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滚塑模具表面出现气泡的原因是什么?

2022-03-28 09:19:54

滚塑模具生产过程中,常常会遇到制品表面或内部出现气孔的问题,从而影响制品的外观甚至物理性能,我们找到了一些相关的原因,希望能给大家带来启发。


气泡产生的原理:

滚塑是一个非稳定状态的热性制程, 气泡是滚塑本质上的一部分;粉体、颗粒与液态系统均会产生。在粉体与颗粒成型中,当融解在一起时,空气会被陷在粉体/颗粒之间;液态系统中,气泡会因混合及流动引起的乱流而形成。对于大部分的产品,气泡会造成物理性质上致命缺点。


在滚塑模具加工过程中气泡形成与融解的过程分成四个阶段:

阶段一:粉体颗粒在模具内表面融解在一起而将空气陷在内部。小的粉体颗粒倾向于先粘附至模具表面,而陷住比较小的气泡在模具表面。当粉体颗粒进行连续性的披覆,也同时沿着截面产生连续性的气泡。

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阶段2:当聚合物融解,陷在颗粒间的空气会在产品的截面的表面处形成不规格的气袋。


阶段3:持续性的加热会降低聚合物的粘度,因表面张力的作用会将空域压缩成小面积,而让不规则的气袋变成球状。超过150℃ (PE),依材料的融解性质,气泡会开始相当快速的消失。


阶段4:气泡内的气体会消失入周围的聚合物内。如氧气会与聚合物反应,同时其它的气体会溶解或渗移。之后,所有的气泡会消失入聚合物内而留下没有气泡的截面(这会依材料的流变性质及加热循环的长短而定)。


气泡产生的因素:滚塑制品表面如果有不符合要求的气泡,一般情况下是因为下列因素造成:


1.材料颗粒形状、尺寸和分布不好。初始的气泡尺寸是发生于材料涂覆在模具的初期,以随机陷在粉体颗粒间的空气量而决定的。这些空气域的尺寸是依融解指数、颗粒形状、尺寸与分布、加热速率及材料密度而定。材料若是不适当的研磨,会有尾状及不规则形状的颗粒。在融解期间,这种情形会增加空气域的尺寸与数量。规则形状的颗粒在降低初始气泡的含量上有着重大的作用。材料内若含有高成分的细粉体颗粒时,会产生较小但数量较多的气泡。反过来说,较粗的材料会产生较少但较大的气泡。


2.材料的塑化程度不够。滚塑产品完全塑化的发展是材料粘度及使用加热速率的机能;当材料吸收热,粘度会下降让颗粒融解在一起且气泡会消失;较低粘度及较低密度的材料因此可以比其它材料进行较快。很明显的须求为平衡完全塑化的时间,以发展出材料的性质且避免劣化。


3.脱膜剂的使用。表面气孔是滚塑成型产品自然的特性;当空域在产品的表面上形成,浮力、毛细现象或流体动力施加在气泡上的力并无法克服表面张力(在PE材料,透过融体将气泡升起的浮力不够让气泡自由的浮至表面)。反而当金属表面与聚合物的表面能量施加在气泡上时,有助于将气泡移除。在某些材料内,表面气孔是无法移除的,纵使延长加温时间与温度,空域仍以相同的方式存在产品的壁上。是否融解的材料能充分的湿润金属模具的表面取决于表面能量;聚烯烃的表面张力值范围为20~50 dynes/cm,金属的值会比融解材料的表面张力高,因而聚合物会附着并湿润其表面。如果模具的表面能量小于液态聚合物,那么材料不会湿润其表面。


模具脱模剂的作用会明显的降低模具的表面能量,因而降低吸引材料至模具的力。若不使用脱摸剂,表面气孔会降低;不过,将材料从表面移除也会更困难。若使用脱模剂,会产生高密度的表面气孔。裸金属(也就是没有脱模剂)在降低表面细孔上,并没有像理论所预测的一样,因为氧化层形成在金属表面上而降低了表面能量/张力。以各种类的一般性脱模剂测试,显示所有种类会产生类似的表面气孔,且表面处理(抛光对未抛光)并未显示对于产品上的之后成型后的表面气孔有重大的影响。


对于铝铸模与板金模,模具气孔会是个严重的问题。气孔会在已成型的产品上产生吹孔;这些气孔也会导致泄漏。所有的铸造模具在铸造的过程都会包含有某个程度的气孔─问题会发生于气孔在模具内产生破裂处。板金模具会在焊缝的地方可能产生气孔斑。

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