注塑件熔接痕成因改進(jìn)措施

1、注塑件熔接痕成因及改進(jìn)措施熔接痕是影響塑件質(zhì)量的一個重要因素。研究發(fā)現(xiàn)：在相同工藝條件下，熔接痕區(qū)域的強(qiáng) 度只有原始材料的10-92% ,嚴(yán)重影響制品的正常使用。如在汽車行業(yè)，不合格的塑件直 接導(dǎo)致汽車質(zhì)量下降，甚至危及人的生命安全。因此，研究熔接痕的形成過程、影響因素 及尋找消除熔接痕的辦法具有重要的現(xiàn)實意義。熔接痕的形成機(jī)理制品的 熔接痕”是指兩股熔融物料相接觸時形成的形態(tài)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能完全不同於其他部 分的三維區(qū)域。注塑件中最常見的熔接痕有兩種基本類型：一種是因塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或尺寸 較大，為減小熔體流程和充模時間，采用兩個或兩個以上澆口時，從不同澆口進(jìn)入型腔的 熔體前鋒相遇處形成的熔接痕，

2、稱為冷熔接痕；另一種是當(dāng)型腔內(nèi)裝有型芯和嵌件時，熔 體繞經(jīng)這種障礙物時分為兩股，繞過障礙物彳麥兩股熔體又重新匯合形成的熔接痕，稱為熱 熔接痕。冷熔接痕和熱熔接痕的形成過程分別如圖1 (a)和圖1 (b)所示。另外，當(dāng)制件壁厚過分懸殊時，流體流經(jīng)型腔時所受的阻力不同，在壁厚處阻力小，流速快；而壁薄 處阻力大，流速慢。由於這種流動速度的差別，使來自不同壁厚的熔體，以不同的流速相 匯合，最終在匯合處形成熔接痕，其形成過程如圖1 (c)所示。圖1注塑件中常見的熔接痕成因熔接痕的影響因素及改進(jìn)消除的措施由於熔接痕對塑件的質(zhì)量有重要的影響，人們對其形成機(jī)理和性能評價做了大量研究，并 提出了多種解決方案。1

3、.注塑工藝參數(shù)對熔接痕的影響a. 溫度的影響升高溫度可以加速聚合物的松弛過程，減少分子鏈纏結(jié)的時間，這樣更有利於物料前端分子的充分熔合、擴(kuò)散和纏結(jié)，從而提高熔接痕區(qū)域的強(qiáng)度。實驗證明：提高熔體溫度有利於減少塑件表面V型口的深度，當(dāng)熔體溫度從220 c提高到250 c時，V型糟的深度從7dm下降至3州。溫度對含有33% 玻璃纖維增強(qiáng)的 PA66 注塑制品熔接痕拉伸能力的影響，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：有無熔接痕的試樣拉伸強(qiáng)度都會隨著熔體溫度的升高而升高；溫度變化對熔接痕的拉伸強(qiáng)度的影響并非是線性的，溫度相對較低（如 70 ）時，隨著溫度的升高，熔接痕的拉伸強(qiáng)度變化明顯；但當(dāng)溫度升到一定程度時，這種變化相對平緩

4、。用 PA66 （ 35% 玻纖增強(qiáng)），用 ABS 做實驗也得到相似的結(jié)論。 利用模擬發(fā)現(xiàn)溫度和熔體溫度對不同材料形成熔接痕強(qiáng)度的影響并不一樣。采用實驗和模擬相結(jié)合的方法發(fā)現(xiàn)，在注塑成型工藝參數(shù)中，熔體溫度對 ABS 塑件熔接痕強(qiáng)度影響最大。b. 注射壓力和保壓壓力的影響注射壓力是塑料熔體充模和成型的重要因素，其作用是克服塑料熔體在料筒、噴嘴及澆注系統(tǒng)和型腔中流動時的阻力，給予塑料熔體足夠的充模速度，能對熔體進(jìn)行壓實，以確保注塑制品的質(zhì)量。提高注射壓力有助於克服流道阻力，把壓力傳遞到熔體前鋒，使熔體在熔接痕處以高壓熔合，增加熔接痕處的密度，從而使熔接痕強(qiáng)度得到提高。提高保壓壓力不僅可以給熔料分

5、子鏈的運(yùn)動提供更多的動能，而且能夠促進(jìn)兩股熔體的相互結(jié)合，從而提高熔接痕區(qū)域的密度和熔接痕的強(qiáng)度。c. 注射速度和注射時間的影響提高注射速度和縮短注射時間會減少熔體前鋒匯合前的流動時間，降低熱損耗，并加強(qiáng)剪切生熱，使熔體黏度下降，流動性增加，從而提高熔接痕強(qiáng)度。熔接痕的強(qiáng)度對注射時間非常敏感， 會隨著注射時間的縮短而增強(qiáng)。 但是注射速度過大， 容易產(chǎn)生湍流 （熔體破裂） ，嚴(yán)重影響塑件的性能。通常注射成型時應(yīng)采用先低壓慢速注射，然彳麥再根據(jù)塑件的形狀來調(diào)節(jié)注射速度的方式。在實際生產(chǎn)中，為了縮短生產(chǎn)周期，避免出現(xiàn)湍流的情況，更多的是采用中等較高的注射速度。注射速度影響熔體在型腔內(nèi)的流動行為，也影

6、響型腔內(nèi)的壓力、溫度及制品的性能。注射速度大，熔體通過模具澆注系統(tǒng)和型腔的流速也大，物料受到剪切作用就越強(qiáng)烈，摩擦生 熱就越大，溫度上升，粘度下降，物料的流程也延長，型腔壓力也提高，制品熔接痕的強(qiáng) 度也提高。2.模具設(shè)計對熔接痕的影響在選定材料、設(shè)置完工藝參數(shù)之彳麥，模具的設(shè)計就成了最關(guān)鍵的一步。合理的模具結(jié)構(gòu)可 以減少熔接痕的產(chǎn)生，提高熔接痕區(qū)域的強(qiáng)度或降低熔接痕對塑件整體性能的影響。a.澆注系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)熔接痕的形成原理可知，對多個澆口充模勢必形成多個分支料流，如果澆口數(shù)量為N,熔接痕的數(shù)量至少為 N-1?？梢姖部诘臄?shù)量越多，產(chǎn)生的熔接痕也越多，如果來自各澆口 的料流前鋒熔體不能很好地熔合

7、，則會使熔接痕加重，嚴(yán)重影響塑件質(zhì)量。圖2為澆口位置對塑件熔接痕白影響。如圖 2 (a),由於澆口位置設(shè)定不當(dāng)導(dǎo)致流程過長，壓力和溫度 下降大，前鋒料流不能充分融合。而圖 2 (b)的澆口位置縮短了流程，從而可以提高熔接 痕處的結(jié)合強(qiáng)度。圖2澆口位置對塑件熔接痕的影響b.排氣系統(tǒng)和冷料井的設(shè)計由於排氣不暢而產(chǎn)生的殘余氣體在注射過程中被壓縮在模腔內(nèi)，不僅會燒傷制品還會導(dǎo)致熔接痕出現(xiàn)。氣體在熔體充模時容易被排擠到熔體的匯合部位，在兩股料流之間產(chǎn)生夾層, 最終阻礙料流融合， 不僅促使熔接痕產(chǎn)生而且會降低熔接痕處的強(qiáng)度。 PS 塑件在充分排氣時， 熔接痕處的強(qiáng)度為 36.5MPa ， 而無排氣時只有1

8、7.5MPa 。 模具充分排氣或采用真空引氣均利於減輕消除熔接痕。另外，在熔接痕出現(xiàn)的部位開設(shè)冷料穴可使熔體前鋒在冷料穴部位匯合（俗稱垃圾銷）。提高熔體在塑件末端匯合時的溫度，不僅可以減小熔接痕的產(chǎn)生，而且可以增強(qiáng)熔接痕處的強(qiáng)度。c. 溫度調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計模溫越低越不利於熔體的充分熔合。模具設(shè)計時，若冷卻水道離熔體匯合處太近，則接縫處的熔體因溫度降低粘度升高而無法熔合，將產(chǎn)生明顯的熔接痕。冷卻系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)，還會造成模具溫度分配相差過大，致使塑料熔體充模時，型腔不同部位因溫差導(dǎo)致填充速度不同，從而引起熔接痕。所以，溫控系統(tǒng)的合理設(shè)計，會使模具溫度波動分布均勻，減少熔接痕的產(chǎn)生?，F(xiàn)在實現(xiàn)了急冷急熱注

9、塑模具溫度控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使模具型腔表面溫度能夠根據(jù)注塑過程中各階段的需求快速轉(zhuǎn)換。 這種急冷急熱模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 其共同優(yōu)點(diǎn)是因成型面能被急速、均勻地冷卻，并能急速加熱到接近或等於原料的熔融溫度，因此成型的產(chǎn)品質(zhì)量好，不易產(chǎn)生熔接痕、流痕等成型缺陷。另有一種利用電池圈的磁效應(yīng)迅速加熱模具成型表面，然彳麥再用冷卻水冷卻模具來實現(xiàn)模具溫度控制的方法，可以提高塑件質(zhì)量，避免熔接痕的產(chǎn) 生。d. 型腔、型芯表面粗糙度的設(shè)計型腔、型芯的表面粗糙度也會影響塑料熔體的充模流動速度。表面粗糙度值過大，則熔體流速減慢，模具壁冷凝層加厚，料流截面減小，流動阻力增大，熔體溫差擴(kuò)大，分支流的熔接強(qiáng)度下降。加工模具時，如

10、果型腔表面粗糙度不一致，也會因熔體充模速度不同而導(dǎo)致熔接痕的生成。e. 模具結(jié)構(gòu)在其他方面的改進(jìn)一種能消除有孔注塑制品外觀熔接痕的模具結(jié)構(gòu)，具體方法是制品在型腔內(nèi)剛剛注塑充填完成時，利用鑲芯對型腔內(nèi)較軟的物料熔體進(jìn)行切割，得到制品孔。該方法可以用於表面有各種類型孔的塑料制品，可以完全消除孔處的熔接痕，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。還有一種特殊注塑機(jī)構(gòu)，實際生產(chǎn)中，在動、定模板未鎖緊時（間隙2mm ）進(jìn)行注塑，在注塑量為所也就需注塑量的70%-80%時進(jìn)行二次合模。由於模具未完全閉合時沒有型芯的分流作用, 不會形成熔接痕，所以能夠徹底杜絕熔接痕的產(chǎn)生。3.順序閥針澆口技術(shù)對熔接痕的影響在產(chǎn)品高度自動化的大批

11、量生產(chǎn)過程中，幾乎所有的大型注塑件都采用系統(tǒng)。對於此類塑 件而言，多澆口進(jìn)膠可以確保型腔充填完全并提高充填效率，但這也必然會產(chǎn)生分支料流，從而導(dǎo)致熔接痕的出現(xiàn)。而采用按照順序打開澆口閥針的方法，可使熔料流依次融合向型 腔兩端，從而解決熔接痕的問題。順序閥針法澆口技術(shù)是近年來開發(fā)的一種注塑成型新技術(shù)，其理論模型由美國 Moldflow公司率先提出，而美國 GE公司首先在薄壁件生產(chǎn)中對其進(jìn)行了商業(yè)應(yīng)用。順序閥針澆注技 術(shù)是在原來熱流道澆口處加上一個可以控制開、關(guān)的閥門裝置，注塑澆口的開、關(guān)根據(jù)具 體要求決定其工作方式。注塑模具澆注系統(tǒng)采用閥針式澆注控制彳麥，可以通過澆口控制熔 體的流動方向和流量，

12、達(dá)到消除或減少熔接痕的目的。澆口的開啟或者關(guān)閉由液壓缸或者 汽缸驅(qū)動，在熱流道中澆口與頂桿的連接是一根圓柱頂針。采用順序閥針澆口技術(shù)成型制 品時，一般分為四個步驟，在整個過程中一個澆口最多可以經(jīng)過兩次開、關(guān)，如圖3所示（其中白色為填充部分）：（1）注塑開始，打開模具中間澆口，向型腔內(nèi)注入熔體，繼而向兩側(cè)分流；（2）當(dāng)熔體剛好流經(jīng)兩側(cè)澆口時，關(guān)閉中間澆口，同時打開兩側(cè)澆口；（3）當(dāng)熔體充滿整個型腔，開始補(bǔ)縮、保壓時，打開所有澆口； （4）保壓結(jié)束前，關(guān)閉所有澆口，冷卻制品，開模取件。圖3順序閥澆口運(yùn)行示意圖順序澆口技術(shù)具有以下幾個特點(diǎn)：消除大型塑件熔接痕；降低成型壓力及相關(guān)殘余應(yīng)力； 縮短成型周

13、期；注射壓力和保壓壓力帶來的影響相互獨(dú)立，噴嘴的閉啟就可調(diào)整型腔的壓 力。在成型大型塑件時，傳統(tǒng)的同步多點(diǎn)進(jìn)膠，雖然能使熔體充滿整個型腔，但是由於熔 接痕的存在，很難使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到理想的要求。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，順序閥針澆口技術(shù)切實 有效地解決了注塑中的熔接痕問題。4. 其他改善熔接痕強(qiáng)度的方法要消除或者減少熔接痕的影響，提高熔接痕的強(qiáng)度，還可從選擇基體樹脂和助劑等入手。由於熔接痕處往往存在應(yīng)力集中，所以可以用熱處理的方法為注塑制品消除或減小在成型過程中形成的內(nèi)應(yīng)力，改善制品的力學(xué)性能。對於無定型塑料其處理方法是在高於玻璃化溫度 10-15 、惰性氣氛條件下，在加入適當(dāng)液體或熱空氣的烘箱中放置一定

14、時間；對於半結(jié)晶型塑料，要在低於熔點(diǎn)溫度50-80 的相似條件下放置一定時間，通常以40-50min/mm 為宜，然彳麥再將塑料冷卻到室溫。此外，研究者們還嘗試了雙推沖模法和振 動輔助注塑成型法來減少熔接痕的產(chǎn)生。a. 雙推充模法雙推充模法是研究人員在研究材料自增強(qiáng)技術(shù)時，提出的一種成型方法。該系統(tǒng)由左注射系統(tǒng)、右注射系統(tǒng)和具有兩個澆口的模具組成。開始時，兩個澆口同時充模，當(dāng)型腔被充滿時，會在中間形成平面狀的熔接痕區(qū)域。這時，控制系統(tǒng)驅(qū)動未固化的物料左右運(yùn)動。由於靠近模壁處剪切應(yīng)力大、凝固早，所以物料移動困難，於是熔接痕形成V 型結(jié)構(gòu)。然彳麥，物料在左右兩個控制系統(tǒng)的作用下左右移動，如此反復(fù)幾次，熔接痕所在的面便形成了犬牙交錯狀態(tài)，從而提高了兩股料流的結(jié)合強(qiáng)度，改善了熔接痕的力學(xué)性能。與上述方法相似的是Bevis 發(fā)明的雙柱塞推料法，工作時，活塞的往復(fù)運(yùn)動帶動了充滿模腔內(nèi)的熔體的往復(fù)運(yùn)動，達(dá)到了雙推充模法的預(yù)期效果。b. 振動輔助注塑成型振動輔助注塑成型是借助外加力場（包括機(jī)械振動、聲波振動和超聲波振動等）對原料進(jìn)行塑化和加工，從而使塑件的整體性能得到大幅度提高的一種新型高聚物成型方法。其作用機(jī)理是通過局部加振，使聚合物