          這指出了表2的選擇在個別情況下是過小的,可能是氣泡生成的原因之一。以公式(1)來選擇便更有把握了。

        除濕乾燥機

          以加大料斗容量來增加乾燥效果還是難以保證塑膠的乾燥度的,原因是大氣濕度增加多少,乾燥時間要增長多少才能補償呢?況且,大氣的濕度每天都有在改變,乾燥太長時間亦浪費能源。

          除濕乾燥機能夠使乾燥度有保證,而且與大氣濕度無關。

          除濕乾燥機與乾燥料斗是一同使用的。從乾燥料斗排出的含濕氣的氣流進入除濕乾燥機。經過濾及冷卻後,氣流的水份在旋轉的蜂巢裏的分子篩被吸收,再送回乾燥料斗的吸氣入口。這樣一來,氣流便是個封閉系統,不受大氣的濕度影響。蜂巢裏的分子篩由一個獨立及與大氣接觸的氣流排去水份,使其再生。

        圖5 除濕乾燥原理

         

          蜂巢式的除濕乾燥機產生的乾風燥度(亦稱絕對濕度)達露點-400C,相當於相對濕度0.60%或水份含量0.013%或128 ppm。除濕乾燥機的乾燥能力是以每小時能乾燥某種塑膠多少kg來算的,是選型的標準。

        兩級乾燥

          蜂巢式的除濕乾燥機不算便宜。有業者採用兩級乾燥料斗,來爭取比單台乾燥料斗更好的乾燥效果。

         

        圖6兩級乾燥

         

        乾燥溫度

          塑膠供應商都有推薦乾燥溫度的。如乾燥時間恒定,提高乾燥溫度的確能提高乾燥效果,但太高的乾燥溫度會使其中的成份渾發,影響其顏色、透明度及機械性能。

         

        3.真空

          注塑厚壁產品時都會遇到表面凹痕。凹痕是塑膠從熔融狀態冷卻到固體時收縮所做成的。如保壓參數及流道設計得宜,是可以避免的。

          當厚壁產品的表面已冷卻固化但內裏還是流體的話,只能在內裏收縮,便做了“氣泡”。“氣泡”裏沒有空氣,亦沒有水氣,只有真空。其排除方法與凹痕相同。

          冷流道的直徑如與最大壁厚相若的話,保壓便能經過還未凝固的流道對產品填補塑膠,排除“氣泡”。

         

         

        圖7 真空“氣泡”

         

        4.如何辨別

          三種氣泡的成因不同,排除的方法也不同,那我們如何分辨出是哪種氣泡呢?

          如塑膠是透明或半透明的話,可用以下方法分辨氣泡的成因。

        個數

          空氣及水氣的氣泡的個數較多,但真空的氣泡只存在最厚處的裏面,個數少或只有一個。

        位置

          空氣及水氣的氣泡的位置是隨機的,在數件產品內,氣泡有不同的位置。真空的氣泡的位置都是在最厚處的中間位置,不偏不倚,而且每件產品的氣泡大小都是幾乎是一致的。

        加熱澎漲

        空氣及水氣氣泡在加熱後,產品軟化,氣泡會澎漲,真空的氣泡則不會,反而縮小,或外壁下陷。可將產品放在有刻度的光學儀器下加熱前後觀察出來。

        形狀

        空氣及水氣的氣泡都是圓球形,但真空氣泡則不一定。

        據以上的方法,你能分辨出以下的兩種氣泡是如何形成的嗎?

        圖8 兩種氣泡

         

         

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