1、注塑件熔接痕成因與改進(jìn)措施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)：在一樣工藝條件下，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(chē)行業(yè)，不合格的塑件直接導(dǎo)致汽車(chē)質(zhì)量下降，甚至危與人的生命安全。因此，研究熔接痕的形成過(guò)程、影響因素與尋找消除熔接痕的辦法具有重要的現(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)性能完全不同於其他部分的三維區(qū)域。注塑件中最常見(jiàn)的熔接痕有兩種基本類(lèi)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(chēng)

2、為冷熔接痕；另一種是當(dāng)型腔裝有型芯和嵌件時(shí)，熔體繞經(jīng)這種障礙物時(shí)分為兩股，繞過(guò)障礙物後兩股熔體又重新匯合形成的熔接痕，稱(chēng)為熱熔接痕。冷熔接痕和熱熔接痕的形成過(guò)程分別如圖1（a）和圖1（b）所示。另外，當(dāng)制件壁厚過(guò)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。由於這種流動(dòng)速度的差別，使來(lái)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(guò)程如圖1（c）所示。 圖1 注塑件中常見(jiàn)的熔接痕成因熔接痕的影響因素與改進(jìn)消除的措施 由於熔接痕對(duì)塑件的質(zhì)量有重要的影響，人們對(duì)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

3、數(shù)對(duì)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(guò)程，減少分子鏈纏結(jié)的時(shí)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(shí)驗(yàn)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提高到250時(shí)，V型糟的深度從7m下降至3m。 溫度對(duì)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(wú)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(duì)熔接痕的拉伸強(qiáng)度的影響并非是線(xiàn)性的，溫度相對(duì)較低（如70）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(duì)平緩。用PA66（35%玻纖增

4、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(duì)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(duì)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、噴嘴與澆注系統(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(duì)熔體進(jìn)行壓實(shí)，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子鏈的運(yùn)動(dòng)提供更多的動(dòng)能，而且能夠促

5、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 提高注射速度和縮短注射時(shí)間會(huì)減少熔體前鋒匯合前的流動(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(duì)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(guò)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，然後再根據(jù)塑件的形狀來(lái)調(diào)節(jié)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的流動(dòng)行為，也影響型腔的壓力、溫度與制品的性能。注射速度大，

6、熔體通過(guò)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(zhǎng)，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(duì)熔接痕的影響 在選定材料、設(shè)置完工藝參數(shù)之後，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，提高熔接痕區(qū)域的強(qiáng)度或降低熔接痕對(duì)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(duì)多個(gè)澆口充模勢(shì)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-1。可見(jiàn)澆口的數(shù)量越多，產(chǎn)生的熔接痕也越多，如果來(lái)自各澆口的料流前鋒熔體不能很好地熔合，則會(huì)使熔接痕加重，嚴(yán)重影響塑件質(zhì)量。圖2為澆

7、口位置對(duì)塑件熔接痕的影響。如圖2（a），由於澆口位置設(shè)定不當(dāng)導(dǎo)致流程過(guò)長(zhǎng)，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(duì)塑件熔接痕的影響b. 排氣系統(tǒng)和冷料井的設(shè)計(jì) 由於排氣不暢而產(chǎn)生的殘余氣體在注射過(guò)程中被壓縮在模腔，不僅會(huì)燒傷制品還會(huì)導(dǎo)致熔接痕出現(xiàn)。氣體在熔體充模時(shí)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(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(wú)排氣時(shí)只有17.5MPa。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，

8、在熔接痕出現(xiàn)的部位開(kāi)設(shè)冷料穴可使熔體前鋒在冷料穴部位匯合（俗稱(chēng)垃圾銷(xiāo)）。提高熔體在塑件末端匯合時(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) 模溫越低越不利於熔體的充分熔合。模具設(shè)計(jì)時(shí)，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(wú)法熔合，將產(chǎn)生明顯的熔接痕。冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，還會(huì)造成模具溫度分配相差過(guò)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。 現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了急冷急熱注塑模具溫度控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使模具型腔表面溫度能夠根據(jù)注塑過(guò)程中各階段

9、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，然後再用冷卻水冷卻模具來(lái)實(shí)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(jì) 型腔、型芯的表面粗糙度也會(huì)影響塑料熔體的充模流動(dòng)速度。表面粗糙度值過(guò)大，則熔體流速減慢，模具壁冷凝層加厚，料流截面減小，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)，如果型腔表面粗糙度不一致，也會(huì)因熔體充模速度不同而導(dǎo)致熔接痕的生成。 e

10、. 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剛剛注塑充填完成時(shí)，利用鑲芯對(duì)型腔較軟的物料熔體進(jìn)行切割，得到制品孔。該方法可以用於表面有各種類(lèi)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(shí)際生產(chǎn)中，在動(dòng)、定模板未鎖緊時(shí)（間隙2mm）進(jìn)行注塑，在注塑量為所需注塑量的70%-80%時(shí)進(jìn)行二次合模。由於模具未完全閉合時(shí)沒(méi)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(duì)熔接痕的影響 在產(chǎn)品高度自動(dòng)化的大批量生產(chǎn)過(guò)程中，幾乎所有的大型注塑件都采用熱流道系統(tǒng)。對(duì)於此類(lèi)塑件而言

11、，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)。而采用按照順序打開(kāi)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(wèn)題。 順序閥針?lè)部诩夹g(shù)是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一種注塑成型新技術(shù)，其理論模型由美國(guó)Moldflow公司率先提出，而美國(guó)GE公司首先在薄壁件生產(chǎn)中對(duì)其進(jìn)行了商業(yè)應(yīng)用。順序閥針澆注技術(shù)是在原來(lái)熱流道澆口處加上一個(gè)可以控制開(kāi)、關(guān)的閥門(mén)裝置，注塑澆口的開(kāi)、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後，可以通過(guò)澆口控制熔體的流動(dòng)方向和流量，達(dá)到消除或減少熔接痕的目的。澆口的開(kāi)啟或者關(guān)閉由液壓缸或者汽缸驅(qū)動(dòng)，在熱流道

12、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(guò)程中一個(gè)澆口最多可以經(jīng)過(guò)兩次開(kāi)、關(guān)，如圖3所示（其中白色為填充部分）：（1）注塑開(kāi)始，打開(kāi)模具中間澆口，向型腔注入熔體，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，同時(shí)打開(kāi)兩側(cè)澆口；（3） 當(dāng)熔體充滿(mǎn)整個(gè)型腔，開(kāi)始補(bǔ)縮、保壓時(shí)，打開(kāi)所有澆口；（4） 保壓結(jié)束前，關(guān)閉所有澆口，冷卻制品，開(kāi)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(gè)特點(diǎn)：消除大型塑件熔接痕；降低成型壓力與相關(guān)殘余應(yīng)力；縮短成型周期；注射壓力和保壓壓力帶來(lái)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

13、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(mǎn)整個(gè)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(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(wèn)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(shù)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(guò)程中形成的應(yīng)力，改善制品的力學(xué)性能。對(duì)於無(wú)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時(shí)間；對(duì)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(shí)間，通常以40

14、-50min/mm為宜，然後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(lái)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)和具有兩個(gè)澆口的模具組成。開(kāi)始時(shí)，兩個(gè)澆口同時(shí)充模，當(dāng)型腔被充滿(mǎn)時(shí)，會(huì)在中間形成平面狀的熔接痕區(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)。由於靠近模壁處剪切應(yīng)力大、凝固早，所以物料移動(dòng)困難，於是熔接痕形成V型結(jié)構(gòu)。然後，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，熔接痕所在的面便形成了犬牙交錯(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發(fā)明的雙柱塞推料法，工作時(shí)，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了充滿(mǎn)模腔的熔體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了雙推充模法的預(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(chǎng)（包括機(jī)械振動(dòng)、聲波振動(dòng)和超聲波振動(dòng)等）對(duì)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(guò)局部加振，使聚合物產(chǎn)生脈動(dòng)。這種方