これらおよびその他の射出成形欠陥を回避するには、適切な金型メーカーを使用し、これらの欠陥を検出してトラブルシューティングを行う適切な品質保証を備えた部品メーカーを持つことがすべてです。
例えば自動車業界では、規格不適合のプラスチック部品は自動車の品質低下に直結し、人命の安全を脅かすことさえあります。
したがって、溶接線の形成過程とその影響因子を研究し、溶接線をなくす方法を見つけることは、実用上大きな意義がある。
溶接線の形成メカニズム
射出成形プロセスにおけるプラスチック製品では、プラスチック溶融がキャビティを充填する際、2つ以上の溶融流が最初の部分で出会い、冷却されているため完全に統合できない場合、交差点で溝が形成され、溶融マークが発生します。
プラスチック製品の “ウエルドライン “とは、溶融した2本のストランドの形態構造と機械的特性が接触する3次元的な領域を指し、他の部分とは全く異なる。
射出成形部品で最も一般的なウェルドラインは、基本的に2種類ある：
一つは、異なるゲートからキャビティに入る溶融フロントの出会いで形成される溶融接合マークで、冷間溶融接合マークと呼ばれます。これは、射出成形部品の構造的特徴または大きなサイズにより、溶融流と金型充填時間を短縮するために2つ以上のゲートを使用する場合です。
もう1つは、キャビティにコアとインサートが装備されている場合、低温の溶融物はこの障害物を迂回する際に2本のストランドに分かれ、障害物を迂回した後に2本の溶融物が再結合してホット・ウェルド・マークと呼ばれる溶接痕を形成する。
プラスチック製品のウエルドマークの原因
1.ゲートを高速で通過した樹脂溶融物は、そのままキャビティに入り、キャビティ表面に触れて硬化し、後続の樹脂溶融物に押されて蛇行痕が残る。
2. 射出金型設計が多ゲート給湯方式を採用する場合、プラスチック溶融フロントが相互に収束します。穴や障害物の領域では、溶融フロントも2つに分割されます。不均一な均一な肉厚も溶接マークにつながります。
3.サイドゲートを使用し、プラスチックがゲートを通過した後、滞留材料領域がない、または滞留材料領域が不十分な場合、スプレーマークが発生しやすい。
プラスチック製品のウェルドマークに対するソリューション
1.ゲートの数を減らす。
2.ゲートの位置を調整する。
3.融合部の近くに材料のオーバーフロー・ウェルを追加し、溶接線をオーバーフロー・ウェルまで移動させてから取り除く。
4.ウェルドライン部の排気を高め、この部分の空気や揮発性物質を速やかに排出する。プラスチックの流動性を高め、溶断時の材料温度を上げるために、材料温度と金型温度を上げる。
5.ゲートの位置と数を変更し、溶接線の位置を別の場所に移す。
6. 射出速度を上げる。
7.注入圧力を上げ、注入システムのサイズを大きくする。
8.離型剤の使用を減らす。
9.ゲートと溶接部の距離を短くする。
10.ゲートを通過した後、溶融プラスチックがピンや壁に当たるようにゲートの位置を調整する。
11.ゲートの形状を、ゲート領域に十分な滞留領域を持つオーバーラップゲートまたはラグゲートに変更する。
12.プラスチック溶融物の最初の射出速度を遅くする。
13.ゲートの厚さ/断面積を大きくして、材料のフローフロントが即座に形成されるようにする。
14.金型温度を上げ、材料の急激な硬化を防ぐ。
メルトマークの影響要因と解消に向けた改善策
メルトマークはプラスチック部品の品質に大きな影響を及ぼすため、その発生メカニズムと性能評価について多くの研究が行われ、さまざまな解決策が提案されています。
a. 温度の影響
温度を上げると、ポリマーの弛緩プロセスが促進され、分子鎖が絡み合う時間が短縮されるため、材料の前端部における分子の完全な融合、拡散、絡み合いが促進され、溶接接合部の傷跡部分の強度が向上する。
溶融温度の上昇がプラスチック部品表面のVノッチ深さの低減に有効であり、溶融温度を220℃から250℃に上げると、Vノッチ深さが7μmから3μmに減少することが実証されています。
33％ガラス繊維強化を含むPA66射出成形品の溶融マークの引張能力に対する温度の影響を研究し、溶融マークの有無にかかわらず、試験片の引張強度は溶融温度の上昇とともに増加することがわかりました。
温度変化がウェルドラインの引張強度に及ぼす影響は線形ではありません。比較的低温（70℃など）では、温度上昇に伴ってウェルドラインの引張強度が大きく変化します。
しかし、温度がある程度まで上昇すると、この変化は比較的平坦になる。
PA66（ガラス繊維35%強化）をABSとともに用いた実験でも、同様の結論が得られました。
シミュレーションを使用して、射出成形機の金型温度と溶融温度が、異なる材料によって形成される溶接マークの強度に同じ影響を与えないことがわかりました。
実験とシミュレーションの組み合わせにより、射出成形プロセスパラメーターの中で、溶融温度がABS樹脂部品のウェルドスプライスマークの強度に最も大きな影響を与えることがわかった。
b.射出圧力と保持圧力の影響
射出圧力は、プラスチック溶融の充填および成形における重要な要因です。その役割は、プラスチック溶融がバレル、ノズル、注湯システム、およびキャビティを流れる際の抵抗を克服し、プラスチック溶融に十分な充填速度を与え、溶融を圧縮して射出成形品の品質を確保することです。
射出圧力を高めることで、流路抵抗を克服し、圧力をメルトフロントに伝えることができるため、メルトは高い圧力でウェルドマークで融合し、ウェルドマークでの密度を高めることができ、その結果、ウェルドマークの強度を向上させることができる。
保持圧力を高めると、溶融分子鎖の運動エネルギーが高まるだけでなく、2本の溶融ストランドの相互結合が促進されるため、ウェルドマーク部分の密度が高まり、ウェルドマークの強度が向上する。
c.射出速度と射出時間の影響
射出速度を上げ、射出時間を短くすると、溶融前線が収束するまでの流動時間が短縮され、熱損失が減少し、せん断発熱が促進されるため、溶融粘度が低下して流動性が向上し、溶接痕の強度が向上する。
溶接継ぎ目の強度は射出時間に非常に敏感で、射出時間を短くするほど向上する。
ただし、射出速度が速すぎると乱流（メルトフラクチャー）が発生しやすく、プラスチック部品の性能に深刻な影響を及ぼします。
一般に、ウェルドラインが生じる射出成形は低圧・低速で開始し、その後、成形品の形状に応じてプラスチックの射出成形速度を調整します。
実際には、生産サイクルを短縮し、乱流を避けるために、中速から高速の射出速度が使用されることが多い。
射出速度は、キャビティ内の溶融物の流動挙動、キャビティ内の圧力と溶融物温度、および製品の性能に影響する。
射出速度が高いほど、金型の注入系およびキャビティ内を流れる溶融樹脂の流速も高くなります。材料に加わるせん断が強まり、摩擦熱が増加して温度が上昇すると、粘度が低下し、材料の流動距離も伸びます。さらにキャビティ圧力が上昇し、製品のウェルドライン強度も向上します。
また、部品の肉厚が均一でなく差が大きい場合、樹脂が射出成形金型のキャビティ内を流れる際の抵抗も異なります。厚肉部では抵抗が小さく流速が速い一方、薄肉部では抵抗が大きく流速が遅くなります。
流量のこの差のために、収束の異なる流量で、異なる肉厚から溶融し、最終的に溶接痕の形成の収束になるように。
射出成形プロジェクトのお見積もりが必要ですか？ZetarMoldのエンジニアリングチームから、競争力のある価格、DFMフィードバック、量産スケジュールを入手してください。
無料見積もりを依頼 → 全体像については、射出成形完全ガイドをご覧ください。
