埋入射出螺絲柱破裂的可能原因探討

埋入射出螺絲柱破裂的可能原因探討

之前工作熊曾經在部落格內說明公司的產品發生塑膠破裂的問題,我們初步認定是塑膠射出廠的製程管控不當所引起,而且分析不良品後發現破裂的地方是從埋入射出(mold-in INSERT)的螺絲柱一路往外裂開,所以箭頭就直指埋入射出的螺絲銅柱製程。

依照過去的經驗,這類埋入射出的螺絲原則上需要預熱(pre-heat)一段後才能放入模具中進行注膠的動作,否則就容易因內應力的產生而發生塑膠螺絲柱龜裂的不良。

只是塑膠廠一直堅持他們從以前就一直依照現在的製程生產,而且當時負責的工程師(因為產品是買進來的,當時的工程師也都離職了)也認可這樣的製程是可以接受的。

為了解決這個問題,我們也捫心自問,會發生埋入螺絲柱破裂的可能原因有哪些?所以下面工作熊列出四個可能的原因,如果有那位仁兄有任何建議或見解,也歡迎提供意見:







1. 塑膠使用回收料(re-grind resin)

一但塑膠使用了回收料(re-grind resin)射出,其射出成品的機械強度將會降低(degrade),這是因為塑膠經過射出機的導螺桿擠壓後,其原本的長分子鏈將會被打斷,原本糾殘在一起的分子鏈就變得比較鬆散,因此強度就跟著降低。

使用了回收料的塑膠其結構會變得比原來的脆,也無法承受原來比較大的應力,一旦埋入射出的螺絲有內應力產生時,就容易因為無法承受較大的應力而發生破裂的問題。

相關閱讀:為何塑膠使用回收二次料強度會降低

知道我的朋友應該知道我之前部落格裡探討過很多利用MFI(Mold Flow Index)管控回收二次的文章,有興趣的可以自己找一下。根據經驗,射出後塑膠的MFI值將會比原樹脂(virgin resin)增加25~30%的數字,所以只要檢驗其MFI值是否大於原樹脂規定的30%就可以初步判斷是否有添加二次料。

知道我的朋友應該知道我之前部落格裡探討過很多利用MFI(Mold Flow Index)管控回收二次的文章,有興趣的可以自己找一下。根據經驗,射出後塑膠的MFI值將會比原樹脂(virgin resin)增加25~30%的數字,所以只要檢驗其MFI值是否大於原樹脂規定的30%就可以初步判斷是否有添加二次料。

2. 埋入螺絲未預熱(pre-heat)

依照過去的經驗,埋入射出的螺絲基本上需要預熱後才能放入模具中進行注膠的動作,否則容易因為內應力的產生而發生螺絲柱龜裂的不良。

其理由也很簡單,就是「熱脹冷縮」的原理,因為銅質的埋植螺絲於環境溫度下接觸到塑膠熔融時的300°C左右,正當埋植螺絲還處在快速加熱及膨脹過程中,外頭的塑膠已經開始在快速的冷卻與縮收了,外頭收縮,內部膨脹,一縮一放之間應力就產生在塑膠與埋植螺絲的交接之處,當塑膠的強度小於內應力時,塑膠柱就這麼硬生生的發生破裂了。

相關閱讀:埋植螺絲塑膠破裂問題探討

3. 塑膠的射出條件影響不佳

塑膠射出時如果使用較小的背壓並縮短時間,可以讓塑膠不要射得那太飽,可以稍微降低埋入射出螺絲的內應力發生,這是因為塑膠柱往內擠壓的力量會變小,因為擠壓埋植螺絲的力量就會降低。

不過使用較小的背壓及縮短射出時間也容易產生未飽料及縮水(Sink Marks)等缺點,也可能降低需要承受力量結構處的強度,不可不慎。

4. 螺絲柱外徑設計的缺失

根據埋入射出螺絲柱的設計規範(參考DUPONT文件『Molded-In Inserts: Precautions and Guidelines』),要求螺絲柱的外直徑大約落在埋植螺絲外徑的1.5倍就可以了,除非螺絲柱的外直徑大於12.9mm(0.5")才不需要遵守。(只是一般的螺絲柱周遭不一定會有輔助肋,要真的依照設計規範將外徑設計為1.5倍的埋入銅釘直徑,這璧厚會變得相當薄,如果是M2以下的囉絲或許可以,但如果是比較大的螺絲,個人還是會設計在2.0~2.5倍之間)

這是因為越厚的螺絲柱,其冷卻時往內收縮的尺寸就會越大,相對的所產生的往內應力也就越大,產生螺絲柱破裂的風險也就越高。

根據埋入射出螺絲柱的設計規範(參考DUPONT文件『Molded-In Inserts: Precautions and Guidelines』),要求螺絲柱的外直徑大約落在埋植螺絲外徑的1.5倍就可以了,除非螺絲柱的外直徑大於12.9mm(0.5")才不需要遵守。

這裡有個有趣的觀念請大家想看看,同樣的埋植螺絲外徑,各自使用下列三種嵌入製程,其螺絲柱的外徑大小順序為何?


延伸閱讀:
【螺絲】與【塑膠柱】的設計原則
塑膠的特性整理 ─ 物理特性、機械特性
超音波熔接 ─ 埋植螺絲塑膠柱破裂的可能原因




訪客留言內容(Comments)

純猜測
埋入射出(Mold-in)>超音波埋植(Ultrasonic)>熱熔埋植(hea stacking)
因為埋入射出(Mold-in)算是一體成形吧
超音波埋植的話最少外徑不會一起震吧
熱熔我想最厚,因為太薄會整個熔了

KSC;
看來就只有你最捧場了,
原本想說等久一點,看看有沒有其他人的留言。
你的答案應該已經是正確答案了,觀念也很正確喔!

看來是材料(金屬、塑膠)收縮過程不同所造成的一種狀況, 敘述的狀況不是很清楚, 所以說不是很能夠判斷, 例如說是擺放一段時間造成還是一離模就產生…

內應力和融合線是一體兩面, 塑膠材料有融合線基本上強度就會下降, 冷融合線的強度又比熱融合線的強度下降更多, 再加上成型保壓時推擠產生的內應力, 成品靜置後遇熱(回火)/吸濕(膨脹),就有可能產生破裂.

如果這個裂紋是沿著融合線的方向斷裂,那麼可以朝向模具澆口位置和材料的強度問題.
如果這個材料是有含Fiber(圖不是很好辨識),那麼要再加上Fiber結構排向問題.

Seigfried;
我們有檢查過這個裂紋並不是沿著溶合線(welding line)破裂的,
其實一開始我們也是這麼認為,但拿到時計破裂的產品後,發現並不是。
材質為純PC,Sabic的料,射出前的濕度管控也是懷疑的重點。

或許可以嘗試射出透明的PC
再使用偏光鏡觀查其應力分佈狀況
如破裂處為內應力造成
則在該處補強或擾流
將內應力移走

YWH;
不錯的建議,可以來試看看。

这个关系的太多了,
1.有可能热熔时速度太快
2.温度太低
3.设计缺项
配合间隙小,柱子壁厚小,孔深度不够。
4.螺母设计的滚花需改良
5.选择的塑胶料,及注塑参数
总之就是热熔的螺母时的力大于螺母柱的力。

銅釘上面有殘留切銷油! chemical attack!

Leechin;
當初沒有想到是否有切銷油的問題!
後來我們要求廠商螺絲釘預熱,問題就解決了。
最根本的解決方法則是設計變更,把塑膠的肉厚縮小。到目前不良沒有再發生。


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