Wady powłok na formowanych częściach z tworzyw sztucznych: kratery, rybie oczka i inne

Wady powłok na formowanych częściach z tworzyw sztucznych: kratery, rybie oczka i inne

Najważniejsze wnioski

• Najpierw należy precyzyjnie nazwać wadę — kratery, mikroprzebicia, zmatowienie i sucha mgła natryskowa mogą wyglądać podobnie z odległości wyciągniętej ręki, ale mają bardzo różne przyczyny źródłowe.
• Każdą przyczynę należy przypisać do czterech grup — podłoże i formowanie, przygotowanie powierzchni, materiał powłoki oraz nakładanie i utwardzanie — aby dochodzenie nie utknęło na najbardziej oczywistym podejrzanym.
• Potwierdzać pomiarem, a nie opinią — kąt zwilżania lub testy dyne, analiza powierzchni, przekroje, próby naprężeniowe z rozpuszczalnikiem i kontrolowane próby zamieniają hipotezę w przyczynę źródłową.
• Zapobieganie leży w specyfikacji — zasady dotyczące środków antyadhezyjnych, suszenie, weryfikacja obróbki wstępnej, limity środowiskowe i kontrola zmian nie pozwalają rozwiązanej wadzie wrócić.

Malowane i powlekane części wtryskowe nie przechodzą kontroli estetycznej z zaskakująco krótkiej listy powodów, jednak ta sama wada może mieć źródło w formie, na linii obróbki wstępnej, w samej powłoce lub w kabinie natryskowej.

Ten przewodnik omawia wady najczęściej spotykane na powlekanych częściach z tworzyw sztucznych. Dla każdej opisano, jak wygląda, gdzie zwykle leżą przyczyny i jak potwierdzić, która z nich jest rzeczywiście odpowiedzialna.

Wady zanieczyszczenia powierzchni: kratery i rybie oczka

Jak wygląda. Kratery to małe okrągłe zagłębienia, w których mokra powłoka cofnęła się od punktu, często pozostawiając cienką warstwę lub odsłonięte podłoże pośrodku i podniesiony brzeg. Rybie oczka to ten sam mechanizm w większej skali: powłoka cofa się z obszaru i pozostawia okrągłą lub nieregularną pustkę z wyraźną krawędzią. Mogą pojawiać się losowo, w skupiskach lub we wzorze powtarzalnym, związanym z miejscem na części.

Mechanizm. Ciekła powłoka zwilża powierzchnię tylko wtedy, gdy energia powierzchniowa podłoża jest wystarczająco wyższa od napięcia powierzchniowego powłoki. Lokalna plama materiału o niskiej energii powierzchniowej tworzy gradient napięcia powierzchniowego, a mokra warstwa odpływa od niej.

Typowe przyczyny źródłowe.

• Podłoże i formowanie: silikon lub inny zewnętrzny środek antyadhezyjny, migracja plastyfikatorów, środków poślizgowych, antystatycznych lub innych dodatków na powierzchnię oraz smary z wypychaczy lub suwaków.
• Przygotowanie powierzchni: niepełne czyszczenie, zanieczyszczona woda myjąca lub płucząca, odciski palców i balsamy do rąk, rękawice lub opakowania zawierające silikon oraz olej lub woda niesione w sprężonym powietrzu do zdmuchiwania.
• Materiał powłoki: niezgodne dodatki, zanieczyszczone rozcieńczalniki lub zanieczyszczenie krzyżowe z innych powłok we wspólnym sprzęcie.
• Nakładanie: natryski, smary lub środki czyszczące zawierające silikon używane w pobliżu kabiny oraz olej w powietrzu rozpylającym.

Jak potwierdzić. Należy zmapować zwilżalność powierzchni na całej części za pomocą roztworów dyne lub pomiaru kąta zwilżania, porównując obszary z wadą z obszarami dobrymi oraz części prosto z prasy z częściami, które przeszły obsługę. Gdy trzeba zidentyfikować zanieczyszczenie, analiza wrażliwa na powierzchnię, taka jak FTIR-ATR, XPS lub SIMS z analizatorem czasu przelotu, na miejscach wad i na próbkach wycierania pozwala odróżnić silikon od olejów węglowodorowych lub zmigrowanych dodatków. Sprężone powietrze można sprawdzić, dmuchając nim na czystą białą ściereczkę lub lustro, a próba z podziałem partii na części formowane bez zewnętrznego środka antyadhezyjnego jest często rozstrzygająca.

Wady płynięcia i warstwy: skórka pomarańczy, sucha mgła natryskowa, spływy i zacieki

Skórka pomarańczy i słabe rozpływanie

Jak wygląda. Punktowany, teksturowany wygląd przypominający skórkę cytrusa, najbardziej widoczny w świetle odbitym na wykończeniach wysokiego połysku. Powłoka dotarła na część, ale nie wyrównała się, zanim straciła ruchliwość.

Typowe przyczyny źródłowe. Większość przyczyn leży w powłoce i jej nakładaniu: zbyt wysoka lepkość, zbyt szybka mieszanka rozpuszczalników, niewystarczające rozpylenie (nierównowaga ciśnienia cieczy i powietrza), zbyt duża odległość pistoletu, zbyt mała grubość warstwy do wyrównania, zbyt krótki czas odparowania lub zbyt wysoka jego temperatura oraz nadmierna prędkość powietrza w kabinie. Po stronie podłoża tekstura formy, linie płynięcia lub zapadnięcia mogą przebijać przez cienką warstwę i być mylone ze skórką pomarańczy.

Jak potwierdzić. Zmierzyć lepkość przy pistolecie kubkiem wypływowym w rzeczywistej temperaturze materiału, zmierzyć grubość warstwy mokrej i suchej oraz porównać każdy parametr nakładania z kartą techniczną dostawcy powłoki. Nałożyć powłokę na gładką płytkę odniesienia obok części produkcyjnych; jeśli płytka jest gładka, a część nie, do wady przyczynia się powierzchnia podłoża.

Sucha mgła natryskowa

Jak wygląda. Szorstka, piaszczysta, matowa powierzchnia, na którą rozpylone krople dotarły częściowo wyschnięte i nie mogły się połączyć. Często koncentruje się na krawędziach, odległych stronach części lub w obszarach objętych przypyleniem.

Typowe przyczyny źródłowe. Pistolet trzymany zbyt daleko od części, zbyt wysokie ciśnienie rozpylania, rozpuszczalnik zbyt szybki dla temperatury kabiny, duży przepływ powietrza oraz mocowanie narażające części na przypylenie z sąsiednich przejść. Potwierdza się to przez zmapowanie występowania wady względem ścieżki natrysku oraz kontrolowane zmiany odległości pistoletu i mieszanki rozpuszczalników.

Spływy i zacieki

Jak wygląda. Kurtyny, krople lub pogrubione dolne krawędzie na powierzchniach pionowych, gdzie mokra warstwa spłynęła pod wpływem grawitacji, zanim związała.

Typowe przyczyny źródłowe. Nadmierna grubość warstwy, zbyt niska lepkość, zbyt wolny rozpuszczalnik, pistolet zbyt blisko lub nadmierne nakładanie się przejść oraz zimne części lub zimny materiał wydłużające czas, w którym warstwa pozostaje płynna. Znaczenie ma geometria części: wnęki, żebra i ostre narożniki wewnętrzne gromadzą materiał. Potwierdza się to pomiarem grubości warstwy w miejscu zacieku i w sąsiednim dobrym obszarze, a następnie zmianą jednego parametru naraz.

Wady wynikające z podłoża: wrzenie rozpuszczalnika, mikroprzebicia i odgazowanie

Jak wygląda. Małe pęcherze, kratery z punktowym otworem u podstawy lub otwarte mikroprzebicia, pojawiające się zazwyczaj po odparowaniu lub podczas wypalania.

• Powłoka i utwardzanie: rozpuszczalnik uwięziony pod powierzchnią, która zbyt szybko się zasklepiła, z powodu dużej grubości warstwy, krótkiego odparowania lub zbyt szybkiego narastania do temperatury wypalania. To klasyczne wrzenie rozpuszczalnika.
• Podłoże i formowanie: gaz uciekający z samej części. Żywice higroskopijne, takie jak nylon, poliwęglan i ABS, pochłaniają wilgoć, która jest uwalniana po ogrzaniu powleczonej części. Pustki, porowatość, srebrzenie i uwięziony gaz na liniach łączenia lub w słabo odpowietrzanych obszarach mogą również uwalniać gaz przez mokrą warstwę.

Jak potwierdzić. Wykonać przekrój wady i zbadać ją pod powiększeniem: pustka zaczynająca się na granicy z podłożem wskazuje na odgazowanie, a pęcherz zamknięty w warstwie — na uwięzienie rozpuszczalnika. Wypalić niepowleczoną część w tym samym cyklu i sprawdzić, czy powierzchnia nie ulega zaburzeniom. Przeprowadzić próbę, w której części są suszone lub podgrzewane przed powlekaniem, oraz drugą z wydłużonym odparowaniem; reakcja na każdą z nich rozdziela wilgoć podłoża od uwięzienia rozpuszczalnika. Korelacja miejsc wad z liniami łączenia, wlewami lub obszarami końca wypełnienia wskazuje na proces formowania.

Wady środowiskowe: zmatowienie i wtrącenia zanieczyszczeń

Zmatowienie (blush)

Jak wygląda. Mleczny, zamglony lub białawy odcień w powłoce przezroczystej lub barwnej, zwykle równomierny na powierzchni, a nie zlokalizowany.

Mechanizm i przyczyny. Szybkie odparowanie rozpuszczalnika chłodzi mokrą warstwę. Gdy warstwa spada poniżej punktu rosy otaczającego powietrza, wilgoć skrapla się w niej i może powodować wytrącanie składników powłoki lub zatrzymywanie wody. Przyczyniają się do tego wysoka wilgotność, szybkie mieszanki rozpuszczalników, zimne części i silny przepływ powietrza.

Jak potwierdzić. Skorelować wystąpienia z zapisywaną temperaturą kabiny, wilgotnością względną i punktem rosy. Próba z wolniejszą mieszanką rozpuszczalników lub opóźniaczem w tych samych warunkach jest zwykle rozstrzygająca. Prawdziwe zmatowienie należy odróżnić od bielenia samego podłoża, które jest problemem ataku rozpuszczalnika omówionym poniżej.

Wtrącenia zanieczyszczeń

Jak wygląda. Podniesione punkciki, włókna lub cząstki osadzone w warstwie lub pod nią.

Typowe przyczyny źródłowe. Większość tworzyw to izolatory elektryczne i łatwo gromadzi ładunek statyczny przyciągający pył z powietrza. Źródła to opakowania, karton, włókna odzieży, zużyte filtry kabiny, sprzęt natryskowy oraz cząstki żelu lub niefiltrowany materiał w samej powłoce. Wypływka z formy lub zdegradowana żywica mogą się również pojawiać jako wtrącenia.

Jak potwierdzić. Zbadać wtrącenia pod mikroskopem i w razie potrzeby wykonać ich przekrój. To, czy cząstka znajduje się pod warstwą, czy w niej, oraz czy jest włóknem, żelem farby czy fragmentem polimeru, wskazuje źródło. Pomiar ładunku statycznego na częściach wchodzących do kabiny pokazuje, czy zdmuchiwanie jonizowanym powietrzem działa.

Wady przyczepności: słaba przyczepność i unoszenie krawędzi

Jak wygląda. Powłoka, która nie przechodzi próby siatki nacięć z taśmą, łuszczy się przy obsłudze lub unosi się najpierw na krawędziach części, w narożnikach i wokół otworów.

Typowe przyczyny źródłowe. Niska energia powierzchniowa podłoża, obróbka wstępna, która nie dociera do krawędzi, wnęk ani tylnej strony części trójwymiarowych, zanieczyszczenia, chemia powłoki nieodpowiednia dla żywicy, niedostateczne utwardzenie oraz naprężenia skurczu powłoki koncentrujące się na krawędziach, gdzie warstwa jest cienka lub ostre promienie pozostawiają niewiele powłoki.

Jak potwierdzić. Ustalić granicę zniszczenia, sprawdzić energię powierzchniową na krawędzi w porównaniu z powierzchnią czołową i zweryfikować utwardzenie. Badanie utraty przyczepności omówiono krok po kroku w naszym przewodniku o tym, dlaczego farba i tusz odwarstwiają się od części z tworzyw sztucznych, a dobór obróbki wstępnej — w części o obróbce wstępnej powierzchni tworzyw sztucznych.

Atak rozpuszczalnika: bielenie, pęknięcia siateczkowe i pękanie naprężeniowe

Jak wygląda. Szronowe bielenie, sieci drobnych pęknięć siateczkowych lub widoczne pęknięcia w podłożu pod powłoką lub w jej pobliżu. Pękanie może pojawić się podczas odparowania, po wypalaniu lub dni i tygodnie później w eksploatacji, i często koncentruje się w pobliżu wlewów, linii łączenia, ostrych narożników, wypustów i wtopionych wkładek.

Mechanizm. Żywice amorficzne, takie jak poliwęglan, ABS, mieszanki PC/ABS, akryl i polistyren, są podatne na rozpuszczalniki w powłoce. Rozpuszczalnik uplastycznia powierzchnię, a tam, gdzie część jest poddana naprężeniom rozciągającym — z formowania, montażu lub obciążenia — pęknięcia siateczkowe i pęknięcia inicjują się przy poziomach naprężeń znacznie niższych niż te, które tolerowałby materiał suchy. Jest to forma środowiskowego pękania naprężeniowego.

Typowe przyczyny źródłowe. Po stronie formowania: wysokie naprężenia wtryskowe wynikające z niskiej temperatury stopu lub formy, wysokiego ciśnienia docisku, niezrównoważonego chłodzenia, ostrych narożników i położenia wlewu. Po stronie powłoki: agresywne rozpuszczalniki, długi czas przebywania w stanie mokrym i duże grubości warstw utrzymujące rozpuszczalnik przy powierzchni.

Jak potwierdzić. Próby zanurzeniowe z rozpuszczalnikiem pod naprężeniem, w których części są wystawiane na odczynnik znany z wywoływania pęknięć siateczkowych w danej żywicy przy określonym poziomie naprężeń, ujawniają, gdzie koncentrują się naprężenia wtryskowe; zanurzenie w lodowatym kwasie octowym jest od dawna ugruntowaną praktyką dla ABS, a dostawcy żywic publikują porównywalne metody dla innych materiałów. Części przezroczyste można badać między skrzyżowanymi polaryzatorami. Przydatna jest próba wyżarzania: wyżarzyć zestaw części poniżej temperatury ugięcia cieplnego żywicy, pokryć je powłoką obok niewyżarzonych próbek kontrolnych i porównać. Jeśli wyżarzone części opierają się pękaniu, przyczyną są naprężenia wtryskowe, a trwałe rozwiązanie leży w formie lub procesie, ewentualnie w połączeniu z mniej agresywnym układem powłokowym.

Budowa uporządkowanej sekwencji rozwiązywania problemów

Dochodzenia dotyczące wad powłok najczęściej idą źle, gdy zmienia się kilka rzeczy naraz lub gdy działa się na podstawie pierwszego wiarygodnego wyjaśnienia. Zdyscyplinowana sekwencja pozwala uniknąć obu błędów.

• Udokumentować wadę. Sfotografować ją w powiększeniu, zapisać jej położenie na części, częstość i moment wystąpienia. Zachować części wadliwe i dobre z tego samego okresu.
• Sklasyfikować ją według warstwy. Na podstawie przekrojów ustalić, czy wada leży w warstwie, na granicy faz czy w podłożu. Samo to eliminuje całe kategorie przyczyn.
• Zapytać, co się zmieniło. Kandydatami są partia żywicy, barwnik, udział regranulatu, środek antyadhezyjny, konserwacja formy, ustawienia obróbki wstępnej, partia powłoki, rozcieńczalnik, filtry kabiny, pogoda i obsada.
• Zmierzyć powierzchnię. Sprawdzić energię powierzchniową na częściach po formowaniu, po obsłudze i po obróbce wstępnej.
• Sprawdzić nakładanie względem karty technicznej. Lepkość, temperatura, grubość warstwy, czas odparowania, harmonogram utwardzania i środowisko.
• Przeprowadzić kontrolowane próby. Zmieniać jedną zmienną naraz, uwzględniać próbki kontrolne i użyć wystarczającej liczby części, aby zobaczyć, że odsetek wad zmienia się poza normalną zmienność.
• Udowodnić przyczynę. Najsilniejszym potwierdzeniem jest możliwość wyłączenia i ponownego włączenia wady przez zmianę podejrzanej zmiennej.

Dodatkowe informacje o czyszczeniu, obróbce wstępnej i doborze powłok dla części formowanych zawiera artykuł przygotowanie tworzyw sztucznych do malowania.

Zapobieganie nawrotom przez specyfikację i kontrolę procesu

Wada, która została usunięta, ale nie została ujęta w specyfikacji, powróci, gdy zmieni się dostawca, operator lub materiał. Trwałe zapobieganie obejmuje zwykle:

• Wymagania dla podłoża: zakaz lub kontrola zewnętrznych środków antyadhezyjnych, określenie dopuszczalnych pakietów dodatków, ograniczenie regranulatu, określenie suszenia żywic higroskopijnych oraz ustalenie testu akceptacji naprężeń wtryskowych tam, gdzie powłoki rozpuszczalnikowe stosuje się na żywicach podatnych.
• Kontrole przygotowania powierzchni: określony proces czyszczenia, parametry obróbki wstępnej z mierzonym celem energii powierzchniowej lub kąta zwilżania oraz częstość weryfikacji.
• Higiena zakładu: polityka wolna od silikonu w obszarze powlekania, czyste rękawice i opakowania oraz filtracja i osuszanie sprężonego powietrza z okresowymi kontrolami.
• Okno nakładania: udokumentowane limity lepkości, grubości warstwy, odparowania i utwardzania, z zapisem temperatury kabiny, wilgotności i punktu rosy.
• Kontrola zmian: wymóg powiadamiania o zmianach żywicy, barwnika, dodatków, środków antyadhezyjnych i receptury powłoki, z ponowną kwalifikacją przed produkcją.

Znaczenie ma również dobór powłoki: układ dopasowany do żywicy, geometrii i środowiska eksploatacji zapewnia szersze okno procesowe, jak opisano na naszej stronie o powłokach przemysłowych.

Potrzebna pomoc w tej sprawie?

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w zakresie analizy przyczyn źródłowych wad powłok, obróbki wstępnej powierzchni i opracowywania procesów powlekania formowanych części z tworzyw sztucznych. Nasz zespół ds. usług inżynieryjnych współpracuje z producentami przy opracowywaniu procesów, kwalifikacji materiałów i rozwiązywaniu problemów produkcyjnych. Skontaktuj się z nami, aby omówić Państwa zastosowanie.

Najczęściej zadawane pytania

Jak odróżnić krater zanieczyszczeniowy od wrzenia rozpuszczalnika?

Kratery zanieczyszczeniowe tworzą się zwykle, gdy powłoka jest jeszcze mokra, i pokazują warstwę cofniętą od punktu, często z podniesionym brzegiem. Wrzenie rozpuszczalnika i wady odgazowania pojawiają się zwykle podczas odparowania lub wypalania i często mają mikroprzebicie lub pęcherz pośrodku. Przekrój pokazujący, czy wada zaczyna się na podłożu, czy w warstwie, w połączeniu z mapą zwilżalności części zwykle je rozdziela.

Czy środek antyadhezyjny może powodować wady powłoki, nawet gdy części wyglądają na czyste?

Tak. Silikon i inne środki antyadhezyjne mogą działać już przy bardzo niskich stężeniach powierzchniowych, niewidocznych dla oka. Kontrole kąta zwilżania lub dyne oraz analiza powierzchni wykryją je tam, gdzie kontrola wzrokowa zawodzi. Pozostałości mogą też przenosić się z formy na kolejne wtryski po zaprzestaniu stosowania środka antyadhezyjnego.

Dlaczego pękanie pojawia się dni po powlekaniu, a nie natychmiast?

Rozpuszczalnik zatrzymany w warstwie lub wchłonięty w podłoże może nadal oddziaływać na obszary z naprężeniami po opuszczeniu linii przez część, a obciążenia montażowe lub eksploatacyjne dodają naprężeń. Środowiskowe pękanie naprężeniowe zależy od czasu, więc części, które przechodzą kontrolę końcową, mogą później popękać siateczkowo lub pęknąć. Próby naprężeniowe z rozpuszczalnikiem i próby wyżarzania pomagają ustalić, czy przyczyną są naprężenia wtryskowe.

Czy zmatowienie jest problemem powłoki czy kabiny?

Zwykle jednego i drugiego. Zmatowienie wynika ze skraplania wilgoci w warstwie, gdy odparowujący rozpuszczalnik chłodzi ją poniżej punktu rosy, więc kluczowa jest kontrola wilgotności i temperatury. Wolniejsza mieszanka rozpuszczalników lub opóźniacz mogą poszerzyć okno procesowe, ale zapisywanie punktu rosy w kabinie jest najpewniejszym sposobem zapobiegania nawrotom.

Co powinna zawierać specyfikacja powłoki dla części formowanych, aby zapobiegać wadom?

Powinna obejmować wymagania dla podłoża, takie jak ograniczenia dotyczące środków antyadhezyjnych, limity suszenia i regranulatu, przygotowanie powierzchni z mierzalnym celem energii powierzchniowej, okno nakładania powłoki, w tym grubość warstwy i utwardzanie, limity środowiskowe w kabinie oraz wymagania kontroli zmian dla żywicy, dodatków i receptury powłoki. Należy określić standardy wyglądu i metody badania przyczepności, aby akceptacja była obiektywna.

---