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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。
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M2.0以下的螺絲或許可以，但如果是直徑比較大的螺絲，個人建議還是會設計在2.0～2.5倍之間會比較洽當）
這是因為壁厚越大的螺絲柱，其冷卻時往內收縮的尺寸就會越大(螺絲孔內徑會變小)，相對的所產生的往內擠壓的應力也就越大，發生螺絲柱破裂的風險也就越高。
這裡有個有趣的觀念要讓大家想看看，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？
- 熱熔埋植(heat stacking)
- 超音波埋植(Ultrasonic)
- 埋入射出(Mold-in)
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
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訪客留言內容（Comments）
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.
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。
寫的很好
我這邊剛好遇到一個問題 想聽一下專家的分析
我這邊客戶有一工件 需埋5顆銅螺母
現在是組裝完後過一段時間 其中一個螺母會橫向斷裂（銅螺母底部橫向斷裂）～而且每次都是斷同一支
請問有那些可能造成這現象? 融合線完全沒斷裂
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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