注塑件熔接痕成因及改進(jìn)措施

1、熔接痕是影響塑件質(zhì)量的一個(gè)重要因素。研究發(fā)現(xiàn)：任相同工藝條件下，熔接痕區(qū)域的強(qiáng)度只有原始材料的 10-92%，嚴(yán)重影響注塑制品的正常使用。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，甚至危及人的生命平安。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方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。熔接痕的形成機(jī)理塑料制品的“熔接痕是指兩股熔融物料相接觸時(shí)形成的形態(tài)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能完全不同于其他局部的三維區(qū)域。注塑件中最常見的熔接痕有兩種根本類型：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(shí)間，采用兩個(gè)或兩個(gè)以上澆口時(shí)，從不同澆口進(jìn)入型腔的熔體前鋒相遇處形成的熔接痕，稱為冷熔接痕；另一種是當(dāng)型腔內(nèi)裝

2、有型芯和嵌件時(shí)，熔體繞經(jīng)這種障礙物時(shí)分為兩股，繞過障礙物后兩股熔體又重新集合形成的熔接痕，稱為熱熔接痕。另外，當(dāng)制件壁厚過分懸殊時(shí)，流體流經(jīng)型腔時(shí)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。由于這種流動(dòng)速度的差異，使來自不同壁厚的熔體，以不同的流速相集合，最終在集合處形成熔接痕。熔接痕的影響因素及改良消除的措施熔接痕由于熔接痕對塑件的質(zhì)疑有重要的影響，人們對其形成機(jī)理和性能評(píng)價(jià)做了大量研究，并提出了多種解決方案。1. 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(shí)間，這樣更有利于物料前端分子的充分熔合、擴(kuò)散和纏結(jié)，從而提高熔接

3、痕區(qū)域的強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證明：提高熔體溫度有利于減少塑件表而 V型口的深度，當(dāng)熔體溫度從220aC提髙到250° C時(shí)，V型糟的深度從7um 下降至3umo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(huì)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 7TC時(shí)，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(shí)，這種變化相對平緩。用PA66 35%玻纖增強(qiáng)，用 ABS做實(shí)驗(yàn)也得到相似的結(jié)論。利用模擬發(fā)現(xiàn)模具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(shí)驗(yàn)和模

4、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澆注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簡、噴嘴及 系統(tǒng)和型腔中流動(dòng)時(shí)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(shí)， 以確保 注塑制品的質(zhì)疑。提高注射壓力有助于克服流道阻力，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。 提髙保壓壓力 不僅可以給熔料分子鏈的運(yùn)動(dòng)提供更多的動(dòng)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(shí)間的影響提高注射速度

5、和縮短注射時(shí)間會(huì)減少熔體前鋒集合前的流動(dòng)時(shí)間，降低熱損耗，并加強(qiáng)剪切生熱，使熔體黏度下降，流動(dòng)性增加，從而提高熔接痕強(qiáng)度。熔接痕的強(qiáng)度對注射時(shí)間非常敏感，會(huì)隨著注射時(shí)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(shí)應(yīng)采用先低壓慢速注射，然后再根據(jù)塑件的形狀來調(diào)肖注射速度的方式。在實(shí)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(dòng)行為，也影響型腔內(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，

6、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(jì)對熔接痕的影響在選泄材料、設(shè)置完工藝參數(shù)之后，模具的設(shè)計(jì)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，提髙熔接痕區(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(jì)根據(jù)熔接痕的形成原理可知，對多個(gè)澆口充模勢必形成多個(gè)分支料流，如果澆口數(shù)量為 N, 熔接痕的數(shù)量至少為 N-lo 可見澆口的數(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，那么會(huì)使熔接痕加重，嚴(yán)重影響塑件質(zhì)量。b. 排氣系統(tǒng)和冷料井的設(shè)計(jì)由于排氣不暢而產(chǎn)生的剩余氣體在注射過程中被壓縮在模腔內(nèi)，不僅會(huì)燒傷制品還會(huì)

7、導(dǎo)致熔接痕岀現(xiàn)。 氣體在熔體充模時(shí)容易被排擠到熔體的集合部位， 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(huì)降低熔接痕處的強(qiáng)度。PS 塑件在充分排氣時(shí)，熔接痕處的強(qiáng)度為 36. 5MPa,而無排氣時(shí)只有17. 5MPa.模具充 分排氣或采用真空引氣 均利于減輕消除熔接痕。另外， 在熔接痕岀現(xiàn)的部位開設(shè)冷料穴可使熔體前鋒在冷料穴部位集合 俗稱垃圾銷 。提高熔體在塑件末端集合時(shí)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(jì) 模溫越低越不利于熔體的充分熔合。模具設(shè)計(jì)時(shí)，假設(shè)冷卻水道離熔體集合處太近，那么接縫處的熔體因溫度降低粘度升髙而

8、無法熔合，將產(chǎn)生明顯的熔接痕。冷卻系統(tǒng)設(shè)訃不當(dāng)，還會(huì)造成模具溫度分配相差過大，致使塑料熔體充模時(shí)，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(jì)，會(huì)使模具溫度波動(dòng)分布均勻，減少熔接痕的產(chǎn)生?，F(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了急冷急熱注塑模具溫度控制調(diào)肖系統(tǒng)，使模具型腔表而溫度能夠根據(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)是因成型而 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而，然后再用冷卻水冷卻模具來實(shí) 現(xiàn)模 具溫度控制的方法，可

9、以提高塑件質(zhì)量，防止熔接痕的產(chǎn)生。d. 型腔、型芯外表粗糙度的設(shè)計(jì) 型腔、型芯的表而粗糙度也會(huì)影響塑料熔體的充模流動(dòng)速度。表而粗糙度值過大，那么 熔體 流速減慢，模具壁冷凝層加厚，料流截而減小，流動(dòng)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(shí)，如果型腔表而粗糙度不一致，也會(huì)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)在其他方而的改良 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(shí)，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 用于外表 有各種類型孔的塑料制品，可以完全消除孔處的熔接痕，從而提髙產(chǎn)品質(zhì)量。 還有一

10、種特 殊注塑機(jī)構(gòu)，實(shí)際生產(chǎn)中，在動(dòng)、妃模板未鎖緊時(shí)間隙2mm 進(jìn)行注塑， 在注塑量為所需注塑雖 : 的 70%-80%時(shí)進(jìn)行二次合模。由于模具未完全閉合時(shí)沒有型芯的分流作用，也 就不會(huì)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(dòng)化的大批量生產(chǎn)過程中，幾乎所有的大型注塑件都采用熱流道系統(tǒng)。 對于 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(huì)產(chǎn)生分支料流，從而導(dǎo)致熔接痕的出現(xiàn)。而采用按照順序翻開澆口閥針的方法，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

11、型由美國Moldflow 公司率先提岀，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(gè)可以控制開、關(guān)的閥門裝置，注塑澆口的開、關(guān)根據(jù)具體要求決泄其工作方式。注塑模具澆注系統(tǒng)采用閥針式澆注控制後，可以通過澆口控制熔體的流動(dòng)方向和流量，到達(dá)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(dòng)，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(shí)，一般分為四個(gè)步驟，在整個(gè)過程中一個(gè)澆口最多可以經(jīng)過兩次開、關(guān)： 1注塑開始，翻開模具中間澆口，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(shí)，關(guān)閉中間澆口，

12、同時(shí)翻開兩側(cè)澆口； 3當(dāng)熔體充滿整個(gè)型腔，開始補(bǔ)縮、保壓時(shí)，翻開所有澆口：4保 壓結(jié)束前，關(guān)閉所有澆口，冷卻制品，開模取件。順序澆口技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：消除大型塑件熔接痕：降低成型壓力及相關(guān)剩余應(yīng) 力： 縮短成型周期；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(shí)，傳統(tǒng)的同步多點(diǎn)進(jìn)膠，雖然能使熔體充滿整個(gè)型腔， 但是由于熔 接痕的存在，很難使產(chǎn)品質(zhì)量到達(dá)理想的要求。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，順序閥 針澆口技術(shù)切實(shí) 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，提髙熔接痕的強(qiáng)度，還可從選擇基體樹脂和助劑等入 手。 由

13、于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。對于無左型塑料其處理方法是在高于玻璃化溫度10-15 °C、惰性氣氛條件下，在參加適當(dāng)液體或熱空氣的烘箱中放置一泄時(shí)間：對于半結(jié)晶型 塑料， 要在低 于熔點(diǎn) 溫度 50-80aC 的相似 條件下 放置一 泄 時(shí)間 ， 通常以 40-50min/mm 為宜，然后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(dòng)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(shí)，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

14、兩個(gè)澆口的模具組成。開始時(shí)，兩個(gè)澆口同時(shí)充模，當(dāng)型腔被充滿時(shí)，會(huì)在中間形成平而狀的熔接痕區(qū)域。這時(shí)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)未固化的物料左右運(yùn)動(dòng)。由于靠近模壁處剪切應(yīng)力大、凝固早，所以物料移動(dòng)困難，于是熔接痕形成 V 型結(jié)構(gòu)。然后，物料在左右兩個(gè)控制系統(tǒng)的作用下左右移動(dòng)，如此反復(fù)幾次，熔接痕所在的而便形成了犬牙交錯(cuò)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 創(chuàng)造的雙柱塞推料法，工作時(shí)，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了充滿模腔內(nèi)的熔體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，到達(dá)了雙推充模法的預(yù)期效果。b.振動(dòng)輔助注塑成型 振動(dòng)輔助注塑成型是借助外加力場包括機(jī)械振動(dòng)、聲波振動(dòng)和超聲波振動(dòng)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髙聚物成型方法。苴作用機(jī)理是通過局部加振，使聚合物產(chǎn)生脈動(dòng)。這種方法主