一, Classificação e Mecanismo de Formação de Bolhas
As bolhas de moldagem por injeção de plástico transparente são divididas principalmente em dois tipos: bolhas presas e bolhas de vácuo, e seu mecanismo de formação está intimamente relacionado às propriedades do material, parâmetros do processo e design do molde.
1. Bolhas de Gás Aprisionadas: Armadilhas Físicas para Retenção de Gás
Quando o plástico fundido preenche a cavidade do molde, se o projeto do sistema de exaustão do molde for insuficiente ou a velocidade de injeção for muito rápida, o ar dentro da cavidade do molde e o gás gerado pela decomposição do plástico não poderão ser descarregados a tempo, e será envolvido pelo fundido para formar bolhas. Por exemplo, o material de PC é propenso a se decompor e produzir CO₂ em altas temperaturas. Se a superfície de partição do molde não estiver equipada com ranhura de exaustão, o gás permanecerá no interior do produto, formando bolhas circulares com diâmetro de 0,1-2 mm.
2. Bolha de Vácuo: O Jogo Mecânico do Estresse de Encolhimento
Durante o processo de resfriamento de componentes transparentes de paredes espessas (como lentes e placas guia de luz), a superfície externa solidifica rapidamente devido à baixa temperatura do molde, enquanto o fundido interno gera pressão negativa devido ao encolhimento. Se a pressão de retenção for insuficiente ou o tempo de retenção for muito curto para compensar o encolhimento, uma "bolha de vácuo" será formada. Este tipo de bolha localiza-se principalmente no centro do produto, com diâmetro superior a 5mm, podendo expandir com o tempo.
2, Pré-tratamento de materiais: eliminando perigos ocultos da fonte
A umidade e as substâncias voláteis do material são as principais causas da formação de bolhas. Tomando como exemplo o PC, sua taxa de absorção de água chega a 0,3% -0,4%. Se não estiver totalmente seco e aquecido acima de 230 graus, a água irá vaporizar e formar bolhas de vapor. A prática da indústria mostrou que:
Processo de secagem: O PC precisa ser seco a 120-130 graus por mais de 6 horas, com espessura de camada menor ou igual a 30 mm e teor de umidade menor ou igual a 0,02%; O PMMA requer secagem a 70-80 graus por 4 horas, com espessura de camada de 30-40 mm.
Equipamento de secagem: Adota secador de circulação de ar quente e equipado com sistema de desumidificação para evitar poluição secundária das matérias-primas pela umidade do ar. Um certo fabricante de eletrônicos atualizou seu equipamento de secagem e reduziu a taxa de bolhas de 3% para 0,5%.
Pureza da matéria-prima: selecione matérias-primas de alta-pureza e evite usar misturas com alta proporção de materiais reciclados. As impurezas podem reduzir a fluidez do fundido e exacerbar o fenômeno do gás aprisionado.
3, Projeto do molde: construção de canais de escape de gás
O projeto do molde é um elo fundamental na prevenção e controle de bolhas, que precisa ser otimizado a partir de três aspectos: sistema de canal de fluxo, estrutura de exaustão e sistema de resfriamento:
1. Sistema de canais: Transmissão de pressão equilibrada
Posição da comporta: A comporta deve ser colocada na parte mais espessa do produto para encurtar o caminho de enchimento do fundido. Por exemplo, um molde de lente de celular moveu a porta da borda para o centro, reduzindo a taxa de bolhas em 40%.
Tamanho do canal: O diâmetro do canal deve ser 20% -30% maior que a espessura da parede do produto para garantir transmissão de pressão suficiente. Para componentes de paredes espessas, como placas guia de luz, um sistema de câmara quente pode ser usado para reduzir o enchimento incompleto causado pelo resfriamento frontal do fundido.
Poço de material frio: Instale um poço de material frio no final do canal principal para capturar o fundido resfriado precocemente e evitar que ele entre na cavidade do molde e forme defeitos.
2. Sistema de exaustão: Libera o gás preso
Ranhura de exaustão: Uma ranhura de exaustão com profundidade de 0,02-0,05 mm e largura de 3-5 mm deve ser aberta na área de contato entre a superfície de partição, o núcleo e a cavidade. Para componentes eletrônicos de precisão, um sistema de exaustão a vácuo pode ser usado para reduzir a pressão dentro da cavidade do molde para menos de -90kPa.
Aço respirável: Incorporação de aço respirável em áreas de paredes espessas e utilização de sua estrutura microporosa para expelir gases. Depois de usar aço respirável para um determinado molde de painel de carro, a taxa de bolhas diminuiu de 8% para 1%.
3. Sistema de resfriamento: controle a taxa de contração
Controle de temperatura do molde: As peças de paredes espessas precisam aumentar a temperatura do molde (o PC recomenda 100-130 graus) para retardar a solidificação da superfície e fornecer tempo de encolhimento suplementar para o encolhimento interno do fundido. O molde do invólucro de um dispositivo médico foi aquecido de 80 a 120 graus usando uma máquina de temperatura de molde, resultando em uma redução de 70% nas bolhas de vácuo.
Circuito de água de resfriamento: Adotando um circuito de água de resfriamento conformado para garantir o resfriamento uniforme do produto. Para peças irregulares, moldes de impressão 3D podem ser usados para incorporar canais de resfriamento conformes, reduzindo o tempo de resfriamento em 20% -30%.
4, Parâmetros de processo: Arte do equilíbrio dinâmico
Os parâmetros do processo de moldagem por injeção precisam ser ajustados dinamicamente de acordo com as características do material e a estrutura do produto, sendo o núcleo o controle da velocidade, pressão e temperatura de enchimento do fundido:
1. Velocidade de injeção: controle-de vários níveis
Adotando injeção de vários-estágios "lenta, rápida e lenta":
O primeiro estágio é de velocidade lenta: encha o sprue a uma velocidade máxima de 5% -10% para evitar superaquecimento e decomposição por cisalhamento do fundido;
Segunda seção de alta-velocidade: Encha a cavidade do molde a uma velocidade máxima de 80% -90% para reduzir o resfriamento da frente de fusão;
A terceira etapa é a velocidade lenta: compactar o produto a uma velocidade máxima de 20% -30% para compensar o encolhimento.
A taxa de bolha de um determinado molde de revestimento de laptop foi reduzida de 5% para 0,8% por meio de injeção em vários-estágios.
2. Pressão de injeção e pressão de retenção: gerenciamento de gradiente de pressão
Pressão de injeção: É necessário superar a viscosidade do fundido, mas pressão excessiva pode causar estresse interno. A pressão de injeção para produtos de PC é geralmente de 80 a 120 MPa, enquanto para PMMA é de 60 a 100 MPa.
Pressão e tempo de retenção: A pressão de retenção deve ser de 70% -80% da pressão de injeção, e o tempo de retenção deve cobrir mais de 95% do tempo de resfriamento do produto. Para componentes de paredes espessas, uma estratégia de "retenção curta de alta pressão" pode ser adotada, como manter a 150MPa por 2 segundos, para evitar concentração de tensão causada por compactação excessiva.
3. Temperatura do barril: controle segmentado
A temperatura do barril de material precisa ser ajustada em seções, aumentando gradualmente da seção de alimentação até o bico:
Seção de alimentação: A temperatura está abaixo do ponto de fusão do material para evitar derretimento prematuro e bloqueio da rosca;
Seção de compressão: A temperatura sobe para 10-20 graus acima do ponto de fusão do material para garantir a plastificação uniforme do fundido;
Seção de medição e bico: A temperatura é 5-10 graus mais alta que a da seção de compressão, reduzindo a viscosidade do fundido e melhorando a fluidez.
Um determinado molde de lente óptica reduziu a taxa de bolha de 2% para 0,3%, otimizando a curva de temperatura do cilindro.
5, detecção inteligente e controle de processo
Práticas de ponta-do setor mostraram que a introdução de sistemas inteligentes de detecção e monitoramento de dados pode melhorar significativamente a eficiência da prevenção e controle de bolhas
Detecção on-line: monitoramento em tempo real do processo de enchimento por fusão usando câmeras de alta-velocidade e algoritmos de IA, identificando a posição e o tamanho das bolhas e fornecendo feedback para ajustar os parâmetros do processo.
Rastreabilidade de dados: Estabeleça um banco de dados de processos completo, desde lotes de matérias-primas até testes de produtos acabados, preveja o risco de bolhas por meio de modelos de aprendizado de máquina e obtenha manutenção preventiva.
Controle de circuito fechado: Integração de sensores de temperatura do molde, sensores de pressão e sistemas de controle de máquinas de moldagem por injeção para obter ajuste automático de parâmetros. Um determinado fabricante de eletrônicos reduziu a taxa de defeitos de bolhas de 1,5% para 0,1% por meio de um sistema de controle de circuito-fechado.
6, Estudo de caso: solução Bubble para lentes de câmera-de celular de última geração
A lente de uma determinada marca de câmera de celular é feita de material PC, com espessura de 2,5 mm e diâmetro de 12 mm. O processo original tem uma taxa de bolha de 3%. Ao implementar as seguintes medidas de otimização, a taxa de bolha foi reduzida para 0,2%:
Pré-tratamento do material: Aumente a temperatura de secagem de 110 graus para 130 graus, estenda o tempo de secagem para 8 horas e reduza o teor de umidade para 0,015%;
Projeto do molde: O diâmetro da porta foi expandido de 1,2 mm para 1,8 mm, a superfície de partição foi aumentada em 0,03 mm com uma ranhura de exaustão e a temperatura do molde foi aumentada de 90 graus para 120 graus;
Parâmetros do processo: Adotando injeção "lenta rápida lenta" (velocidade de 10%/85%/25% respectivamente), pressão de retenção de 100MPa, tempo de retenção de 4 segundos;
Controle inteligente: Apresentando um sistema de detecção on-line para ajustar a velocidade de injeção e a pressão de retenção em tempo real.
