きれいに見えるウェルドラインが、強くなったわけではない

Mold Doctorが「惜しい」答えを出し続けた二つ目の話は、ウェルドラインでした。

ウェルドラインについて聞くと、答えはほぼ毎回同じ形で返ってきます。樹脂温度を上げる。金型温度を上げる。速く充填する。間違いではなく、多くの部品ではそれで解決します。

引っかかっていたのは、そのすべてを済ませ、ラインはほとんど見えなくなり、それでも部品がそこで割れるケースでした。

標準対策の出どころ

二つのフローフロントが出会います。どちらも、すでに冷え始めたスキン層をまとって到着します。接合部が持つためには、ポリマー鎖が境界を行き来して両側を編み合わせなければなりません。

溶融樹脂が熱いほど、その拡散は進みます。これは実際に働くメカニズムで、非強化樹脂ではこれが主要な手段です。PPやHDPEでは、ウェルド部の強度を支配する因子として文献が樹脂温度を挙げています。

同じ効果は外観にも現れます。フロントが出会った場所に残る表面の小さなVノッチは、樹脂温度が上がるほど浅くなります。10°Cの上昇で約7 μmから3 μmへ、という数字を見たことがあります。

それはノッチの測定です。強度の測定ではありません。この二つを区別し続けること — それがこのノートのほぼすべてです。

どこで分かれるか

樹脂にガラスを入れると、外観は同じ不良でも、その下で働くメカニズムが変わります。

繊維はウェルド面を横切りません。繊維はフローフロントとともに移動し、二つのフロントが正面から出会うと、繊維は面の両側でウェルド面と平行に寝てしまいます。界面に残るのは樹脂と樹脂の接合だけで、接合部をまたいで荷重を伝達する繊維はありません。

熱は繊維を動かしません。しかし樹脂の拡散は引き続き促すため、伸びは改善し、ラインの見た目もきれいになります。それでも、ウェルドライン部の引張強さはほとんど変化しません。

ガラス繊維30%入りのPA6で、ウェルド部の引張強さを動かす設定は保圧です。樹脂温度が動かすのは伸びです。同じ試験から出てくる二つの別の結果であり、片方を読んでもう片方を得たと思い込みやすいのです。

数字

2024年に公表されたPA6-GF30の試験の数字です。母材の引張強さは110 MPa、ウェルドライン部では65〜73 MPa。保持率はおよそ60〜66%です。

ガラス繊維強化のウェルドラインについて50〜80%の低下という数字も見かけます。それは、私が検証できた測定が実際に支えている範囲より広い主張です。保持率は樹脂、ガラス繊維含有量、フロントの出会う角度で変わります。単一の数字は仕様ではなく初期見積もりとして扱い、数字が重要な部品なら自分の部品で測ってください。

変わらないのは方向です。ガラス繊維強化部品のウェルドラインは母材より明らかに低く、どの成形条件の組み合わせも、その差をなくすことはできません。

実際に何をするか

ガラスの入っていない樹脂なら、標準対策は有効です。まず樹脂温度、次に金型温度です。

ガラスが入っているなら、温度を上げる前に保圧を確認してください。強化グレードでウェルド強度への効果が測定されている設定であり、必要値より低く設定されていることが最も多い設定でもあります。

そして、部品がまさにその場所で荷重を支えなければならないなら、答えは設定の中にはありません。ウェルドラインは二つのフローフロントが出会う場所にでき、どこで出会うかはゲート位置が決めます。ゲートを動かせば、ウェルドラインは問題にならない場所へ移動します。それは金型の変更で、ダイヤルを回すより遅く、高くつきます。だからこそ、もう一巡の条件出しを理由に先送りされ続けるのです。

変わらない部分

上のどれも、母材の物性を回復させはしません。条件は差を狭めます。閉じません。

私が最も気にする故障モードは、気づきにくいほうです。ラインが見えなくなり、外観クレームが消え、全員が次へ進みます。そして耐荷重は、まったく改善していません。構造用途の部品なら、見えないウェルドラインもウェルドラインです。

アプリに入れたもの

Mold Doctorはウェルドラインについて、ガラス繊維含有量で分岐するようになりました。非強化なら樹脂温度へ向かいます。強化なら保圧を温度より先に置き、説明に破損や強度要件が出てくれば、ゲート位置を最上位に上げて、成形条件の調整だけではウェルドライン部の強度は母材に届かないことを明記します。

きれいに見えるようになったウェルドラインを、解決済みとして扱うこともやめました。

Mold Doctorは不良の写真と成形条件から、考えられる原因と調整すべき項目を推定します。上の論理はその一部です。