滾塑制品缺陷分析及解決方案 

　　滾塑制品缺陷分析及解決方案

　　滾塑成型工藝義稱(chēng)旋轉模塑或旋轉成型，該成型方法是將模具沿兩垂直軸不斷旋轉并使之加熱，模具型腔內的蝮料在重力和熱的作用下逐漸熔融粘附于模具型腔表面上．經(jīng)冷卻定型后制得塑料制品。

　　滾塑成型工藝常用于生產(chǎn)中空無(wú)縫、具有復雜形狀的塑料制品，在化工、機械、電子、輕工和軍工等行業(yè)有廣泛應用，如摩托車(chē)、汽車(chē)等車(chē)輛燃油箱、儲物箱、大中型中空容器、汽車(chē)零部件、耐腐蝕容器內且只等，近年來(lái)也逐漸用于各種民用或軍用產(chǎn)品包裝箱、運輸箱等制品的生產(chǎn)。

　　目前，來(lái)自國外的大多數滾塑制品訂單都直接表明采用線(xiàn)性低密度聚乙烯(LLDPE)滾塑專(zhuān)用料進(jìn)行滾塑成型，制品多是對滾塑技術(shù)要求較高的不同規格的清洗機鄉}殼、割草機外殼、貨物運輸箱、儲物箱、各種機械電子包裝箱、內部有發(fā)泡層的雙層保溫箱、汽車(chē)零部件等。我國的滾塑成型技術(shù)和滾塑模具加工技術(shù)迅速提高，但在滾塑產(chǎn)品設計環(huán)節方面與歐美相比尚存在差距。

　　滾塑成型工藝對制品質(zhì)量起非常重要的作用。當產(chǎn)品設計、模具設計制造完畢后，易導致制品缺陷的模具結構通常不會(huì )輕易改變，從成型工藝上來(lái)設法解決滾塑制品缺陷就顯得比較重要。目前國內介紹有關(guān)滾塑制品設計和滾塑工藝的資料較少，產(chǎn)品設計者或工程制造者多數靠實(shí)際經(jīng)驗來(lái)設計、生產(chǎn)，往往會(huì )給設計、生產(chǎn)帶來(lái)不必要的麻煩。研究分析滾塑制品缺陷成因及解決方案，對提高滾塑制品和滾塑模具結構設計技術(shù)水平具有重要意義。

　　一 滾塑制品缺陷分析及解決方案

　　 1 氣泡或孔洞

　　(1)成因分析

　　滾塑時(shí)模具內的物料在受熱過(guò)程中，隨模具的轉動(dòng)逐漸熔融、流動(dòng)、粘附在熱的模具內表面，模具內部空氣受熱體積膨脹，氣壓升高，通過(guò)通氣孔逐漸向模具外部流動(dòng)，直至模具內外空氣壓力平衡，反之亦然。同時(shí)，模具型腔內保持著(zhù)一定壓強。在樹(shù)脂熔融致密化的過(guò)程中，滯留在粉末顆粒之間的氣體被擠向塑料熔體的自由表面，但由于熔體表面張力的存在，氣體不足以脫離熔體表面易形成氣泡，從而形成制品內表面的氣泡和外表面的氣扎，嚴重情況下形成較大的孔洞”。如果熔體流動(dòng)性好、模具升溫速率慢、模具通氣孔通暢，則熔體中的氣體可以順利地逸出，反之則熔體中的氣體易滯留形成制品缺陷。當模具合模不嚴，模具加熱過(guò)程中型腔中的一部分氣體會(huì )通過(guò)合模部位的縫隙向模具外部流動(dòng)，致使存模具相應部位的產(chǎn)品內部產(chǎn)生氣7L或氣泡；在模具冷卻過(guò)程中，如果模具閉合不嚴，斟模其內外存在空氣壓力差，空氣會(huì )通過(guò)合模部位(分型面處)的間隙進(jìn)入模其內，在制品的外部產(chǎn)生氣孔，

　　孔洞的形成還與粉末顆粒的形狀有關(guān)。當聚乙烯(PE)粉末顆粒帶有細長(cháng)尾巴或呈毛發(fā)狀時(shí)，在堆積過(guò)程中會(huì )形成搭橋，滯留較多的空氣。特別是在模具的拐角處，粉末的搭橋會(huì )導致較大的孔洞形成。

　　(2)解決方案

　　?調整通氣管或起相同作用的金屬亂絲卷制的長(cháng)條至模具內部適當距離。通氣管一般采用薄擘的金屬氟塑料管，其直徑由制品尺寸和物料性能決定。(一般薄壁制品按每立方米模具設定10—12 mm孔徑)，管子長(cháng)度根據制品型腔深度應保證其末端伸入到模腔中心或到合適位置。為避免模具旋轉時(shí)樹(shù)脂粉末從排氣口溢出，通氣管內要用玻璃絲、鋼絲絨、石墨粉等充填。

　　?模具適當緩慢舟溫、提高爐溫(熔融溫度)或延長(cháng)加熱時(shí)間，確保物料充分熔融和氣體排出。

　　?在模具內表面涂覆特氟龍(聚四氟乙烯)涂層替代各種脫模劑，保持模具內部干燥。

　　?如果是嵌件因素影響，可對嵌件及其周?chē)糠謪^域進(jìn)行預熱。

　　?在產(chǎn)品、模具設計過(guò)程中，充分考慮以下有利于消除氣泡或氣孔的措施：采用熔體流動(dòng)速率(MFR)較高的物料、采用密度較低的物料、改善模具壁厚均勻性、延長(cháng)自然冷卻時(shí)間、延緩噴霧(噴水)冷卻、制品上的凸筋或突出部位不宜過(guò)窄或過(guò)高(對應于模具上的凹槽不能太窄、太深)等。

　　2 樹(shù)脂包覆不良

　　(1)成因分析

　　滾塑制品上一般有許多金屬鑲嵌件，通過(guò)滾塑形成制品上的一部分，以增強制品局部強度。在滾塑時(shí)，嵌件相當于模具上的一部分，使得此處模具壁厚增加，嵌件末端不易獲得與模具同樣的溫度，導致嵌件上的樹(shù)脂包覆不良。尤其是大型嵌件，如果嵌件結構設計不合理，使得嵌件傳熱性能不良，不能獲得與模具同樣的溫度，更易導致樹(shù)脂涂覆不均或達不到設計要求，降低嵌件與制品結合的強度。

　　旋轉滾塑成型的轉速通常較低，不同于制作鑄型尼龍產(chǎn)品的離心澆鑄，嵌件相對制品表面太高時(shí)出現樹(shù)脂包覆不良的幾率更高一些。

　　圖3為粘附樹(shù)脂的嵌件。由圖3可以明顯看出，嵌件上的塑料壁厚與制品壁厚差別很大，這與滾蜊時(shí)嵌件傳熱性能不良和嵌件太厚有直接關(guān)系。嵌件的位置太靠近制品相鄰的側表面時(shí)，由丁二嵌件阻擋J物料的流動(dòng)，會(huì )導致此處物料堆積少或嵌件與側喪向不能完全搭橋，制品易m現較大孔洞或嵌件包覆不嚴的缺陷。

　　特別指出的是，嵌件具有較好的傳熱性能不僅就其材料本身而言，其結構也應使嵌件具有較好的傳熱性能，如空腔不能太大或滾塑時(shí)設法用金屬封堵大的空腔，在設計大型嵌件時(shí)尤其要考慮這一點(diǎn)。

　　(2)解決方案

　　?使嵌件具有良好的傳熱結構，盡量消除不利于嵌件傳熱的因素。

　　?在滿(mǎn)足滾塑條件和嵌件強度需求的前提下，嵌件相對制品表面高度和體積盡量小。

　　?嵌件上的止轉或防拉槽的深度和寬度與滾塑要求相適宜。

　　?滾塑時(shí)，視情況對嵌件進(jìn)行預熱會(huì )取得比較良好的效果，對大型嵌件尤其有效。

　　3 壁厚不均

　　(1)成因分析

　　滾塑成型工藝適于成型壁厚相對均勻的中空制品，不容易加工出壁厚突變的制品，投料量的多少決定了制品的平均壁厚，其均勻性與模具本身的結構、滾塑成型工藝有關(guān)。

　　從制品和模具結構來(lái)說(shuō)，一般在制品內凹的轉角處(模具外凸)厚度較小，在制品外凸的轉角部位(模具內凹)厚度較大，但如果制品外凸部位角度過(guò)小，易導致物料不能充滿(mǎn)模具帶來(lái)相應的孔洞等缺陷，所以制品不宜有尖角部位，通常用大的平滑圓弧過(guò)渡。

　　塑料的熔融和粘附能力主要與模具溫度有關(guān)。模具溫度高的地方，塑料較易先熔融并隨模具的轉動(dòng)層層涂覆，粘附樹(shù)脂會(huì )較多，而溫度低的部位粘附的樹(shù)脂相對較少，造成制品壁厚不均。制品的壁厚還與旋轉速度有關(guān)。旋轉速度不均勻，容易造成壁厚不均，而且無(wú)規律性，所以一般采用能自動(dòng)控制的恒扭矩或恒轉速的電機來(lái)保征主副軸勻速旋轉。當制品某處部位與其它部位壁厚懸殊較大，模具不能修改時(shí)，需扶工藝角度尋求解決辦法。

　　(2)解決方案

　　?把滾塑模具固定在模架上適當的位置，并調整模架的平衡。

　　?主、副軸旋轉速度保持比例均衡、速度均勻。

　　?加熱爐能保證在各個(gè)方向上使模具受熱均勻。

　　?加熱和冷卻過(guò)程中都換向一次，換向時(shí)要迅速，一般正轉、反轉時(shí)間相同。

　　?在期望制品厚度增大的部位，模具相應部分要進(jìn)行預熱或減小隔熱因素的影響。

　　?在期望制品厚度減小的部位，模具相應部位上加四氟乙烯板(見(jiàn)圖4)或石棉墊隔熱，使熔融物料不易糯附模具或持續堆積，以減小此部位的厚度。此方法還用來(lái)把隔熱層襯在模具上，使模其內表面無(wú)法粘附樹(shù)脂，期望獲得開(kāi)口部位，但這種方法制得的開(kāi)口一般不是規整的。

　　4 表面粗糙

　　(1)成因分析

　　滾塑制品多數是由1090～l 400 μm(12—35目)或者更小粒徑尺寸的樹(shù)脂或液體塑料樹(shù)脂制成”1，國內一般用125—550 μm(30—50目)的粉料。如果粒徑偏大，當溫度偏低、加熱時(shí)間較短時(shí)，滾塑時(shí)樹(shù)脂粉料在規定的時(shí)間內不能完全熔融，制品表面易出現麻坑(圖5)、瘤狀凸起(圖6)、粒狀凸起(圖7)等表面不佳現象。如果粉料有較大異物混入，此時(shí)異物對熔融的樹(shù)脂來(lái)說(shuō)相當于結晶聚合物冷卻結晶時(shí)成核劑的作用，當樹(shù)脂冷卻結晶時(shí)，在異物存在的地方易呈現瘤狀凸起。當樹(shù)脂粉末顆粒粒徑偏小、轉速選擇不當或轉速不均時(shí)，也易出現麻坑或粒狀凸起等表面不良現象。這是由于較小的樹(shù)脂顆粒較易積聚，熔融時(shí)形成相對較大的樹(shù)脂團，把部分顆粒包容在其中，周?chē)臻g不能有效補充樹(shù)脂形成，滾塑溫度偏低時(shí)受各種凼素影響時(shí)更易出現。

　　(2)解決方案

　　?針對滾塑制品體積大小和結構不同，選擇適當粒徑大小的粉料。

　　?控制好加熱、冷卻溫度和時(shí)間，并保持溫度基本穩定。

　　?確定合適的主軸轉速和主、副軸轉速比，并保持轉速均勻。

　　?避免原料中有異物或較大顆粒的相同物料混入。

　　5 顏色不均

　　(1) 成因分析

　　塑料樹(shù)脂暴露在模具型腔的空氣中，在高溫下軟化熔融，本身易氧化變色，樹(shù)脂中的低分子化合物更是如此。在滾塑有色制品時(shí)，如果色粉選擇不當(如選擇了不耐高溫的有機染料致使受熱分解，或選擇質(zhì)量不好的無(wú)機礦物顏料)，通常都不能夠獲得令人滿(mǎn)意的顏色。脫模劑噴涂過(guò)曷對制品的彩飾也會(huì )產(chǎn)生不良影響。滾翅時(shí)模具溫度控制不均，局部溫度過(guò)高時(shí)，表面易呈現藍色明亮反光現象或局部顏色偏深，見(jiàn)圖8、圖9。模具整體溫度偏高時(shí)，制品顏色偏深偏亮；模具整體溫度偏低時(shí)，顏色偏淺偏暗，通常都不能達到需求顏色，而且會(huì )使同一批制品存在嚴重色差，影響整批制品外觀(guān)質(zhì)量。

　　(2)解決方案

　　?使用能長(cháng)時(shí)間耐高溫的無(wú)機礦物顏料，粒徑比粉料粒徑更小，一般為10—20μm甚至更小。

　　?控制好加熱、冷卻溫度和時(shí)問(wèn)，并保持溫度基本穩定。

　　?避免使模具出現各部位加熱不均的現象。

　　?盡量不使用脫模劑，如不可避免，要注意適量。

　　?考慮在原材料中使用具有抗老化性能的添加劑。

　　6 翹曲變形

　　(1)成因分析

　　滾塑制品雖然是無(wú)壓成型，較其它有壓成型方法相比，不易翹曲變形，但滾塑制品一般都是形狀復雜、壁厚不均勻、不完全對稱(chēng)的，使得制品不同部位間的冷卻速率和收縮率不一致，在大的平面和壁厚差捌較大的部位產(chǎn)生翹曲變形。PE制品在滾塑成型后收縮牢比較大，一般為2％～3％?，甚至高達3％～5％．尺寸精度較差，在局部線(xiàn)性尺寸較大的部位其收縮率甚至更高一些。

　　制品的收縮還與制品成型時(shí)的加熱溫度、冷卻定型溫度、冷卻速率及制品脫模溫度等因素有關(guān)，這些因素在滾塑成型過(guò)程中都不易精確控制。尤其是在制品脫模過(guò)程中，許多生產(chǎn)廠(chǎng)家為追求生產(chǎn)效率，制品溫度在70～80℃甚至更高時(shí)就開(kāi)始脫模，然后通過(guò)后定型處理來(lái)控制制品外形，由于脫模過(guò)程人為控制的因素太強，所以制品收縮更不易控制。

　　對制品最終外形尺寸和變形量要求比較嚴格的制品來(lái)說(shuō)，除了在滾塑工藝上采取有針對性的措施外，后定型處理過(guò)程也比較重要。為了生產(chǎn)更高質(zhì)量的制品，強調生產(chǎn)工藝的穩定性和均一性應該是貫穿整個(gè)制造過(guò)程的重要理念。

　　(2)解決方案

　　?制品設計時(shí)盡量避免出現較大平面，可以使用加強筋、臺階、搭接(搭橋)或表面凹槽裝飾等結構形式來(lái)減小平面面積，從而控制翹曲。

　　?調整模具在模架上的位置，消除增大壁厚差別和影響加熱與冷卻均勻性的因素。

　　?根據制品結構特點(diǎn)，制作帶有活動(dòng)部位的定型工裝或固定式工裝(見(jiàn)圖10)，對制品進(jìn)行后冷卻定剖階段的定型。

　　?對特殊形狀的制品，還可以結合簡(jiǎn)單的定型_T裝，往制品內部通人壓縮空氣，強制制品整形定型，效糶較好。

　　?采取合理的冷卻措施，盡量使制品各部位冷卻速率一致。

　　7 表面不光亮

　　(1)成因分析

　　成型溫度偏高或偏低都不能帶來(lái)令人滿(mǎn)意的表面質(zhì)量。前面說(shuō)過(guò)，滾塑溫度偏低或過(guò)高除了帶來(lái)顏色色差外，表面亮度同樣不能達到要求。

　　有的制品要求表面光亮，模具表面較易拋光時(shí)容易達到；但有的產(chǎn)品表面需要各種皮紋、阿案等飾紋效果，模具基本不可能拋光，生產(chǎn)時(shí)制品與模具粘附力較大不易脫模，當強脫時(shí)就易造成制品拉傷或使制品表面拉毛而發(fā)白。為了制品脫模方便，有時(shí)候需噴涂脫模荊，如使用不當，會(huì )大大影響表面質(zhì)量，造成產(chǎn)品廢品率較高。

　　(2)解決方案

　　?在模具內表面涂覆聚四氟乙烯涂層。在裝卸模過(guò)程中要注意保護涂層不被磕碰，可使用很長(cháng)時(shí)間，能有效降低每件制品分攤的表面處理費用，這也是日前滾塑模具工業(yè)較常用的方法。圖11為表面噴涂有特氟龍涂層的模具內表面。

　　?采用適當的成型溫度。生產(chǎn)過(guò)程中注意制品顏色變化．根據顏色深淺和明暗判斷成型溫度的高低，然后在設定的成型工藝要求的溫度基礎上進(jìn)行調整并保持。

　　?盡量選擇鈉性脫模剎，用量保持適量，不可過(guò)多，防止制品表面出現花白現象。

　　?選擇合適的顏料顆粒細度，常用的顏料顆粒粒徑一般為10～20μm ，甚至更小。

　　8 嵌件外露

　　(1)成因分析

　　嵌件外露，有的情況下可以理解為樹(shù)脂包覆不良，但有時(shí)不是這種情形。制品脫模后由于繼續冷卻收縮，會(huì )使滾塑制品上的螺母鑲嵌件外表面高出產(chǎn)品表面，影響外觀(guān)或使用。當嵌件與制品側面靠得太近或嵌件同定端面與模具表面距離設計不合理，滾塑過(guò)程中它們會(huì )相互十涉時(shí)，造成嵌件根部不能有效填充粉料，出現類(lèi)似注甥時(shí)的充模不滿(mǎn)現象，也易造成嵌件外露，這種情況出現的原閡一般是制

　　品或嵌件結構設計不好。

　　(2)解決方案

　　?成型前在模具與嵌件之間加一適當厚度和大小的墊片，既能彌補成型后由于制品收縮帶來(lái)的缺陷，又不影響制品外觀(guān)。②嵌件結構設計要做好，嵌件固定端面與模具內壁之闖的距離要適當或與模具內表面平齊，防止出現類(lèi)似注靼時(shí)充模不滿(mǎn)的現象。

　　?導致制牖出現一種或幾種缺陷的原因不是孤立的，往往與多種因素有關(guān)，需要工藝人員根據出現的缺陷問(wèn)題，從工藝路線(xiàn)的各個(gè)環(huán)節進(jìn)行綜合分析，先從主要成因方面考慮解決辦法，再結合其它非主要成因的解決辦法，盡可能一次解決，就會(huì )少走彎路，滾塑出質(zhì)量較優(yōu)的制品。