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注塑缺陷——熔接線(熔接痕)

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跟模最痛苦的事情莫過于調(diào)機師傅說:這個件表面的熔接線調(diào)不了了,有孔洞就會有熔接線,兩股料匯合在一起咋個都有一條線,這是沒辦法的!如果這時候你又不知道熔接線形成的原因和改善方法就會很被動。今天咱們就來聊聊熔接痕是啥子東西。
熟悉注塑模具的都知道,注射成型時,當不同流體前端的冷卻層匯合、熔化并再度冷卻時,就會出現(xiàn)熔接線(熔接痕、結(jié)合線)。一旦型腔中的料流分叉必定會出現(xiàn)熔接線(調(diào)機:我沒說錯吧?。?/span>
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熔接線的壞處有兩方面,外觀上會與產(chǎn)品其他表面有明顯色差,嚴重影響產(chǎn)品感官;強度上比聚合物本身要差50%左右,會成為應力突破口,容易造成開裂和破損。
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強度最弱的熔接線是那種熔料匯合后不再流動的類型。如果熔料匯合之后還繼續(xù)流動,產(chǎn)生的熔接線外觀和牢固程度都較好,即熔合線。


熔接線不僅影響產(chǎn)品外觀,也會影響產(chǎn)品的性能。優(yōu)化熔接線對提升產(chǎn)品整體質(zhì)量有重要意義。在產(chǎn)品設(shè)計階段了解熔接線可能出現(xiàn)的位置很關(guān)鍵。產(chǎn)品設(shè)計師應該明白,工藝人員無法改變物理定律,即熔體分叉后會產(chǎn)生熔接線。模流軟件可以幫助確定熔接線的位置。熔接線圖是一種實用的可視化工具,可幫助設(shè)計師了解熔接線可能出現(xiàn)的位置以及潛在的嚴重程度。
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我們先來分析成型工藝對熔接線潛在影響。


1、注塑速度
如果模具排氣良好,注射速度越快熔接線就越不明顯。一個常見問題是,當模具排氣不良時,技術(shù)員會降低注射速度,這會影響熔接線質(zhì)量。如果熔接線是兩股料流“撞”在一起形成的,通常會更牢固、更不明顯。同樣,注射時間越短,材料的黏度越趨一致,越容易通過保壓壓力改善熔接線。在注射過程中保持一致的黏度,將有助于**限度地減少整個型腔的壓力降,從而在保壓階段實現(xiàn)更一致的型腔壓力。

確認注射速度是否已進行了優(yōu)化。應尋找措施改善排氣效果,提高注射速度。排氣不足并非降低注射速度的借口,調(diào)整模具排氣優(yōu)化工藝才是上策。


2、熔體溫度
塑料熔體溫度應保持較高水平,使熔接線處的塑料熔體緊密黏合在一起。如果熔體溫度太低,熔接線會因為分子間沒有足夠的引力而變得脆弱。
噴泉流動描述了熔料填充模具壁時由內(nèi)而外的流動模式。噴泉流動的優(yōu)點是高溫料流總是優(yōu)先到達流動前沿,這將為熔接線補充溫度較高的熔料。(見下圖),接觸模具型腔的兩側(cè)熔料會在行進的過程中逐漸冷卻。
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模流分析結(jié)果表明,填充過程中的熔體溫度時高時低,關(guān)鍵是溫度要超過一定水平,使熔接線很好地“綁定”在一起。下圖是熔接線的放大圖,顯示了流動前沿熔接在一起而形成的凹槽。
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應根據(jù)工藝表單以及材料供應商推薦的值來驗證熔體溫度。如果熔體溫度出現(xiàn)偏差,請驗證影響熔體溫度的各種設(shè)置是否正確,它們包括:螺桿轉(zhuǎn)速、背壓、料筒溫度、滯留時間、螺桿設(shè)計(僅在更換螺桿或模具移至其他注塑機時會發(fā)生變化)。與工藝表單對比,上述條件發(fā)生了變化都應進行必要的糾正。


3、保壓壓力
熔接線形成時應有足夠的保壓壓力。較高的保壓壓力將迫使熔接線處的材料緊密結(jié)合并提供強大的黏結(jié)力。充分保壓的產(chǎn)品,其熔接線更牢固。

根據(jù)工藝表單來驗證保壓壓力,同時要考慮到必要的增強比。如果熔接線存在不夠牢固的缺陷,可嘗試增加保壓壓力,然后檢查缺陷是否得到改善。


4、模具溫度
較高模具溫度有助于形成更牢固的熔接線。模具溫度較高時,補縮的塑料更容易結(jié)合,并且熔接線也更不明顯。高模溫可使熔接線處的分子鏈纏結(jié)得更緊密。

提高模具溫度可以改善熔接線外觀和強度。如果存在熔接線問題,應嘗試在較高模具溫度下進行試模。

市場上有多種快速模具加熱系統(tǒng)可以提供很高的模具溫度。該技術(shù)可以從表面上消除熔接線并增加熔接線的強度。如果熔接線是關(guān)鍵性缺陷,快速模具加熱技術(shù)可能是**的解決方案。


下面說說影響熔接線的模具因素


1、排氣

排氣是形成不良熔接線的主要因素之一。當兩股塑料熔體流動前沿相遇時,流動前沿附近的氣體必須及時排出,才能形成高質(zhì)量的熔接線。如果氣體被困在兩股塑料熔體的流動前沿之間,熔接線強度就會降低,且看上去會很明顯。氣體充當了流動前沿的緩沖器,并破壞了材料黏合在一起的牢固程度。


排氣不良無疑也會加重熔接線的外觀缺陷。在某些情況下,看似流痕的缺陷貫穿整個產(chǎn)品。短射測試會顯示這些線條實際上是部分熔體前沿滯流而成的熔合線。這種缺陷在起始階段看似輕度偏斜的流動前沿。短射試驗是非常重要的缺陷分析工具,有助于我們識別很多缺陷的演變過程。當一部分料流沿圓角流動,而其余部分在均勻壁厚內(nèi)流動時,就會出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象。


排氣不良是最常見的模具缺陷之一,但人們往往會用工藝去遷就它。很多案例已為“無法再增加排氣槽”的托辭證偽,而實際增加排氣槽后,缺陷往往得以解決。正確排氣不會導致模具產(chǎn)生飛邊。排氣槽既要有深度更要有寬度。下圖顯示了即將形成的熔接線:必須對該區(qū)域進行排氣,這樣才能形成牢固的熔接線。解決熔接線問題時,**從檢查排氣開始。應確保模具清潔并且所有排氣槽已打開。如果模具設(shè)有其他排氣方式,例如燒結(jié)金屬排氣鑲件,應確保它們工作正常。否則,應更換鑲件解決缺陷問題。
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2、模具型腔
熔體前沿在產(chǎn)品細微結(jié)構(gòu)(如鑲針或嵌件)周圍分叉時,就會形成熔接線。

而壁厚對流動前沿的影響往往被忽略。薄壁區(qū)域會造成部分熔體前沿停滯,導致流動前沿再次結(jié)合時出現(xiàn)熔接線或熔合線。因此在設(shè)計塑料產(chǎn)品時,保持均勻壁厚是首要原則,壁厚不均也是造成熔接線的背后原因之一。


如果熔接線發(fā)生在一個不合理的區(qū)域,應檢查短射產(chǎn)品的流動前沿是否存在滯流。計算機模流分析可以幫助識別這類產(chǎn)品設(shè)計中的缺陷。有時,無意加厚了某個區(qū)域的壁厚反而會導致熔接線的出現(xiàn)。


3、澆口位置

澆口位置和澆口數(shù)量都會影響熔接線的產(chǎn)生。如果一個產(chǎn)品有多個澆口,產(chǎn)品在每個流動前沿之間會形成熔接線(除非采用順序閥進膠)。設(shè)計澆口時應留意熔接線出現(xiàn)的概率和位置,模流分析軟件可以預測所有潛在熔接線的形成位置。


在模具設(shè)計過程中,可以通過調(diào)節(jié)澆口位置使型芯形成的熔接線出現(xiàn)在非關(guān)鍵性的位置。應盡可能減輕熔接線位置產(chǎn)生的影響。正確理解客戶對熔接線的外觀、位置和強度的期望非常關(guān)鍵。


順序閥針澆口可用于一個產(chǎn)品上需要多個澆口的情況,其流動前沿不會形成可見熔接線。順序閥針澆口是指打開初始澆口進行填充,同時保持下游澆口關(guān)閉,直到流動前沿到達時才打開。這避免了因多個澆口同時填充而形成的流動前沿熔接線。


接下來說說注塑機對熔接線的潛在影響。


1、鎖模力

模具排氣對于改善熔接線極其重要。如果模具的鎖模力過大,那么排氣槽有可能會被壓扁,從而導致排氣不足。


應確定鎖模力設(shè)置正確。一臺注塑機的鎖模力為500噸,并不表示它適合每副在此機臺上運行的模具。有時,根據(jù)注塑機產(chǎn)能、注射量、頂出行程或開模行程的匹配度安排的注塑機噸位可能偏大。此時,應首先確認是否應該降低鎖模力。如果工藝定義的鎖模力小于注塑機的**鎖模力,應確保生產(chǎn)時的鎖模力大小合適。


要檢查注塑機鎖模力是否過大,可降低鎖模力設(shè)置或調(diào)高屈臂的模具厚度設(shè)置。如果熔接線看起來有所改善,說明更充分的排氣會改善熔接線狀況。如果減少鎖模力生產(chǎn)出了合格產(chǎn)品,那么應繼續(xù)以較小鎖模力進行生產(chǎn),否則必須尋求改善模具排氣的方法。


2、保壓切換

保壓切換是指從注射階段的速度控制轉(zhuǎn)變?yōu)楸弘A段的壓力控制。如果這種切換不干脆,那么出現(xiàn)的延遲會導致流動前沿停滯,產(chǎn)生的熔接線比正常情況更脆弱。盡管這個點經(jīng)常被忽視,但它對于如何保證形成高質(zhì)量的熔接線卻非常重要。


3、注塑機性能

如果注塑機無法達到所需的設(shè)定值,那么熔接線將成為棘手的問題。


最后來說說注塑材料對熔接線的潛在影響


1、填充劑

塑料中所含的填充劑是無法越過熔接線界面到達另一側(cè)的。通常,含有填充劑的材料熔接線會更明顯。熔接線處的塑料通常含有較少的填充劑,這又會導致熔接線處的外觀和周圍不同(見下)。注意在圖中,熔接線處的玻纖取向有所變化,而且玻纖含量有所減少。


在塑料填充型腔時,某些填充劑會取向排布。這種取向會改變?nèi)劢泳€方向,從而導致更明顯的熔接線。


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無填充劑材料產(chǎn)生的熔接線較輕。如果添加了填充劑熔接線就會變得更明顯。有時,解決不良熔接線的方案是將它們轉(zhuǎn)變?yōu)槿酆暇€,轉(zhuǎn)變可以通過增加溢料槽來實現(xiàn),這樣熔接后的材料會一起繼續(xù)流動。
2、黏度

黏度較低的材料熔接線更容易熔合在一起,塑料分子在熔接線處會互相纏結(jié)。黏度較低的材料填充型腔更輕松,并且型腔中的壓力傳遞性更好。而熔體流動指數(shù)較高的材料產(chǎn)生的熔接線質(zhì)量較好。提高熔體流動指數(shù)通常意味著降低物理性能。應確保任何材料變更都經(jīng)過客戶驗證并通過有關(guān)測試。


使用吸濕性材料時,要注意水分引起的黏度變化。含水率的變化會導致黏度的變化,從而影響熔接線的形成過程。


話說回來,我們可以通過調(diào)整注射成型工藝、、確認注塑機參數(shù)、修改模具以及變更塑料零件設(shè)計和材料來改善前述熔接線問題。相比于熔接線,我們更希望是追求熔合線。當兩股熔融聚合物流體前端的匯合角度大于135°時,就會產(chǎn)生熔合線。下圖給出了熔合線的形成過程。
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a)流動的熔體前端繞過金屬桿(用于成型零件的孔)
b)在金屬桿后方,熔體前端匯合,其夾角a<135°,形成典型的熔接線
c)調(diào)整注射壓力后,聚合物分子的移動方向和熔體流動方向垂直
d)在注射成型的保壓階段,熔合線形成與熔接線相比,熔合線的強度和外觀都更好。
用熔合線完全取代熔接線具有一定的挑戰(zhàn)性。但是,通過改變聚合物的注射位置(即澆口位置)或修改壁厚以調(diào)整不同流體的填充時間,有可能實現(xiàn)這個目的。在修模之前我們需要通過模流分析來進行初步的佐證方案(對產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求較高的公司在開模初期就要確認模具廠是否有自己的模流分析師,且他們的分析能力是可靠的),也需要通過記錄并檢查注射成型工藝參數(shù)和模具修改記錄來實現(xiàn)。其他方法包括提高聚合物熔化溫度和模具溫度,使得熔體前端可以更好地熔合。優(yōu)化模具流道也有助于實現(xiàn)完全的熔合線。