注塑件气泡的形成及排除方法

浮亦

注塑时产品内含气泡是个常见但要解决的问题。

本文将气泡形成的三个原因讲述，并提供解决方法。

除非是要达到设计的效果，透明产品是不容许藏有气泡的。

气泡亦减弱了产品的机械强度，或客户指定的产品重量，都是要避免的。

注塑件内含气泡，可归纳为三个原因：空气、水气及真空。



空气

料筒内

在料筒内，塑胶颗粒之间是含空气的。当塑胶塑化时从料斗进入料筒，空气便一同带了进去。适当的背压将螺杆前面的熔融压紧，气泡被压破，便没有经过喷咀注射到模腔里。

较简单的注塑机设计是没有背压表的。背压是多少只能从流量控制阀的关闭度量出来，但背压与阀的转角没有线性关系，只能从螺杆后退速度观察出来。




图1 背压的形成

含背压表的注塑机，读出的压力并非熔融的压力，只是注射油缸的压力。两者之间有个约10倍的关系。有些注塑机将这个关系画成图表，附在注射挡板上，可用来将读出的背压表压力转换为熔融压力。




图2 压力转换

模腔内

无论是厚壁或薄壁产品，模腔内或多或少的空间都有空气，没有排到模具外时便与注射进来的熔融混在一起，形成气泡。

注射速度

注射速度太高，如使用氮气加速注射，模腔内的空气可能来不及排出，困在模内，形成气泡。如薄壁注塑要求极高的射速才能填满模腔的话，便只能在排气槽、低锁模力及抽真空来著手。

排气槽

模具在分模面上都刻上排气槽，从模腔伸展到膜具的周边。排气槽有宽度，深度及条数这些参数。

排气槽的深度只容许空气排出，不容许粘性较高的熔融洩漏（否则形成毛边）。排气槽深度不超过0.03mm，宽度一般不小于6mm。排气槽每相隔25-50mm开一条。留意排气槽的深度是受锁模力影响的。

操作员要设置最低但足够（不产生毛边）的锁模力，而不是尽用锁模力，这样不只排气槽会被压扁少一些，对模具及注塑机锁模机构（含机铰，铰肖，铰肖套，拉杆及模板）的寿命会延长，锁模的时间也会缩短。




图3 排气槽

透气钢

如产品外表不需要光泽，可採用透气钢来做模具，利用钢材内的微孔排气。

抽真空

在一些稳闭的地方或冷流道上，开个抽真空的点，接到真空泵上，在注射时抽出模腔内的空气。

抽真空与排气槽及透气钢是互斥的，两者不能同时使用，否则真空便抽不成了。

水气

塑胶颗粒从空气中吸收了水份，要撤底排除才不致于在高温（>1000C）加热后释放出来，跑到产品里去。

据各种塑胶的要求，乾燥温度及时间都不一样。请参考下表。



表1 不同塑胶的乾燥温度及时间

乾燥料斗从大气中吸取空气，将其加热至乾燥温度，从下向上流经料斗内的塑胶，再从顶部排回大气中。




图4 乾燥料斗

上表的乾燥条件是在200C的大气温度及65%的相对湿度下，用高效率之涡轮风车产生气流，而乾燥后塑胶的水分含量会低于0.02%。

　　如华南地区的暮春时节，相对湿度超过90%，乾燥效果便较次，可以採取以下方法来解决。

乾燥时间

　　延长乾燥时间是容易理解的方法，热的气流便有更多时间将附在塑胶颗料上的水份带走，塑胶便更乾燥。料斗容量加大便能延长乾燥时间。

　　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 = 週期时间，秒
　　t = 乾燥时间，小时

料斗容量

　　料斗的规格以容量标示，有以下多种。供应商为了简化计算，有以下的一个选择指引。




表2 供应商的选择料斗指引

要留意的是料斗要配用吸料机，不断将用掉的塑胶补充，维持有恒定的塑胶量于料斗内，才能洽当地乾燥塑胶。不然的话，当料斗内的塑胶耗尽才添加，靠近出口的塑胶没乾燥多久便跑到料筒内，湿气便未能排除了。

料斗容量计算例子

　　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小时。

从公式(1)，
　 H = 3.6*32*20*5/24 = 480 kg

　　查找表2的料斗容量后，选择了500 kg容量的乾燥料斗。
表2的计算

　　假设最多只用注塑机注射量的8成注塑，表2的推荐代表

　　 t / c = 0.8H / (3.6*s)， 算出来是由0.119至0.033不等，就是：
　　 乾燥时间，小时 =（0.033~0.119）*週期时间，秒。
参考表3。





表3 指引的乾燥时间与週期时间之比

以瓶坯例子算，乾燥时间最多也只有0.119*24 = 2.9小时,是不足够表1所需的4~5小时的。
　　从另一角度去看，32*20 g / 0.8 = 800 g，按表2是选用100 kg的乾燥料斗，与上例算出的480 kg料斗相差许多。
　　这指出了表2的选择在个别情况下是过小的，可能是气泡生成的原因之一。以公式(1)来选择便更有把握了。

除湿乾燥机
以加大料斗容量来增加乾燥效果还是难以保证塑胶的乾燥度的，原因是大气湿度增加多少，乾燥时间要增长多少才能补偿呢？况且，大气的湿度每天都有在改变，乾燥太长时间亦浪费能源。

　　除湿乾燥机能够使乾燥度有保证，而且与大气湿度无关。

除湿乾燥机与乾燥料斗是一同使用的。从乾燥料斗排出的含湿气的气流进入除湿乾燥机。经过滤及冷却后，气流的水份在旋转的蜂巢里的分子筛被吸收，再送回乾燥料斗的吸气入口。这样一来，气流便是个封闭系统，不受大气的湿度影响。蜂巢里的分子筛由一个独立及与大气接触的气流排去水份，使其再生。




图5 除湿乾燥原理

　蜂巢式的除湿乾燥机产生的乾风燥度（亦称绝对湿度）达露点-400C，相当于相对湿度0.60%或水份含量0.013%或128 ppm。除湿乾燥机的乾燥能力是以每小时能乾燥某种塑胶多少kg来算的，是选型的标准。

两级乾燥
　　蜂巢式的除湿乾燥机不算便宜。有业者採用两级乾燥料斗，来争取比单台乾燥料斗更好的乾燥效果。




图6两级乾燥

乾燥温度
塑胶供应商都有推荐乾燥温度的。如乾燥时间恒定，提高乾燥温度的确能提高乾燥效果，但太高的乾燥温度会使其中的成份浑发，影响其颜色、透明度及机械性能。

真空

注塑厚壁产品时都会遇到表面凹痕。凹痕是塑胶从熔融状态冷却到固体时收缩所做成的。如保压参数及流道设计得宜，是可以避免的。

当厚壁产品的表面已冷却固化但内里还是流体的话，只能在内里收缩，便做了“气泡”。“气泡”里没有空气，亦没有水气，只有真空。其排除方法与凹痕相同。

冷流道的直径如与最大壁厚相若的话，保压便能经过还未凝固的流道对产品填补塑胶，排除“气泡”。





图7 真空“气泡”



如何辨别

三种气泡的成因不同，排除的方法也不同，那我们如何分辨出是哪种气泡呢？

　　如塑胶是透明或半透明的话，可用以下方法分辨气泡的成因。

个数

　　空气及水气的气泡的个数较多，但真空的气泡只存在最厚处的里面，个数少或只有一个。

位置

　　空气及水气的气泡的位置是随机的，在数件产品内，气泡有不同的位置。真空的气泡的位置都是在最厚处的中间位置，不偏不倚，而且每件产品的气泡大小都是几乎是一致的。

加热澎涨

空气及水气气泡在加热后，产品软化，气泡会澎涨，真空的气泡则不会，反而缩小，或外壁下陷。可将产品放在有刻度的光学仪器下加热前后观察出来。

形状

空气及水气的气泡都是圆球形，但真空气泡则不一定。






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