怎样改进产品熔接痕处开裂问题

怎样改进产品熔接痕处开裂问题2012年6月一.熔接痕的形成机理•熔接痕是指融熔塑料以较高的速度注入模具流道,热传递使开始进入的熔体热量迅速散失,在模壁表面和料流前锋形成冷凝层。当两股以上料流汇时,料流流动前锋包裹着的这层张力较大的冷凝层起到了阻止对方与自身融为一体的作用,影响了两熔流的彻底均匀混合,由此导致了两熔体相接触段的局部微观结构不同,宏观上就会出现一条平直或弯曲的隐若现的痕迹,严重时会呈现一道较明显的接缝。它是两股流动的塑料熔体相接触而形成的形态结构和力学性能都完全不同于塑料其它部分的三维区域。二.熔接痕形成过程图示c—熔接处分子沿垂直于流动方向取向d—熔接处出现V形槽三.熔接痕的类别A.熔接痕一般可分为冷熔接痕(coldweldline)和热熔接痕(hotweldline)。•当注塑件体积或尺寸较大，为缩短注塑时间，常采用多注入口的方式注入熔体，当两股面对面流动的熔体相遇后，不再产生新的流动，这时所产生的熔接痕称为冷熔接痕(图1a)。•当熔体流动中碰到障碍物（如嵌件）后，分成两股或多股熔体，绕过障碍物，分开的熔体又重新汇合并继续流动，这时所形成的熔接痕称热熔接痕(图1b)。图1塑件中常见的两种熔接痕图示B.另外，当制件厚度差过分悬殊时，流体流经型腔时所受的阻力不同，在厚壁处阻力小，流速快；而薄壁处则阻力大，流速慢。由于这种流动速度的差别，使来自不同壁厚处的熔体，以不同的流速相汇合，最终在汇合处也会形成熔接痕。(如图2)C.除去以上三个因素，充模时熔体的喷射现象也可能引起熔接痕。但这往往是由于浇口设置不合理造成，可以通过增大浇口尺寸、改变浇口位置或采用适宜的浇口形式而加以避免。图2厚度不均形成的熔接痕四.熔接痕对产品的影响•1.影响制品的外观质量,减少注塑制品表面光洁度,使塑料件后续涂装、电镀工序产生色差。•2.降低制品机械强度,损害制品的力学性能,给制品的正常使用带来漏水、漏气或受载后断裂等安全隐患。五.熔接痕的控制措施•由于制品和模具等多种因素影响,完全消除熔接痕往往是很困难的。•但可以通过合理的措施控制熔接痕的熔接强度、调整熔接痕的形成位置,提高熔体汇合时的熔合质量或使熔接痕处于外观不明显的位置,达到改善制品的外观质量,提高力学性能的目的。五.㈠制品结构的改进•设计制件时,在满足功能结构要求前提下,应尽量避免容易产生料流分支的结构;如尽量使制件壁厚均匀一致,完全一致有困难时也应该使壁厚差小于30%,且应当平稳过渡。•壁厚小，应加厚制件以免过早固化。尽量少使用嵌件和孔、槽等结构;在可能产生熔接痕的位置适当增加壁厚将有利于熔体融合,提高熔接强度。•嵌件位置不当，应当调整。五.㈡模具结构的改进•模具设计时,既要考虑浇口数量与位置应以既不使制品产生多而明显的熔接痕，又能保证顺利充满型腔为基本依据。于减轻熔接痕；采用热流道技术，有利于熔体熔合，不易形成明显熔接痕。还可以通过调整浇口的位置、尺寸或降低塑料件的厚度比，将熔接痕设置在低应力区或非表面区。合理增大流道尺寸，就会减小熔体流动时的阻力增加熔接强度。在必要的时候还可以在熔接区域设置排气孔，以消除气穴，减小V型缺口深度；在熔体最后充填位置增设溢流穴，均有利于减轻或消除熔接痕；模具冷却水道设计应远离熔接痕所在位置，并保持冷却均匀，从而有利于料流前锋面熔体的相互熔合，提高熔接质量，减轻熔接痕的外观明显程度。这样要提高熔接质量,模具设计制造中只能通过料流在分支流动过程物理特性的改变来实现。主要措施如下:•(1)合理设置浇口位置。缩短浇口与熔接区域的距离，避免流程过长导致的前锋料流温降过多,如将图2浇口位置改为图3所示时,熔接强度将得到显著提高。另外,要避免小浇口正对着一个大型腔,防止熔体在较高的剪切速率产生喷射流动或蠕动,防止熔料充射到型腔对面产生向回折叠堆积,冷却后形成无规则的波纹状熔接痕。•(2)适当增加浇口数量。对尺寸较大的制品,适当增加浇口数比少浇口的熔体充模流程与时间大大缩短,流动中的熔体温度与压力损失减少,从而有利于料流前锋面熔体的相互熔合,提高熔接质量,减轻熔接痕的外观明显程度。•若各浇口进入型腔的熔体速度不一致，易使交汇处产生熔接痕，对此，应采用分流少的浇口形式，合理选择浇口位置，如有可能，应尽量选用一点式浇口。•(3)不使用过小的浇口尺寸。增大流道或浇口截面积,可提高熔体充模时的体积流率,缩短充模时间,减少熔体温度与压力损失,有利于料流汇合处的熔体分子相互扩散与缠结,减小熔接痕。通常取浇口截面积为上级流道截面积的0.03～0.09倍,浇口长度为0.5～2mm。浇口具体尺寸一般根据经验确定,取其下限值,然后在试模时再逐步纠正。•若浇口数量太多，或浇口截面积过小，使得熔体在进入型腔后分成多股，且流速又不相同，很易产生熔接痕，对此，应尽量减少浇口数，并增大浇口截面积。•(4)适当部位增设排气槽。避免因模具排气不良,模腔压力过大,料流不畅,导致分支料流动过程中物理特性改变。研究表明,PS制品充分排气时的熔接痕强度可以比无排气时提高1倍。另外在熔接痕出现的部位增设冷料穴也是消除熔接痕的有效方法。•若模具中冷料井不够大或位置不正确，使冷料进入型腔而产生熔接痕，对此，应对冷料井的位置和大小重新进行考虑。若熔接痕处夹有气泡,需要在对应的分型面增设排气孔。•(5)合理的冷却水系统。模温越低越不易于熔体的充分熔合。模具设计时,若冷却水道距熔体汇合处太近,则接缝处的熔体因温度降低,黏度升高而无法充分熔合,必产生明显的熔接痕。•冷却设计不当,还会造成模具温度分布相差过大,致使熔体充模时型腔不同部位因温差导致填充速度不同,从而引起熔接痕。•模具表面太冷，应适当提高模具温度或有目的地提高熔接缝处的局部温度，限制冷却液速度。•(6)适当提高模具型腔、型芯的表面粗糙度。型腔、型芯的表面粗糙度也影响熔体充模流动速度。表面粗糙度值过大,流速减慢,模壁冷凝层加厚,料流截面减小,流动阻力进一步增大,温降扩大,分支料流的熔接强度受损。另外模具制作时,若型腔表面粗糙度不一致,则会因熔体充模速度不同而导致熔接痕的生成。•若浇注系统的主流道进口部位或分流道的截面积太小，导致熔体流入阻力增大，而引起熔接不良，对此，应扩大主流道及分流道截面积。五.㈢注塑设备的改进•1.若注塑机的塑化能力不够，塑料不能充分塑化，导致在充模时产生熔接痕，对此，应核查注塑机的塑化能力。•2.若喷嘴孔直径过小，使得充模速度较慢，也容易产生熔接痕，对此，应换用大直径的喷嘴。•3.若注塑机的规格过小，料筒中的压力损失太大，易导致不同程度的熔接不良，对此，应换用的规格的注塑机。•4.热电偶、温控仪或加热系统失调造成温控失灵。•5.螺杆转速和停止动作不稳定，检查液压系统。•6.降低合模力，以利排气。•7.适当增加背压力及调整螺杆转速以获得更高均匀的熔胶温度；提高螺杆转速，使塑料黏度下降；增加背压压力，使塑料密度提高。五.㈣制品原材料方面的改进•制品选材时，应在满足力学性能要求的前提下，尽量选用表观粘度低，相对分子质量小，不含填料或非增强的材料，以利于熔体汇合时的良好熔合；选用无定形韧性材料或半结晶性材料，有利于提高熔接痕的强度；应避免选用无定形脆性材料。•如必须选用增强材料时，从提高熔接痕强度的角度考虑，应优先选用含量低的粒状或短纤维增强的材料。•制品原材料主要应从下列几个方面改进:•1)保证原料干燥良好。原料应干燥并尽量减少配方中的液体添加剂。•2)改善原料流动性，对流动性差或热敏性高的塑料适当添加润滑剂及稳定剂，必要时改用流动性好的或耐热性高的塑料。•3)原料中混入异种塑料或粒料中掺入大量粉料，熔融时容易夹带空气；再生料料粒结构疏松，微孔中贮留的空气量大；再生料的再生次数过多或与新料的比例太高（一般应小于20%）。•4)原料中含有挥发性溶剂或原料中的液态助剂（如助染剂白油、润滑剂硅油、增塑剂二丁酯以及稳定剂、抗静电剂等）用量过多或混合不均，以积集状态进入型腔，形成熔接痕；尽量减少配方中的液体添加剂。•5)原料不清洁，材料中混入了多次回用胶料，检查来源清除杂质。再生料含量太高或回收使用次数太多，需要通过试验控制用量。•6)塑料配方影响着各组分熔体的粘度,因此多组分塑料注塑时熔体在熔接痕部位的熔接状况受配方的影响较大。多组分塑料中常常添加一部分无机填料以降低成本,由于无机填料的相容性较差,并且加入后使整个塑料熔体粘度有所增加。故减少无机填料的添加量，能较好提高熔接痕强度。•7)若润滑剂过少，熔合体的流动性差，易产生熔接痕，对此，应适当增加润滑剂的添加量。•8)若原料中含湿量大或易挥发含量高，受热后产生大量气体，使得排气不及导致产生熔接痕，对此，应将原料干燥或清除易挥发物质。•9)若脱模剂用量太多或品种不符，都易使塑件表面出现熔接痕，对此，要尽量少用脱模剂或用品种相符的脱模剂。•10)结晶塑料的分子链运动比非结晶塑料要快,因而会在熔接痕部位结晶,使熔体成为一体,而结晶度高的塑料熔接痕一般不明显,定形塑料或弱结晶塑料不具有明显的熔点因而这类塑料易产生熔接痕。五.㈤注塑成型工艺的改进•对于一定结构的制品和已设计制作完成的模具,成型工艺对熔接痕的性质起到了决定性的作用,它可以明显地影响熔接痕的外观质量与接缝强度。要获得理想的熔接强度,主要应从下列几个方面着手:•(1)改善塑料的流动性。采取各种措施增加流动性,减少热量和压力损失。例如在塑料中加入润滑剂(如硬脂酸),增加其流动性,使熔体快速充满型腔,减小温差。•(2)选择合理的工艺参数。在诸多工艺参数中,温度、压力与流动速度对熔接痕的影响最明显。成型过程中的熔体温度与模具温度越高,充模速度越快,熔体流动时的温度降低越少。当前锋面上的熔体温度近似于锋面内侧的温度时,熔接痕便可基本消除,外观几乎看不出有熔接痕存在。同时,适当增大注射压力有助于克服熔体流动阻力,提高料流前端的熔接压力,促进相互熔合,提高熔接强度。•①在分解温度以下合理提高熔体温度与模具温度,但提高熔体温度与模具温度会延长成型周期;•a.由于熔体黏度和高分子链段的热运动强烈地依赖于温度,升高温度能降低熔体黏度,加快链段热运动能加速材料的松弛过程,使熔体进入型腔后仍具有较高温度和较强活动能力,还可减小熔体与型腔壁接触时形成的凝结层厚度;增大熔体流动通道截面积有利于熔体料流前锋充分熔合,分子链能充分扩散和相互缠结,提高熔接痕区域的强度。•b.提高模具温度可使熔体进入型腔后的冷却速率变慢,使熔体分子保持较强活动能力的时间较长,可减小熔体与型腔壁接触时形成的凝结层厚度。熔体缓慢冷却又使熔接痕处于取向应力状态下的分子链有较长的时间松弛,对制品总体强度和熔接痕强度有利。•②适当提高注塑压力和保压压力;增加保压压力，给分子链的运动提供了更多的动能，能够促进两股熔体的相互结合，提升熔接痕强度，但是同样也提高了对模具性能的要求，而且容易形成溢料、飞边等其他缺陷。•提高注塑压力有助于克服流道阻力,把压力传递到波前锋,使熔体在熔接痕处以高压熔合,增加熔接痕处的密度,并且令分子链沿压力方向伸展,使熔接痕强度提高。另外,实验证明,熔接痕距离浇口越近,熔接痕强度越高。这是因为近浇口处压力高,远浇口处压力低。提高保压压力有助于增加熔接痕处的密度,使熔接痕强度得到提高。•③适当增加充模速度或缩短注射时间;增加注射速率，缩短了充模时间，使两股熔体在还具有较高的温度和活性时就能够相遇，因而熔接痕强度比较高。同样，这也对模具的要求提高，而且使产生气泡和亮斑等缺陷的几率增大。•提高充模速度或缩短注射时间将减少熔体波前锋汇合前的流动时间,减少热耗散,并加强剪切生热,使粘度下降,增加流动性,并且熔体温度回升,从而提高了熔接痕强度。对于低熔体质量流动速率的剪切敏感性聚合物来说,提高充模速度或缩短注射时间,可降低粘度,使分子链在熔接痕区进一步松弛。熔接痕强度对注射时间非常敏感,会随着注射时间的缩短而增强。。•④对于有些制品,可在成型后进行适当的热处理,以消除成型过程中的残余应力,也有利于改善熔接痕的外观质量与强度。•由于熔接痕处往往存在应力集中,所以热处理可以为注塑制品中处