プラスチック製品表面の白斑対策

外観上の問題にはさまざまなものがあります プラスチック 製品に発生する最も一般的な問題は、金型のパーティングラインの問題です。これは通常、金型温度の上昇、射出成形ゲート位置の変更、あるいは外観上問題のない面への流動方向の変更などにより、比較的容易に特定・解決できます。しかしながら、パラメータ調整や金型の改造を行っても、外観上の問題が改善しないケースもあります。本日は、白斑／変色／ガスパターンの問題について解説します。

表面が白く見えるのはなぜですか?

この欠陥は黒色の材料でより顕著で、成形品にはっきりとした白い斑点が現れます（図1）。現場の技術者や設計者によっては、これらの白い斑点の原因について様々な意見があり、「ガスパターン」や材料に起因する白い曇りなどと説明されることがあります。これらの白い部分は射出成形品の射出成形面に近いことが多いため、 成形 ゲートの問題が発生した場合、パラメータ調整では解決できないため、金型の改造を依頼するエンジニアもいます。問題が「ベント」に起因する場合、以下の調査方法があります。

1. 材料に空気を吹き込み、強い白ガスまたは蒸気が存在するかどうかを観察します。
2. 射出中に、射出成形機のバレルから時々ポップ音がするかどうかを確認します。
3. ガス残留が疑われる場合は、洗浄剤で金型表面を拭いてから 10 ショットを発射し、欠陥が続くかどうかを確認します。

最初の2つの点が発生した場合、材料の水分含有量の測定など、材料の問題に対処する必要があるかもしれません。しかし、これら3つの点のいずれにも問題が見られない場合、ガス関連の問題はほぼ排除できます。

なぜこのような白化現象が発生するのでしょうか？図1の製品を例に挙げてみましょう。射出ゲートは上部の非外観面に位置しています。ショートショットサンプルでは、充填段階の最初から白化現象が発生していることが分かります。これは、この問題がその後の保圧段階とは無関係であることを示しています。問題は充填段階で発生するため、通常の成形におけるメルトフロー挙動を理解することが不可欠です。 射出成形 （図2）ファウンテンフロー場と呼ばれる、金型キャビティ内の溶融金属は、凝固層、せん断層、中央流動層の3層に分かれています。プラスチック製品の加工温度は通常230～320℃であり、 型 金型温度が40～80℃の場合、溶融金属は金型壁と接触すると急速に冷却され、凝固層を形成します。金型温度が低いほど凝固層は厚くなり、溶融金属の流路が狭くなり、より高い射出圧力が必要になります。

スクリューバレルが一定の線速度で前進すると仮定すると、小型射出ゲート内の溶融樹脂の流量は金型キャビティ内の流量よりもはるかに高くなります。この時点で、材料ヘッド前端の冷たい材料は、金型キャビティ上で急速に固化します。 型 キャビティ表面が高温になり、その後のホットメルトが冷たい材料を除去できず、図 3 の状況 C が発生します。射出ゲートの速度が速い場合は、ジェッティングや焼けなどの問題が発生する可能性もあります。

ソリューション

上記の理論から、白斑の発生要因は2つにまとめられます。第一に、原料の先端に冷たい材料が存在することです。これは、コールドランナー設計やホットランナーの制御が不十分な場合に発生する可能性があります。第二に、射出ゲートから金型キャビティへの速度変化が急激すぎるため、冷たい材料が金型キャビティ表面で急速に固化し、流入するホットメルトとの温度差が大きくなり、色ムラが発生します。

成形技術の観点からは、金型温度の高温化と多段射出速度制御によって調整が可能です。金型温度が高いと凝固層の厚さが薄くなり、急速加熱冷却（RHCM）などの溶融池の流れの挙動が変化する可能性があります。多段射出速度制御は主に射出ゲートで行われ、溶融樹脂がスムーズに移行してから再び加速できるようにします。しかし、射出ゲートでこのような微小な体積内で精密な速度制御を行うには、応答速度の速い射出成形機（できれば全電動式）が必要です。

金型設計においては、コールドランナーが長くなりすぎないようにし、コールドランナーの厚みがスムーズに変化するようにすることが重要です。サイドインジェクションゲートは、速度を低減するために扇形のインジェクションゲートとして設計できます。

製品設計においては、製品の厚さに大きな差が生じないようにし、厚い部分と薄い部分の接合部で変化をつけることが推奨されます。

上記は、プラスチック製品表面の白い斑点に関する分析と解決の方向性です。高品質のプラスチック製品の製造が必要な場合は、Grandshineチームにお気軽にご相談ください。米国とシンガポールに専門のエンジニアリングチームを擁し、中国とマレーシアには自社工場を構えています。ご相談をお待ちしております。 kaiwin@grashine.comまで。