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【收藏】纳米注塑常见11种失效案例分析及改善对策

导读:早期在全金属手机外壳时代,纳米注塑曾经风靡一时,如今,在3D玻璃及陶瓷外壳的潮流下,是否已经过气了呢?其实并不是,因为3D玻璃需搭配金属中框,一般是不锈钢或铝合金材质,铝合金不必多说,不锈钢也是可以纳米注塑的。并且,玻璃及陶瓷外壳在未来一段时间内仅适用于高端手机群,因此,纳米注塑技术依然是手机人需要研究的内容,今天,我们聚焦纳米注塑失效问题,来看一下11种常见纳米注塑失效案例分析及改善对策。


一、纳米注塑简介

纳米注塑是一种基于金属表面纳米构型的insert molding 工艺。其核心工艺是在金属表面纳米化学构型工艺 NCS( nanocrystallization chemical structure),通過在金属表面形成纳米级微孔,然后通过塑胶和处理好的金属件的嵌入式成型达到前所未有的超强结合力。


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、纳米注塑市前处理工艺举例

T处理是大家耳熟能详的纳米注塑前处理技术,然而市场上不仅仅只有T处理技术,同类处理技术还有C处理、B处理、HK处理、E处理、PMH处理、TRI处理等。

下表列举了几种前处理工艺的技术优劣,主要从生产效率、适用的金属类型及注塑产品类型等几个方面来介绍。


技术优势

技术劣势

T处理

生产效率高,适合不锈钢、铝合金和MIM,适合复杂结构件

使用大量强酸强碱污染环境,不适合压铸铝,时效只有一周

E处理

生产效率较高,结合强度高,适合复杂结构件,适合挤出铝和压铸铝,时效长达一月以上

不适合不锈钢和MIM

HK处理

超强结合力,HK制程容易控制, 工艺安全环保,  塑料选择多样化,金属塑料结合体阳极氧化稳定。适合型材铝、压铸铝,时效一周以上。

不适合不锈钢和MIM

TRI处理

结合强度高,适合复杂结构件,时效长达一月以上,使用的化学品较少

不适合不锈钢和MIM

图 大成公司的T处理流程 

纳米注塑材料说明

1

金属类材料

  • 铝合金类:1~7系铝,压铸铝

  • 镁合金类

  • 不锈钢类:sus304 ,316L等

  • 钛合金类

图:各式各样的纳米注塑手机中框以及外壳(来源:东莞市贝斯特热流道科技有限公司


2

塑胶材料

  • PPS系列:如Polyplastics ,Ticona ,TOSOH,鼎塑等

  • PBT系列:以Toray,Sabic,Dupont ,Cheil等厂家

  • PPA系列:Solvay ,EMS等

  • PAEK系列:验证中

  • PPSU系列:验证中


应注意的问题有:

1)以高级工程塑料优先

2)考虑与金属的热膨胀系数匹配性

3)结晶性塑料为主


例如:

最适合做纳米注塑的PPS材料

PPS树脂+ E物质/P物质+填充物+染色体系

图  PPS树脂+ E物质/P物质+填充物+染色体系

市面商用规格都是此类配方架构

 

推荐阅读:

探秘:NMT纳米注塑工程塑料如何选?


、纳米注塑失效分析及改善

失效分析的意义在于不断解决问题,持续改进,是全面品质管理非常重要、专业性最强的部分。

图:纳米注塑热流道,来源东莞市贝斯特热流道科技有限公司

纳米注塑成型是一个高度协作配合的四位一体系统工程

我们对这几部分的要求是:

材料:流动性,粘结性,可染色性,色彩稳定性,制程兼容性等

模具:机构、模具设计的合理性很大程度上决定了充填的效能,复转写效能

处理:纳米组织形态,大小,物质

成型:广义的成型制程,除了注塑外,包括后段的CNC、表面处理等。成制程参数的控制会直接影响产品品质


失效案例统计

图 失效案例统计

以现有的数据来看,各类的失效分析案例都占有相当大的比重,具体有哪些失效案例?我们来分析一下并找到它们的改善对策。

图:纳米注塑热流道,来源东莞市贝斯特热流道科技有限公司

1

塑料与金属分离粘结强度差

背景描述

塑料与金属分离粘结强度差,紧为正常情况下剪切力数值的三分之一。


原因分析

经分析发现,未形成理想的纳米组织。经深层次研究后发现此批产品有重工,重工后部分纳米组织达到预期。


改善对策

调整工艺,将不成功的纳米组织去掉,然后再过正常制程,使纳米组织达到预期。


2

X产品CNC后塑料剥离掉块

背景描述

CNC后塑料本体剥离、掉落。


原因分析

重结晶导致产品内应力开裂


改善对策

1)模具温度提高30度,cycle time 增加5s;

2)对产品的塑料进行结晶监控,降低重结晶;

3)成型后170度烘烤1小时。


3

X产品塑料开裂

背景描述

塑料有裂纹


原因分析

应力造成的塑料本体开裂


改善对策

1)反馈给材料供应商改善

2)在CNC之前退火处理


4

X产品杂色

背景描述

CNC后发现塑料深褐色絮状杂色


原因分析

经分析发现为浅色PPS交联至颜色变深。调查后发现,成型机设定温度实际温度相差30度,成型人员按照手册设定温度,未考察实际温度。


改善对策:

1)料温控制在330度以下,实测值

2)定期清理螺杆、料筒,防止局部积料


5

X产品银条

背景描述

塑料有条状发白。


原因分析

应力发白银纹带


改善对策

1)充分结晶

2)退火正常

3)材料增韧,如增加P物质

4)增加材料各組分相容性及剪切穩定性


6

X产品白团块

背景描述

CNC后塑料本體剝離、掉落。


原因分析

经分析,此部位含有30%的钛白粉,此现象为钛白粉聚积。

经检查,未在原料粒子中发现此现象,可能是剪切和热场导致的相分离。


改善对策:

反馈给材料供应商改善。


7

X产品阳极后黑色塑料发白

背景描述

housing阳极后黑色塑料发白。


原因分析

玻纤及塑料中某些组分被腐蚀,形成视觉差异。


改善对策

反馈给材料供应商改善


8

X产品塑料与金属分离1


背景描述

烘烤后金属塑料分离。


原因分析

应力释放后,塑料变形并和金属分离


改善对策

此现象改善最难


9

X产品塑料与金属分离2

背景描述

CNC后塑料本體剝離、掉落。


改善对策

1)充填设计,合理的充填方式

2)排气设计,足够的排气能力


10

X产品塑料与金属分离3

背景描述

塑料与金属分离,塑料面光滑


原因分析

污染导致充填不良,经匹配,来之包装材料


改善对策

 1)制程中不要使用油或水的设备,以免堵塞纳米孔

 2)排气设计,足够的排气能力

 3)对包材进行评估,尽量使用无析出物,无污染的包材

 4)作业员佩戴手指套,并规定最优化的操作方式

 5)如果可能,使用不带包材的金属卡架转运装置

 6)模具與零件防止毛髮、油脂、唾液、口水等污染

定量分析相同質量的三種包裝材料在某为温度下釋放小分子组分


11

X产品成型现场臭味

背景描述

成型现场裂解气怪臭,有腐烂的味道。


原因分析

此为PPS成型的普遍现象,PPS裂解产物有臭味。


改善对策

1)添加用于减少“臭气”的热稳定助剂母粒(已经和高分子材料国家重点实验室开发一种专用助剂母粒,用于改善此状况)

2)控制成型温度尽量低

3)加强现场排风


、与纳米注塑相关金属展望

1

新材料

由于纳米注塑的处理技术的进步,原来的材料设计立足点发生变化,通过对现有的材料失效方式的总结,开发新的材料


现有的处理工艺主要使用结晶性塑料,未来拓展到无定形的材料如PPSU,PC,PC/ABS等


2

新理念:MIM+ECIM

不只是说对MIM生产的机构件做NMT处理

而是利用MIM 及ECIM的工艺特点形成新的不同尺度的微观结构

素材来源:富士康 赖勇


富士康的赖勇先生分享报告《纳米注塑失效分析及改善》

来源于第一届纳米注塑与金属手机外壳论坛

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