高光沢プラスチック製品の表面曇り欠陥を解決するには？

高光沢・高輝度のプラスチック製品は、表面の反射率が高いため、欠陥が極めて目立ちやすい。わずかな欠陥でも容易に発見され、隠蔽することはできない。作業場内の微細な粉塵は、ピット、ヒケ、表面汚染などの品質問題を引き起こす可能性がある。したがって、清浄度管理は歩留まりに影響を与える重要な要素となる。

図1　不良プラスチック製品

図2 改良されたプラスチック製品

現象

視覚的には、写真に示されているように、プラスチック製品の表面に白い霞状の欠陥が見られます。この種の白い水滴跡の欠陥は、黒色の高光沢プラスチック製品で特に目立ちます。図1に示すように、製品はPP素材でできています。表面には、雲や霧のように見える、さまざまな大きさの白い斑点や不規則なパッチが散在しています。

理論

上記の分析に基づくと、理論的な説明は以下のとおりです。

材料供給段階では、プラスチック粒子間に一定の隙間が生じます。これらの隙間から、スクリューのせん断工程中に空気がバレル内に入り込むことがあります。スクリューせん断中、材料は物理的変化を起こし、ガラス状状態から高弾性状態へ、そして高弾性状態から溶融流動状態へと移行します。

この変形プロセスは、プラスチック射出成形機の条件や製品のサイズによって、わずか数秒から数十秒しかかからない場合があります。このような複雑な変形を短時間で完了させると、射出成形不良が発生しやすくなります。

プラスチック粒子間の隙間が圧縮されると、閉じ込められた空気が溶融材料に溶け込むことがあります。可塑化の過程でバレルから空気を効果的に排出できない場合、残ったガスは溶融材料の中に閉じ込められ、金型キャビティに注入されます。

金型からガスを効果的に排出できるかどうかは、金型の通気システムの品質に左右されます。通気システムが不十分な場合、曇り、ガス溜まり、焦げ跡などの欠陥が発生する可能性があります。

明らかに、白い曇りもガストラップの一種です。射出成形技術者の多くは、ガストラップによる欠陥は焼け跡だけだと誤解したり、ガストラップが発生するとすぐに通気溝を拡大したりします。しかし、この方法は科学的に正しくありません。

ガス閉じ込めが深刻化すると、燃焼痕が現れます。高圧・高速圧縮下では、閉じ込められたガスが逃げ出すことができず、局所的な燃焼を引き起こします。燃焼温度は瞬時に600～800℃に達することがあります。これは、ガス閉じ込めの最も深刻な段階を表しています。

ソリューション

白濁欠陥を防ぐために、ガスを効果的に放出するにはどうすればよいでしょうか？

1) カビ

ガス漏れの問題は、カビ対策だけでは完全に解決できません。

PP材料は、加工温度範囲が比較的広く、流動性にも優れています。金型の通気溝が大きすぎたり、位置が間違っていたりすると、適切なガス抜きができないだけでなく、バリが発生する可能性もあります。したがって、適切な通気設計が効果的なガス抜きの鍵となります。

2) プロセス

射出成形における適切な調整技術を習得することは、実際の生産において非常に効果的です。

1) ネジの回転速度を落とす

スクリューの回転速度を落とすことで、溶融温度をより均一にし、空気の混入の可能性を低減することができます。

スクリューの回転速度が速すぎると、材料中に空気が混入しやすくなります。同時に、スクリューによる過剰なせん断力によって摩擦熱が発生し、溶融温度が不均一になります。これは、材料の劣化やガスの発生につながる可能性があります。

2) 金型温度を上げる

金型温度を上げると、高圧かつ低速の充填が可能になり、ガス抜きのための時間を十分に確保できます。金型温度が低すぎると、プラスチック製品の表面が早期に固化する可能性があります。この場合、低速充填を効果的に行うことができず、ショートショットや充填不良が発生する可能性があります。

3) 噴射速度を落とす

噴射速度が速いほど、ガスの圧縮速度が速くなり、発生する温度も高くなります。噴射速度が遅いほど、ガスの圧縮は緩やかになり、閉じ込められた空気がより容易に放出されます。

4) 締め付け力

締め付け力が高いほど、キャビティ表面からのガス抜き効果は悪くなります。締め付け力が弱いほど、キャビティ表面からのガス放出は良好になります。

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