八月初车间做了一批产品专用吸塑内托,片材厚度0.4毫米,客户用来装小型电子元器件的。吸塑成型出来之后对着灯光一看,内托表面密密麻麻布满了细小的麻点,不仔细看以为是灰尘,拿无尘布擦了擦发现擦不掉,是材料本身的问题。这种麻点在透明吸塑托上特别扎眼,电子元器件客户对外观要求高,稍微有点瑕疵直接判不合格。
一开始还以为是片材原料的问题。换了两个批次的PET切片重新挤出片材再吸塑,麻点依旧存在,分布位置和密度都差不多。那就不是原料批次的事了,得往片材挤出环节找原因。
用放大镜仔细观察了麻点的具体形态。分布在吸塑托表面的麻点大小不太均匀,大的像针尖,小的几乎看不清,但有一个共同点就是都在片材的同一面出现,另一面是光滑的。这说明问题出在片材挤出成型的过程中,不是吸塑成型阶段造成的。吸塑阶段的麻点通常是加热不均或者模具表面脏污导致的,形态会跟模具纹理有关联,而这批麻点的分布是随机的,跟模具结构没有对应关系。
把挤出机从螺杆到模头的各个环节都捋了一遍。PET片材的挤出流程是切片从料斗进入螺杆,在螺杆的输送和剪切作用下熔融塑化,然后经过换网器和计量泵,从衣架式模头挤出成一定厚度的片材。片材表面的麻点大概率是在熔融塑化或者模头出口这两个环节产生的。
挤出机螺杆转速这个参数引起了注意。这台设备生产0.4毫米片材的时候螺杆转速设定在每分钟42转,这个速度用了大半年没动过。但最近车间为了赶一批对折式吸塑包装的订单,做的是0.6毫米片材,螺杆转速调到了每分钟55转。做完那批单子之后切回0.4毫米片材的时候,操作工忘了把转速降回来,在55转的状态下挤了大概两个小时的片材。后来发现了调回42转,但麻点已经出现了,而且调回来之后也没有消失。
为了验证螺杆转速和麻点的关系,做了一组对照试。分别在38转、42转、48转、55转四个转速下各挤了一段片材,用同一套吸塑模具成型做内托。38转和42转做出来的内托表面基本干净,放大镜下能看到零星几个极小的点,不影响外观。48转出来的表面出现了比较多的细麻点。55转做出来的跟问题批次一模一样,密密麻麻的麻点铺了一面。
螺杆转速偏高的时候PET材料在螺杆里受到的剪切作用更强烈,摩擦产生的热量也更多。PET对温度比较敏感,局部温度过高的时候分子链会发生热氧化降解,分解出来的小分子物质在熔体中形成微小的气穴或者凝胶颗粒。这些颗粒随熔体从模头挤出来之后就成了片材表面的瑕疵点。转速越高、剪切越强,降解产物就越多,片材表面的麻点也就越密。
还有一个因素是转速高了之后物料的停留时间变短了。PET切片在螺杆里需要充分的熔融塑化时间,转速太快的话物料还没完全熔透就被推向模头了,未熔融的颗粒在模头出口处造成局部缺陷,也会表现为麻点。这两种情况在48转以上都会出现,只是各自的贡献比例不同。
光调转速还不够,模头出口的温度也做了一点补偿。原本模头温度设定在270度,对于55转生产过的设备来说,模头内壁可能残留了一些降解产生的碳化物,这些碳化物随熔体拖出来会在片材表面形成细小的拉痕或麻点。把模头温度升高到278度,让熔体流动能力稍强一些,顺便把模头内壁的残留物冲刷一下。持续挤了半个小时之后把温度降回270度,再做出来的片材麻点明显减少了。不过这个操作只能作为临时的补救措施,频繁升降模头温度对设备寿命不好,属于特殊情况的处理办法。
生产0.4毫米薄片材的时候螺杆转速控制在38到42转之间是比较稳妥的区间,做0.6毫米以上的厚片材可以适当提高到48到50转,但每班次换规格的时候操作工必须确认转速参数已经切换到位,不能凭记忆操作。车间后来在挤出机的控制面板上贴了一张转速对照表,不同片材厚度对应的推荐转速范围一目了然,换规格的时候对着调就行。
这批麻点的问题前后折腾了一个星期,最后就是把螺杆转速从55转调回了42转,再把模头温度短暂提了一下把残留物冲掉,后续做的片材吸塑出来的内托表面就恢复干净了。问题本身不复杂,但排查的过程绕了一圈,因为一开始谁也没想到是转速没调回来这种操作层面的失误。
后来做产品专用吸塑内托的时候,车间会在每班次开机之前先挤一小段片材出来做外观预检,对着光看表面有没有麻点或者晶点,确认没问题了再连续生产。这个预检操作花不了两分钟,但能提前发现问题,避免了整批报废的损失。
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