解決熱流道系統中的物料焦燒問題

文/Synventive Molding Solutions公司 Bill Rousseau

解決熱流道系統中的物料焦燒問題

文/Synventive Molding Solutions公司 Bill Rousseau

熱流道為塑料的成型帶來了很多好處，但同時也提高了模具的復雜性，延長了熔體的滯留時間，這可能會導致物料在熱流道系統中焦燒。在實際的生產過程中，焦燒問題經常被錯誤診斷而浪費了很多的時間，如果能預先花費一些額外的時間來了解這些問題產生的原因，可能會更快地找到解決方案。

熱流道系統提供了諸多好處：它們能通過避免物料的浪費和改善周期時間，為成型商節省成本；還能根據部件設計人員的要求將澆口放在正確充模所需要的任何位置；甚至允許成型人員獨立地開啟和關閉閥門，以獲得最佳的型腔填充和熔合線定位。但是伴隨著這些好處，模具的復雜性也隨之提高，并延長了熔融塑料的滯留時間，這可能會導致物料在熱流道系統中焦燒。

焦燒的根本原因被錯誤診斷是很常見的，這使成型人員在尋找解決方案上浪費了過多的時間，如果預先花一點額外的時間來了解這些問題，可能會更快地獲得一個解決方法。熱流道系統中的物料降解通常是由于熱歷史、過熱點、滯留點和排氣或這4個方面組合而引起的。

過度的熱歷史

在診斷一個焦燒問題時，必須考慮物料完整的熱歷史。許多聚合物都對時間/溫度敏感，這意味著它們只能在一段有限的時間內承受高溫，溫度越高，則在降解開始之前能經受的時間就越短。需要注意的一點是，即使較低的溫度也會增加物料的熱歷史，促使其將來的降解。

一個常見的錯誤假設是，如果物料在被清理出注塑機噴嘴時看上去沒有焦燒，那么問題肯定出在熱流道系統中。在清機過程中沒有焦燒的物料并不意味著這些物料沒有遭受較大范圍的熱歷史。許多物料不會顯示出明顯的降解跡象，直到它們達到臨界點，此時物料開始出現焦燒。因為熔融的物料最后流過熱流道系統，所以在熱流道中的停留時間往往只是“壓垮駱駝的最后一根稻草”，但是這會讓人們誤以為它是焦燒的根源。

甚至物料的干燥也會增加樹脂的熱歷史。過度的干燥通常不會在粒料上顯示任何可見的負面影響，但它確實增加了聚合物的熱歷史，并且會使物料更容易在加工過程的后期焦燒。

另一個常見的錯誤假設是，如果焦燒存在于某些熱流道噴嘴流出的物料中，那么這些噴嘴一定有問題。哪個噴嘴正在喂入焦燒的物料是有價值的信息，它可以幫助確定問題的根源所在，但也可能產生誤導。

設備噴嘴尖梢孔比入口孔小會在入口孔壁上形成一個物料滯留的區域（左）；設備噴嘴尖梢孔與入口孔一樣大小，在入口孔壁上沒有任何的滯留物料（右）

聚合物通常以層流的方式通過熱流道系統。層流是指物料以平行層流動，因此，在熔體層之間沒有混合。簡單來講就是壁上的物料將留在靠近壁的一層，流動中心的物料將留在中心一層。物料通過帶有多個分裂和旋轉的熱流道時情況可能會更復雜些，但它們將始終采用相同的路徑通過熱流道。由于層流的關系，源于上游的焦燒（如在機器噴嘴中）將始終沿著相同的路徑通過熱流道，并且經常會出現在從噴嘴流出的物料中。

過熱點

在熱流道系統中，發生焦燒的一個明顯原因是熱流道的某些區域的鋼溫度超過了設定值。熱流道區域超過溫度控制設定值是一個不容忽視的潛在問題，而且需要特別注意的是，即便溫度控制器顯示所有區域都處于設定值也并不意味著事實如此。能確定控制器報告值是否準確的唯一方法是，當系統處于設定值時，拆下頂部夾板并用高溫計檢查熱流道的鋼溫度。

如果在一個特定的熱流道噴嘴中存在溫度問題，且它正在對出現焦燒的部件區域進行喂料，那么減少傳遞到可疑噴嘴上的熱量能使此問題得到快速解決。降低正在對存在焦燒的區域進行喂料的噴嘴溫度是符合邏輯的，但通常這只是一個臨時的解決方案。如果焦燒問題源于上游，并且因為層流而沿著流孔壁傳遞到了某個噴嘴，那么冷卻此噴嘴雖然能將已經焦燒的物料限制住，并暫時將其從部件中消除，但根本問題還是沒有解決，焦燒最終還是會回到部件中。

左：在室溫下，滑動噴嘴的流孔沒有與集料管的流孔對準，這種設計建立在假定的通過集料管熱膨脹量來推動流孔達到完美對準的基礎上。這種方式嚴重依賴于工作溫度和熱流道與模具的加工公差。右：在室溫下，螺紋噴嘴的流孔與集料管內的流孔完全對準。這些噴嘴被設計成彎曲結構，當集料管增大時保持孔在任何溫度下的對準。正確的對準不受溫度或機械加工公差的影響

滯留點

滯留點是熱流道中的幾個點，物料在這些點被困，而沒有流過。這會導致少量的物料經歷一個極端的熱歷史甚至是降解，并在每次注射時慢慢地滲入到移動物料流中。高質量熱流道的供應商在系統制造和檢驗過程中，對潛在的滯留點給予了極大的關注，但是即便是在一個完美的熱流道系統中，也會有幾個常見的滯留點。

其中最常見的滯留點是在設備噴嘴和熱流道入口之間的接口上。入口的尺寸通常比入口流孔更小，這是為了在熱流道加熱和設備噴嘴被拉離入口時減少入口處的滴料量。成型人員應確定設備噴嘴的尺寸與熱流道入口尺寸相匹配，但此項工作經常未被實施，要么被忽略，要么誤解了孔之間應該是怎樣的關系。

當使用冷流道成型時，設備噴嘴孔應略小于冷注道襯套的孔，以確保在模具打開時冷卻在接口噴嘴面上的物料不會夾持模具中的注道。在這個接口處的物料在每個周期中都會被冷流道頂出，所以滯留點不是值得困擾的問題。

但采用熱流道時沒有理由使機器噴嘴孔的尺寸過小，為消除潛在的滯留點，線性的匹配才是比較理想的。同樣重要的是，機筒和設備噴嘴完美地與入口對準。

另一個常見的滯留點是在熱流道噴嘴與集料管的接口處。按照與集料管的配合方式，熱流道噴嘴分為滑動和螺紋兩類。滑動噴嘴沒有與熱流道集料管發生物理連接，它們是先被安裝在模具上，然后再將集料管放在其頂部，并用螺栓或僅由墊在頂部壓板上的墊塊固定。在室溫下，噴嘴內的流孔不與集料管內的流孔對準。集料管設計較小，以便于當它加熱和熱膨脹時，集料管和噴嘴中的孔能完美對準。

孔的對準取決于熱流道系統和模具的制造公差以及集料管的操作溫度。在絕大多數情況下可以預計的是，如果在操作溫度下，噴嘴的接口處產生了一個小的滯流點，噴嘴和集料管的小孔應該沒有完全對準。

螺紋噴嘴是通過螺紋旋進集料管本體。作為一個組件，它們的孔與集料管孔對準。在室溫下，這款完整的組件被滑入模具中。由于集料管膨脹，所以噴嘴被設計成彎曲的結構并保持了孔的完美對準。采用這種類型的系統，可以排除在噴嘴/集料管接口處由于尺寸公差累積或操作溫度上的變化而造成滯留點的可能。

這種焦燒看上去可能是來自于熱流道噴嘴，但實際上它是不適當的閥針順序造成夾氣的結果

冷流道排氣

熱流道系統最重要的優點之一是安排澆口順序的能力。大型復雜的多澆口部件經常采用熱流道系統，使澆口可以被順序安排，均勻地填充型腔，并消除或控制熔合線的位置。在這些部件上，熱流道經常將澆口開在冷注道或短冷流道中。

當調整閥式澆口順序以優化部件時，很容易在延遲的熱流道澆口處夾氣，而且排氣很困難。其結果是焦燒好像是源于熱流道澆口，但實際上是源于熱流道噴嘴處的夾氣。在處理按順序充模部件上熱流道澆口處的焦燒時，有一個簡單有效的測試，即在同一時間打開所有的澆口注射一次，看看焦燒是否消失。如果焦燒立即消失，那么可以肯定它是一個排氣問題，然后可以通過重點調整順序來解決，而不是將焦燒歸因于熱流道。

排除設備中的故障

當發現問題而模具尚在設備中時，應在拆卸模具之前進行一些基本的故障排除。不這樣做會失去快速收集關鍵信息的重要機會，這些信息將有助于更加妥善地排除故障。

如前所述，熱流道模具中的焦燒非常容易產生誤導。即使你認為自己已知道問題的根源，但進行一些快速的過程實驗來確定哪個成型參數影響此問題是可取的。即使會使問題變得更糟，但仍會產生有價值的數據。

第一步應該檢查清機的溫度。此時不要假定熔體是處于機筒的溫度下。螺桿轉速和背壓會對實際的熔體溫度有巨大的影響。降低它們往往是冷卻熔體的最快方法，同時也要觀察降溫是否能改善焦燒問題。

當熔體流經熱流道系統時，它還會從剪切中獲取大量的熱。放慢充模來看看它是否對這個問題有所影響。即使在較長的充模時間內無法成型出一個合格的部件，但了解充模速度的影響是十分有價值的，它可以幫助你獲得最終的解決方案。