熔接痕的产生原因及解决办法.docx

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熔接痕的产生原因及解决办法

（1）缺陷特征

塑件熔接痕产生的主要表现是：

在塑件表面出现的一种线状痕迹，有碍塑件的外观形象，且力学性能也受到一定影响。

（2）缺陷产生的原因及其排除方法

 产生熔接痕的主要原因，系由若干胶熔体在型腔中汇合在一起时，在其交汇处未完全熔合在一起，彼此不能熔合为一体而形成熔合印痕。

其具体分析如下。

1） 注塑模具

①    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。

②    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。

③    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。

④    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。

⑤    若模具的冷却系统设计欠佳，熔体在型腔中冷却太快且不均匀，导致在汇合是产生熔接痕，对此，应重新审视冷却系统的设计。

2） 注塑工艺

① 若注射压力过低，使得注射速度过慢，熔体在型腔中温度有差异，这种熔体在分流汇合时易产生熔接痕，对此，应适当提高注射压力。

②    若熔体温度过低，低温熔体在分流汇合时容易形成熔接痕，对此，应适当提高熔体温度。

③    如必须采用低温成型工艺时，可适当提高注射压力和注射速度，从而改善熔体的汇合性能，减少熔接痕的产生。

3） 注塑设备

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） 塑件

①    若塑件壁厚相差过大，熔体在充模范时多在薄壁出汇合，此处易产生熔接痕，对此，要使塑件壁厚相差不致过大，且应当平稳过渡。

②    若塑件某处壁厚过薄，熔体在此处的固化速度很快，导致产生熔接痕，对此，在设计塑件壁厚时要注意不能过薄。

③    若塑件上的嵌件过多，熔体在流经这些嵌件时，其流速、流线和温度都会发生变化，当熔体在交汇时易产生熔接痕，对此，应尽量减少嵌件数量。

5）         原料

①    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。

②    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。

③    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。

避免熔接痕产生的工艺措施

当塑件表面质量由于有熔接痕达不到设计要求时,技术人员通常先会从熔料温度、注射速度、压力、流量、模具温度等方面入手解决。

避免熔接痕产生的方法见表1。

通常熔料温度、注射速度、压力、流量、模具温度的调节都通过设备来实现,参照成型条件标准小幅度调整,逼近理想值。

显然,熔料温度、流动速度、压力、流量、模具温度这些可以通过设备来调整的项目是比较容易实现的,一方面调整起来方便,另一方面可以多次反复。

困难的在于当以上手段已经无法解决时,就不得不通过修改模具的方法来实现预期效果,这也是要论述的重点。

需要修改模具的情形可能有以下几种:

（1）熔接痕处夹有气泡,需要在对应的分型面增设排气孔。

（2）熔接痕深度始终超差,需要调整塑件也即模具型腔的厚度。

（3）熔接痕的位置偏向塑件中部,需要调整浇口的位置。

下面对以上3种情形的改善工艺分别进行叙述。

熔接痕处气泡的形成是由于当两股熔料汇流时,所包围的气体没有及时排除,而留在了塑件内部,在熔接痕表面形成凹坑,可以通俗地称之为“困气”。

究其原因,可能是对应位置的分型面研配过紧,以致气体无法排出;也可能是合模后,型腔高度尺寸过度不均匀（塑件壁厚相差较大）造成。

针对前一种情况,常通过增加或增大排气槽来改善,以目前国内应用最广泛的PP料为例,根据PP料的溢料间隙为0.03mm这一参数，为避免溢料形成飞边，排气槽间隙为0.01～0.02mm最理想。

为便于模具加工和成型过程中型腔的清理,排气槽的位置多数情况会选择开在定模的分型面上，并尽量开设在型腔的最后充满处。

对于型腔高度尺寸过度不均匀的情形，只能通过“补焊”和“打磨”的方法来调整型腔尺寸，这是难度最大，也是模具技术人员在调试中最怕遇到的,它的调整方法和下面要讲到的熔接痕高度始终超差的调整方法一致。

当通过调整设备工艺参数和开排气槽的方法皆无法改善或消除塑件由于熔接痕导致质量不良时，很可能不得不调整型腔的尺寸,当然需要对塑件相应处的厚度进行准确的测量之后,在设计允许的范围内作业。

保险杠塑件的壁厚在不同部位并不是一个等值，而是一个渐变的量，其原因是考虑到塑件的具体形状及熔融塑料的流动性,渐变的壁厚有利于成型。

壁厚通常在2.60～3.50mm。

以后保险杠为例，型腔厚度变化的大致情况如图4所示。

模具型腔尺寸的修改分2种情况一种是增大型腔尺寸,另一种是减小型腔尺寸。

对于第一种情况实现起来较容易,根据检测数据直接对模具型腔的相应部位实施打磨即可。

第二种情形就比较复杂，为了达到减小型腔尺寸的目的，首先需要在模具型腔面上堆焊,然后打磨。

下面具体介绍减小模具型腔尺寸的方法。

从工作的难易程度上,首先考虑选择在动模上进行“补焊”和“打磨”会比在定模上容易得多。

由于注射模的定模型腔面质量直接影响到塑件外观,而焊接过程中有大量的热产生,没有充分的工艺措施保证时，这些热量往往会改变型腔面的组织成分，导致型腔面硬度不同，进而影响塑件外观，实践中要尽量避免定模型腔面的修改。

动模型腔面修改的一般步骤如下:

（1）通过在型腔面贴胶的方法试模，大致得出型腔需要增减的厚度。

（2）实施“补焊”和“打磨”作业。

（3）再次试模，根据成型效果调整型腔面的尺寸。

其中第二步是难点和关键,以下是型腔面修补的详细过程:

a.选定和母材相匹配的焊接材料,并确定焊接范围，预留并保护好打磨基准，如图5所示。

图5动模型腔面堆焊分区示意图

b.分区交替堆焊,注意不要从头焊到尾,以免内应力造成模具型腔面裂损,如图6所示。

图6动模型腔面堆焊基准示意图

c.对照预留基准,开始打磨,注意做好周边相关部位的保护。

d.测量补焊面的高度,达到要求之后,将基准空位焊满，完成型腔面的修改。

根据塑件外观标准分级，当熔接痕的位置偏向塑件中部时，就较容易被看见,影响客户对塑件的外观评价，所以技术人员通常会尝试调整浇口的位置或大小，以将2股树脂熔合的位置推向两侧，如图7所示。

为了把熔接痕推向塑件两侧,可以加大浇口1的流量（如图8所示），或者改小浇口2、3,或者将浇口2、3适当向两侧移,具体的修改量或偏移量根据成型情况决定。

注塑件熔接痕产生机理及控制方法的研究

                           江毅，肖任贤，吴南星

                                 （景德镇陶瓷学院）

1 引言

注塑成型是现代塑料成型最重要的方法之一。

经过多年的开发研究，其工艺过程日趋完善，能够成型的材料和制品领域越来越广泛。

但是，由于人们对塑料制件的综合性能要求伴随着行业的发展，特别是汽车和家电行业，也在逐步提高。

而熔接痕是是注塑过程中所形成的最常见缺陷之一，它不仅会降低制品的力学强度，而且还有可能影响外观件的美观度。

因此分析研究塑件熔接痕形成机理，找出消除或减少熔接痕的对策，对提高塑料制品质量具有重要的意义。

2 熔接痕的定义与类别

在注塑成型过程中，当采用多浇口或型腔中存在孔洞、嵌件、以及制品厚度尺寸变化较大时，塑料熔体在模具内会发生两个方向以上的流动，当两股熔体相遇时，就会在制品中形成熔接痕（weldline），并且熔接痕现象并非注塑成型特有，其他的塑料成型加工中如反应注射、吹塑、压铸等也会遇到熔接痕问题。

尽管熔接痕是在模具充填过程中形成的，但它们的结构、形状和性质与整个注塑成型过程相关。

按产生方式的不同，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）。

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）。

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1  塑件中常见的两种熔接痕类型

图2厚度不均形成的熔接痕

3 熔接痕的产生过程

在注塑成型过程中，当采用多浇口或者型腔中存在孔洞，嵌件以及制品厚度尺寸变化较大时，塑料熔体会在模具内发生两个或两个以上方向上的流动当两股不同相遇时，就会在制品中形成熔接痕（weldline）。

图3为熔接线形成的具体过程。

图3为熔接线形成的具体过程

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4 熔接痕形成的数学模型

根据塑料熔体在三维薄壁型腔内的流动特点，塑料熔体属于带有运动表面的粘性不可压缩的非牛顿流体，若忽略垂直于流动方向的速度分量，可采用广义的Hele2Shaw流动模型来描述

式中：

u、v分别是x、y方向的速度分量；P、T、ρ、Cp、η分别是压力、温度、密度、比热容和剪切粘度；为剪切速率。

考虑到塑料熔体的剪切变稀行为，粘度模型可采用与温度相关的参数Cross粘度模型表征。

对方程（3-2）积分并利用相应的边界条件可得到压力场求解的控制方程：

为了处理任意三维空间中的薄壁型腔流动状况，沿用流动分析网络法的基本思想，利用控制体积法建立型腔面内压力场求解得有限元方程，对时间和沿厚度方向差分建立温度常求解的差分方程，耦合利用有限元/有限差分法求解。

由控制方程（4-6）的数值求解可以得到任意时刻型腔内压力、温度、速度等物理量的分布，以及任意时刻熔体前沿的位置等。

模拟结果表明，决定熔接痕位置及发展的主要因素是任意时刻熔体前锋面的位置及熔体前锋面的发展方向。

5 消除熔接痕的措施

由于熔接痕的存在，注塑制件的表面质量和力学性能都可能出现大幅下降，因此，我们有必要通过一些合理的措施消除熔接痕的熔接强度、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。

目前主要从以下几个方面来做：

（1）材料选择：

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。

（2）改进模具结构：

产生分支料流几乎是不可能避免的，特别是大型注塑件。

浇口数量与位置应以既不使制品产生多而明显的熔接痕，又能顺利充满型腔为基本依据。

对成型面积大或流程长的制品，选用多浇口比单浇口更有利于减轻熔接痕；采用热流道技术，有利于熔体熔合，不易形成明显熔接痕；若应用CAE模拟技术来确定制品与模具结构及浇口位置，更有益于避免熔接痕对制品质量的影响；模具充分排气或采用真空引气，以及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。

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（3）优化成型工艺参数：

提高熔体和模具的温度，能降低熔体的粘度，增大链段的自由度，减少充模时间和冷却速率，使大分子链有足够的松弛时间，进行扩散和缠结。

两股熔体流相遇后更容易相互结合，形成互穿网络结构，增加玻璃纤维在界面的穿越密度，改善熔接痕强度。

但是熔体和模具温度不能无限制提高。

首先，随着温度上升，高聚物分子将会发生热解，从而改变了材料的性质，在制件表面形成斑点。

其次，提高温度之后，所需要的能量以及对模具的性能要求也相应提高，增加生产成本。

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。

增加注射压力和速率，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。

另外，提高注射压力，使熔体致密导致附加流动阻力、粘度增大，相当于降低熔料温度。

每升高6.9×106Pa（70大气压），对不同聚合物所相当于降低的温度值为：

PP降6℃、PA66降4℃、PMMA降2℃。

在这一意义上反而不利于熔接痕强度的提高。

提高以上几点工艺参数，可以在一定程度上提高熔接痕强度，但同时可能会带来其他方面的不良影响，并且不能完全消除熔接痕的出现。

因此，需要经过多次试验或者数值模拟，不但使熔接痕的强度得到大幅提高，而且使制件的整体性能达到最佳，符合成本要求，才能进行实际生产。

（4）顺序控制技术对熔接痕的改善研究

顺序阀浇口技术（SequentialValveGating，简称SVG），是近些年为适应汽车行业对大型平板塑料件或者是电子行业对微型薄壁件的需求而开发的一种成型新技术。

该技术的理论模型由C-Mold（Mold-Flow）公司率先提出，美国GE公司首先在薄壁件生产中对其进行了商业应用[47]。

虽然SVG技术并没有悠久的历史，但是由于它在成型制品时所取得的良好效果，他已经广泛地应用于汽车和家电行业，包括国内的许多汽车公司也都在大力推广这一技术。

时序阀式控制系统是通过注塑工艺参数来控制程序控制阀的开闭，来控制料流的流动。

为达到控制的目的，首先必须需要程序控制阀来控制各个浇口的开闭。

其次整个喷嘴采用级联式注塑控制。

要求程序控制阀的打开与关闭取决于填充过程，使已经通过喷嘴后的熔体能够用作流动前沿，而后打开的靠边缘的喷嘴流出的较热料流直接进入靠中间的喷嘴先前流出的熔体内部，即仍保持一个充型方向上只有一个流动前沿，进而消除了分支流动的多前沿相遇问题，从而使熔接痕消失或是被赶到不重要的两侧。

如图4所示：

在用时序控制注塑时一般要分4步完成整个注塑过程，在注塑中每一浇口最多可经历2次开关。

图4是较为典型的阀门控制过程。

第一步：

注塑一开始，打开模具中间的浇口（如图b），第二步：

当分流熔料刚好流过两侧浇口时，关闭中间浇口（浇口2），同时打开两侧浇口（浇口1、3）。

第三步：

当熔料充满模腔并开始补料/保压时，打开所有的浇口。

第四步：

在保压结束前关闭所有的浇口。

图4顺序阀浇口运行示意图（白色部分为已填充熔体区域）

6 结束语

熔接痕对大多数注射制品而言，是难以避免的，但通过对制品结构及模具设计等不同环节采取相应对策，实施主动控制，可以消除或大大减低熔接痕的影响，使制品外观及力学性能满足设计要求。

应用计算机仿真流动分析技术，对制品或模具设计进行模拟，更有助于对熔接痕的位置与大小进行主动设计，甚至可以预测熔接痕的强度。

据此修改制品或模具设计，可从根本上消除或大幅度减轻熔接痕的影响，进一步扩大注射制品的使用范围。

参考文献

1.冯良为等，塑件熔接缝形成的理论研究.模具工业，2001（,1）：

34~36。

2张克惠，《模具工业》，1987,（12）：

29。

3.于同敏，刘铁山，注射制品的熔接痕及控制对策.模具工业，2002，7：

33～37。

4.郑生荣等，注塑件熔接缝研究进展.中国塑料，2002，3：

4～8。

5.R.S.Lenk,《PolymerRheology》,Chap.13,Appl.Sci.Publ.Ltd.1978