产品缺陷的原因分析（PPT32页)

產品缺陷的原因分析產品是在射出成型之後才展現在我們眼前的，因此對產品的缺陷分析也應該從此刻開始。塑膠射出成形製程相當複雜，牽涉因素眾多，當發現問題時，應該先確定製程的穩定性，確定瑕疵並非由於過度製程所引起的。排除射出成形問題並沒有固定的步驟，但是，至少針對有些因為操作特性所導致的瑕疵，可以建議有效的改善方法。包風包風(airtraps)是指熔膠波前將模穴內的空氣包覆，它發生在熔膠波前從不同方向的匯流，或是空氣無法從排氣孔或鑲件之縫隙逃逸的情況。包風通常發生在最後充填的區域，假如這些區域的排氣孔太小或者沒有排氣孔，就會造成包風，使塑件內部產生空洞或氣泡、塑件短射或是表面瑕疪。另外，塑件肉厚差異大時，熔膠傾向於往厚區流動而造成競流效應(race-trackingeffect)，這也是造成包風的主要原因，如圖1-1所示。圖1-1熔膠波前從不同方向匯流，而造成包風。要消除包風可以降低射出速度，以改變充填模式；或者改變排氣孔位置、加大排氣孔尺寸。由於競流效應所造的包風可以藉由改變塑件肉厚此例或改變排氣孔位置加以改善排氣問題。包風的改善方法說明如下：(1)變更塑件設計：縮減肉厚比例，可以減低熔膠的競流效。(2)應變更模具設計：將排氣孔設置在適當的位置就可以改善排氣。排氣孔通常設在最後充飽的區域，例如模具與模具交接處、分模面、鑲埋件與模壁之間、頂針及模具滑塊的位置。重新設計澆口和熔膠傳送系統可以改變充填模式，使最後充填區域落在適當的排氣孔位置。此外，應確定有足夠大的排氣孔，足以讓充填時的空氣逃逸；但是也要小心排氣孔不能太大而造成毛邊。建議的排氣孔尺寸，結晶性塑膠為0.025厘米（0.001英吋），不定形塑膠為0.038厘米（0.0015英吋）。(3)調整成形條件：高射出速度會導致噴射流，造成包風。使用較低的射出速度可以讓空氣有充足的時間逃逸。黑斑、黑紋、脆化、燒痕、和掉色黑斑（blackspecks）和黑紋（blackstreaks）是在塑件表面呈現的暗色點或暗色條紋，如圖1-2所示。褐斑或褐紋是指相同類型的瑕疵，只是燃燒或掉色的程度沒那麼嚴重而已。發生黑斑或黑紋的原因是塑料有雜質污染、乾燥不當，或是塑料在料筒內待料太久而過熱裂解。圖1-2(左)黑斑和(右)黑紋脆化（brittleness）的原因是材料裂解，使分子鏈變短，分子重量變低，結果使得塑件的物理性質降低。塑件脆化可能導致斷裂或破壞，如圖1-3所示。圖1-3塑件脆化導致斷裂燒痕(burnmarks)是塑件接近流動路徑末端或包風區域的暗色或黑色小點，如圖1-4所示，其形成主因是模穴內的空氣無法逃逸，受壓縮造成高熱而燒焦。圖1-4燒痕掉色(discoloration)是指塑件從原始的塑料顏色發生變化的瑕疵，這可能是因為塑料裂解或污染所造成的，例如：塑料在料筒內待太長的時間；料筒溫度太高，造成塑料變色；回收再研磨塑料、不同顏色塑料、來路不明塑料造成的汙染。假如射出速度太快或射出壓力太高，可能導致流道系統和模穴內的氣體無法在很短的充填時間內從排氣孔排出，會造成包風；競流現象加上不當的排氣系統也會造成包風。結果，模緒內的空氣受壓縮，壓力與溫度升高，使得流道路徑末端或包風區域的塑件表面的塑料裂解而造成燒痕。掉色(discoloration)是指塑件從原始的塑料顏色發生變化的瑕疵，這可能是因為塑料裂解或污染所造成的，例如：塑料在料筒內待太長的時間；料筒溫度太高，造成塑料變色；回收再研磨塑料、不同顏色塑料、來路不明塑料造成的汙染。造成塑料裂解的因素包括：(1)料筒溫度：太高的料筒溫度可能使塑料裂解，造成燒焦。塑料熔點太高可能造成不當的料筒溫度，燒壞熱對偶，或者使溫度控制器失效。應該降低設定的料筒溫度或縮短加熱時間。(2)高螺桿轉速：塑化階段的螺桿轉速太快，造成過量的磨擦熱，使材料裂解。(3)狹小的流動路徑：熔膠流經狹小的流動路徑，會造成大量的剪切熱，使塑料裂解。(4)塑料污染：使用兩種塑料射出成形時，第一種塑料在料筒內的餘料可能因為第二種塑料需要較高成形溫度而燒焦。此外，受污染塑料、回收再研磨塑料都可能污染下一批次射出成形的塑料。(5)射出體積：假如射出量低於射出機最高射出量的20％，塑料可能因為在料筒內待料太久而發生裂解。對於溫度敏感的塑料更是如此。塑料過熱可能裂解或燃燒而造成黑斑、黑紋、脆化、燒痕、和掉色等表面瑕疵，塑料在具有刮痕的粗糙料筒內加熱，等待了過長的時間就會裂解造成塑件表面瑕疵。塑料或空氣中可能會有污染，其他如受污染的回收再研磨塑料、不同成分的塑料、不同顏色的塑料或是低熔點材料等等雜質都可能造成黑斑和黑紋，空氣中的髒東西也會造成塑件表面的暗點。改善這些表面瑕疵的方法說明如下：（1）調整材料準備過程：塑料貯藏筒和料斗都應加蓋，以免原料污染。設定適當的乾燥條件，過量的乾燥時間或乾燥溫度，塑料內揮發物會被驅離，可能造成塑料脆化或裂解。塑料供應商可以提供塑料的最佳乾燥條件。如果低強度材料的製程條件不恰當，可能造成脆化，可以考慮改用高強度和熱安定性良好的塑料。脆化也可能是因為添加太多回收再研磨的塑料所致，嘗試降低添加之回收再研磨的塑料量。更換塑料時應徹底清理射出系統，徹底清理料斗，避免塑料與料斗內不同顏色或來路不明的塑料混合。（2）變更模具設計：在流動路徑末端發現黑斑，可能是不良的排氣系統所造成的。受壓縮的包風可能燃燒，造成表面瑕疵，應該改善排氣系統。在模具設置適當的排氣系統，以排除包風。流動路徑的末端和盲孔的排氣系統特別重要。建議結晶性塑膠的排氣孔大小為0.025mm(0.001英吋)，不定型塑膠的排氣孔為0.038mm(0.0015英吋)。太過狹窄的豎澆道、流道、澆口、甚至塑件肉厚都可能產生過量的剪切熱，使得已經過熱的材料更劣化，造成塑料裂解。可以嘗試加大豎澆道、流道及／或澆口。對於導熱性太低的模具材料，可以降低冷卻速率來改善塑件表面條件。（3）定期清理模具：射出成形前應先清理模具。可能是射出機的因素造成樹脂堆積和裂解，應該檢查樹脂流動的順暢性，定期清理堆積廢料。黑紋有可能是滑塊和頂釘的潤滑油脂所造成的，應定期清潔頂針和滑塊。應定期清潔或拋光流道系統表面，以免這些區域累積污垢。黑紋可能是受到料筒壁面或螺桿表面污染，特別是進行兩種塑料的射出成形時，前一種塑料可能還維持在料筒內，必須完全清理。（4）選擇適合模具的射出成形機規格：選擇比較適合所使用塑料的螺桿，使塑料達成一個比較好的混合熔膠狀態。可以向塑料供應商要求提供適當的螺桿設計資訊，以避免塑料過熱而裂解。射出量一般應該維持在機器規格的20~80%。對於溫度敏感的材料則使用更窄的溫度範圍。檢查料筒／螺桿表面的刮痕或齒痕，以免累積塑料，而造成塑料過熱或燃燒。檢查固加熱片或控制器是否失效，以免造成塑料過熱。塑膠射出成形之模流分析軟體可以協助模具選擇適當規格的射出機，如此，可以避免塑料停留在料筒內太長的時間。(5)調整成形條件：假如料筒和噴嘴溫度太高，料筒內的塑料可能過熱而導致裂解，可以降低料筒溫度和噴嘴溫度。另外，可以降低背壓、螺桿轉速、射出速度或射出壓力，以避免太高的剪切熱造成裂解。另外，應檢查料筒和噴嘴的加熱片，校準熱對偶，以確定料筒和噴嘴的溫度。表面剝離表面剝離（delamination）是指塑件表面的層狀剝離塑料，如圖1-5，其造成的原因為：●混合材料之間的相容性不佳。●成形製程使用了過量的脫模劑。●模穴內的熔膠溫度太低。●濕氣太重。●澆口和流道具有尖銳轉角。表面剝離的改善方法說明如下：（1）改變塑料準備程序：避免採用性質不明的塑料或回收塑料。遵守塑料乾燥的指示，在射出成形前確實將塑料乾燥。過多的濕氣加熱會造成蒸氣，導致塑件表面剝離。(2)變更模具設計：將澆口與流道的轉角平滑化，可以避免造成塑料剝離。(3)調整成型條件：假如熔膠溫度太低，塑件層之間可能無法鍵結，受到頂出的作用力，可能使塑件剝離，應嘗試提高料筒溫度和模具溫度。嘗試提高背壓。避免使用過量的脫模劑解決脫模問題，應該改良頂出系統或排除其他的脫模困難。(調高射出速度和調高降背壓或許可以改善塑件表面剝離。)圖1-5表面剝離尺寸變化尺寸變化(dimensionalvariation)指在相同的射出機之成形條件下，每一批成形品之間或每模射出的各模穴成形品之間，所得到的塑件尺寸都會變化，如圖1-6所示。其造成的原因為：●射出機控制系統不穩定。●成形窗口太狹窄。●成形條件不恰當。●射出單元的Checkring損壞。●塑件性質不穩定。●流道不平衡。圖8-6塑件尺寸變化改善塑件尺寸變化之方法說明如下：(1)改良塑料準備程序：假如每批射出塑件都會改變尺寸，應與塑料供應商洽談改變塑料批號。假如塑料太潮濕，必須預先乾燥。不規則的塑料顆粒尺寸可能使熔膠產生不同程度的混合，導致不穩定塑件的尺寸變化，嘗試降低添加回收塑料比例。(2)變更模具設計／元件：針對模具與塑料設計適當的流道與澆口和系統。可以使用塑膠射出成形的模流分析軟體進行流道系統尺寸最佳化，以確保熔膠平順地充填模穴。假如塑件於頂出時造成彎曲或扭曲，則應調整頂出系統。(3)檢查射出機元件：假如加熱片或熱對偶損壞而造成不穩定的熔膠流動，應予更換。假如checkring損壞或磨耗，應予更換。(4)調整成形條件：提高射出壓力與保壓壓力，以確定充填與保壓足量的塑料進入模穴。檢查冷卻系統以確定均勻的模穴溫度。設定適當的螺桿計量行程與射出行程，螺桿旋轉速度和背壓，使成形條件落入成形窗口。魚眼魚眼(fisheyes)是一種塑件表面的瑕疵，導致於未熔化的塑料被壓擠到模穴內，而呈現在塑件表面的瑕疵，如圖1-7所示。其形成的原因包括：˙料筒溫度太低。˙添加太多的再研磨塑料。˙塑料受污染。˙螺桿轉速太低和背壓太低。圖1-7魚眼改善塑件發生魚眼的方法說明如下：(1)改良材料準備程序：將不同的塑料分開儲存於不同的容器或袋子內，以避免塑料相互摻雜。根據塑件品質的要求，降低所添加再研磨塑料的比例。假如允許使用再研磨塑料時，首先應該嘗試添加10%看看，再逐漸調整比例。(2)調整成形條件：提高料筒溫度。在塑化階段提高螺桿轉速，以造成更大量的磨擦熱，將塑料熔化。提高背壓，使塑料均勻混合成熔膠狀態。塑料供應商通常可以提供塑料的料筒溫度、背壓、螺桿轉速等資訊，但還要根據現場狀況進行調整。(3)檢查射出機元件：檢查加熱片、熱對偶和控制器的功能是否正常。料筒是否太短而無法塑化樹脂。毛邊毛邊(flash)指在模具的不連續處（通常是分模面、排氣孔、排氣頂針、滑動機構等）過量充填造成塑料外溢的瑕疵。如圖1-8所示。造成毛邊的原因包括：(1)鎖模力太低：射出機鎖模力太低，不足以維持成形製程的模板緊閉，會發生毛邊。(2)模具有縫隙：假如模具結構變形、分模面不夠密合、機器規格不當、成形條件不當、分模面卡料等因素都可能造成分模面接觸不完全，造成毛邊。(3)成形條件：熔膠溫度太高或射出壓力太高等造成榮焦流動性過高的不當成形條件都會造成毛邊。(4)不當的排氣：設計不當和不良的排氣系統、或是太深的排氣系統都會造成毛邊。圖1-8毛邊改善塑件發生毛邊方法說明如下：（1）調整模具設定：檢查模具的對準和模板的翹曲變形。確定模具有適當的排氣孔。模具的公、母模不能對齊或密合性不佳都會造成毛邊，必須正確密閉地安裝設定模具。銑削模面，使得模穴周圍能夠維持足夠的密合壓力。假如成形時造成模板變形，應增加支撐柱塊或加厚模板，以防止模板變形。清理模面，分模面有未清理乾淨的塑料會造成模具無法密合，產生毛邊。檢查適當的排氣孔尺寸。（2）調整機器設定：檢查射出機的鎖模力規格與設定。當機器有足夠的鎖模力容量，就應調高鎖模力。當機器的鎖模力不足時，就應提高射出機規格。（3）調整成形條件：假如熔膠溫度太高，可能因為太低的黏滯性而在模板之間溢料，可以觀察噴嘴的滴料(droop)情況來判斷。減低充填行程的長度，可以降低射出量。加長射出時間或者降低射出速度。應該降低充填速度，特別是降低接近充填完成時的充填速度，可能改善毛邊。降低射出壓力和降低保壓壓力，可以減低需求之鎖模力。降低料筒溫度和噴嘴溫度，因為太高的熔膠溫度會降低塑料的黏度，造成較