（材料加工工程专业论文）成型工艺对注塑件品质的影响.pdf

摘要 随着电子、通讯、计算机行业的快速发展，产品逐渐向着薄壁化、轻量化和 精密化的方向快速发展，当壁越薄，流长比就会越大，为解决这一问题常采用多 点进浇，但相应的就会产生熔接线。熔接线的位置不仅影响外观质量，而且是应 力集中之处，在使用过程中，很容易发生应力开裂，对于成型质量影响很大。而 人们对塑料产品的外观质量和内在性能的要求日益提高，因此，研究、预测熔接 线的强度、位置和提高熔接线处的质量具有很深远的工程意义。 本文采用与a s t m 测试标准相似的拉伸实验，研究了p c 、a b s 、p a 6 、 n a n o c o h l p o s i t ep a 6 ( 含有4 7 叭的氟化云母) 的薄壁平板类制品的熔接线及其性 能，不同材料制品厚度分别为：p c ( 0 8 m m ，1 0 n u n ，2 5 m m ) ；a b s f o 8 m m ，1 0 m m ， 1 2 m m ，2 5 m m ) ；p a 6 ( 1 o m m ，2 5 m m ) ；n a n o - c o m p o s i t ep a 6 ( 1 o m m ，2 5 m m ) 。根 据不同种类的聚合物会表现不同的应力应变曲线，以材料的机械性质代表制品的 质量从而对熔接线及其性能进行研究。利用回归分析的方法，参考已有的高分子 熔接线键接强度理论模型，讨论工艺参数包括：制品厚度、塑料温度、模具温度、 保压压力及注射速率等对熔接线品质的影响；比较了不同厚度和不同工艺条件下 产品的机械性能；调整p c 、a b s 的参数，验证熔接线量化公式对于p c 、a b s 的 适用性；找出适用于p a 6 ，n a n o c o m p o s i t ep a 6 ( 含有4 7 的氟化云母) 的预测熔 接线强度的半经验公式，并对其进行验证；并重点讨论了自我扩散系数d ( 代表 使分子链克服能量障碍以达到稳定状态的参数，其值的大小决定了分子链扩散的 速率。) 值的变化对于制品熔接线强度试验值与理论值之间误差的影响。 基于本文试验数据，获得如下结论： 1 各工艺参数对键接度的影响 1 ) 对于p c ，料温和模温都是对制品键接度影响较大的工艺参数；注射速率 和保压压力对制品键接度的影响较小；制品厚度越小，模温越低，料温越低，熔 接线的机械强度和键接强度越小； 2 ) 对于a b s ，料温、模温和射出速度都是对制品键接度影响较大的工艺参数； 保压压力对制品键接度的影响较小：较高的保压压力，可以降低制品的机械性能， 但影响不大；较低的料温，模温，射出速度可以明显降低制品的键接度。料温和 模温对键接度的影响与厚度关系不大。 3 ) 而对于p a 6 ，料温是较大的影响工艺参数，料温的提高，可以有效增加较 厚制品熔接线的键接强度；模温影响相对较小，且模温的增加，对于厚度较小制 品熔接线的键接强度有明显降低趋势；射出速度的增加可以改善熔接线的质量和 强度，但影响不大；保压压力对键接度有明显影响，但趋势不确定。 4 ) 对于n a n o c o r n p o s i t e p a 6 ，由于无熔接线的产品的拉伸强度相对于p a 6 来 说增加很多，而当有熔接线出现时，其制件的拉伸强度会比p a 6 有熔接线产品的 拉伸强度小很多，所以其产品的键接度相对于其它几种产品的键接度就小了很多， 大致在0 5 左右。即：纳米复合材料的加入，可以有效增强无熔接线制品的强度和 质量；如果产品出现熔接线，产品的质量和强度会严重下降。模具温度，保压压 力影响较大，而料温和射出速度的影响较小。较高的料温和较低的保压压力可以 降低熔接线的键接强度。模温的影响趋势不明确。降低料温和模温可以有效增加 较薄制品的键接强度和机械性能。 2 不管对于结晶型还是无定型材料，温度都是能够明显影响制品键接度的工艺参 数。 3 熔接线强度理论公式的误差 1 ) 验证了针对p c 产品预测熔接线强度的理论公式的适用性和可行性，与已 有的分析结果( 将熔接线处的键接度回归分析为制品厚度、物料温度、模具温度、 保压压力和射出速度的函数，最大误差为5 0 7 ) 相比：误差相对较小，最大误 差为3 0 5 。 2 ) 调整a b s 材料的物性参数，验证了针对材料为a b s 的制品预测熔接线强 度的理论公式的适用性和可行性，相对而言，得到了适用于a b s 材料熔接线强度 理论值和试验值之间误差较小的材料物性参数，两组数据中各自最大误差分别为： 4 6 2 ( 并且4 6 2 是厚度为2 5 m m 制件的，其它三种厚度的误差均小于1 ) 和 0 2 9 。 3 ) 找到了适用于p a 6 和n a n o c o n l p o s i t e p a 6 ( 含有4 7 v v t 的氟化云母) 的预测 熔接线强度的半经验公式及相应的部分材料物性参数，其中，熔接线键接度回归 分析为物料温度、模具温度、保压压力和射出速度的函数，最大误差分别为： p a 6 ( 2 5 6 ) 和n a j l o - c o m p o s i t ep a 6 ( 1 7 8 ) 。 t t 4 和实验数据相比较：p c 、p a 6 、a b s 的薄壁制件和n a n o c o m p o s i t ep a 6 ( 含有 4 7 v v t 的氟化云母) 较厚制件的误差比较稳定，相对较小，能较好的适用量化的经 验公式。但对于无定型的a b s 的相对比较复杂，其厚壁制件误差波动范围较大， 适用性较差，最大误差为4 6 2 ；同样，对于n a l l o c o m p o s i t ep a 6 ( 含有4 7 姒的 氟化云母) 的薄壁制件，误差范围虽然都在2 以内，但波动较大，适用性稍差。 5 d 值变化时，p c ，p a 6 的键接度理论值与试验值之间误差较稳定，而a b s ， p a 6 ( 含有4 7 叭的氟化云母) 反应比较敏感，当d 值变化趋势相同时，误差变动趋 势相同，且随着d 值偏离估计值越多，误差越大。 关键词：熔接线键接强度机械性能注塑制品薄壳注塑成型回归分析 a b s t r a c t i n j e c t i o nm o l d e dp r o d u c t sb e c o m es m a l l e r ，l i g h t e ra n dm o r ea c c u r a t ea st h ef a s t d e v e l o p m e n to fi n d u s t 巧o f3 c ( c o m p u t e r ， c o m m u l l i c a t i o n & c o n s u m e re l e c t l 0 n i c s ) ， a i l dt h et l l i 姗e rw a l l 晰l lc a u s et h eb i g g e rr a t i oo fn o wl e n 薛ht ot h i c l ( 1 1 e s s ，t h e n m u l t i _ g a t ew i l lb eu s e dt os o l v et h ei s s u e a tt h es 锄et i m e ，t h e 、v e l dl i n em a yg e n e r a t e u s u a l l y ，t h ep o s i t i o no fw e l dl i n ei s t h es t r e s sc o n c e n t r a t i o na n di ti sh 锄m lt o a p p l i c a t i o n n o w a d a y st h ed e m a n do fp e o p l et ot h ee x t e m a l 印p e a r a n c ea 1 1 di n h e r e n t q u a l i t yi sb e c o m i n gh i g h e rl e v e l ；t h e r e f o r ei t i sv i t a lt of o r e c a s tw e l dl i n e p o s i t i o n ， s t r e n 舀ha n da l s ot oe 1 1 1 1 a n c et 1 1 es t r e n g t ho f w e l d1 i n e t h et h e s i si n v e s t i g a t e dt h ew e l dl i n ea n di t sp r o p e r r t i e so ft h i nw a l lp l a n ep a r r t so f p c ，a b s ，p a 6 ，a n dn a n o - c o m p o s i t ep a 6v i at e n s i l ee x p e r i m e n t sw h i c ha r eb a s e do nt h e a s t mm e t h o d t h ev a r i o u st h i c k n e s so fd i f f e r e n tm a t e r i a l sr e s p e c t i v e l yi sa sb e l o w ：p c ( 0 8 m m ，1 o m m ，2 5 m 瑚) ；a b s ( 0 8 m m ，1 0 m m ，1 2 m m ，2 5 m m ) ；p a 6 ( 1 0 m m ，2 5 m m ) a n dn a j l o - c o m p o s i t ep a 6 ( 1 0 m m ，2 5 m m ) b e c a u s ed i f 艳r e n tp o l y m e rh a v ed i f r e r e n t s t r e s s - s t r a i nc u r v e ，t h e nm e c h a l l i c a lp r o p e n i e sc a nr e p r e s e n tt h eq u a l i t yo fp r o d u c t s ，a 1 1 d t h ew e l dl i n ea n dt l l e p r o p e r t i e so ft h et h i n - w a l lp l a n ei n j e c t i o np r o d u c t sw e r e r e s e a r c h e db a s e do nt e n s i l es t r e n g t h u t i l i z i n gl i n e a rr e g r e s s i o n ，r e f e r e n c i n ge x i s t i n g m o d e lo fs e l fd i f | f h s i o n ，w ed i s c u s st h ei n f l u e n c eo fp r o c e s s i n gp a r 锄e t e r so nt h eq u a l i t y o f 、v e l d1 i n e ，i n c l u d i n gt h i c k n e s s ，m e l tt e m p e r a t u r e ，m o l dt e m p e r a t u r e ，h o l d i n gp r e s s u r e a 1 1 di n je c t i o nv e l o c i t y t h em e c h a i l i c a lp r o p e n i e so fv a r i o u st h i c k n e s s e sa n dd i 髋r e m p r o c e s s i n gp a r 锄e t e r sw e r ed i s c u s s e d t h ec a l c u l a t i o np a r 锄e t e r so fp c ，a b sw e r e a d j u s t e dt o t e s tm e 印p l i c a b i l i t yo fs e m i e x p e r i m e n t a lf o r m u l a t i o n a n dt h es p e c i f i c s e m i - e x p e r i m e n t a lf o r n l u l a t i o n sw e r ef o u n da n d t e s t e dt of o r e c a s tt h ed e g r e eo fb o n d i n g f o rp a 6a n dn a n o - c o m p o s i t ep a 6 i na d d i t i o n ，f i n d i n gt h ef l u c t u a t i o ne f f e c t so f c o h l p u t i n gp a r a m e t e rd ( ap a r a m e t e ro fm 0 1 e c u l a rc h a i nt oo v e r c o m ee n e 玛yo b s t a c l et o r e a c ht h es t a b i l i z e dc o n d i t i o n s ，t h edv a l u ei n f l u e n c e st h ev e l o c i t yo fd i f r u s i o no f m o l e c u l a rc h a i n ) o nt h ee r r o rb e 铆e e ne x p e r i m e n t a la n ds i m u l a t e dr e s u l t so fb o n d i n g d e g r e e a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n ta n dc a l c u l a t i o nd a t a ，c o n c l u s i o n sh a v eb e e nm a d ea s i v t o 儿0 w s ： 1 p r o c e s s i n gp a r a m e t e re 丘- e c t so nb o n d i n gs t r e n g t h 1 ) a sf o rp cp a n s ，m e l tt e m p e r a t u r ea i l dm o l d t e n l p e r a t u r ea r et h ek e yf a c t o r s ，b m t h ei n n u e n c eo fi 坷e c t i o nv e l o c i t ya n dh o l d i n gp r e s s u r ea r er e l a t i v e s m a l l e r t h i i u l e r p a n s 谢t hl o w e rm o l da 1 1 dm e l tt e m p e r a t 岬u s 砌1 yh a v es m a l l e rv a l u eo f b o n d i n g s t r e n g t ha n dm e c h a n i s ms 骶n g t h 2 ) a sf o ra b s p a r t s ，m e l tt e m p e r a t u r e ，m o l dt e 瑚【p e r a t u r ea n di n j e c t i o nv e l o c i t y e x c e p th o l d i n gp r e s s u r eh a v eo b v i o u se f f e c t so nw e l dl i n e h i g h e r h 0 1 d i n g p r e s s u r ec a l l d e c r e a s eb o n d i n gs t r e n g t hs l i 曲t l y d e c r e a s i n gm e l tt e m p e r a t u r e ，m 0 1 dt e m p e r a t u r ea n d i r l j e c t i o nv e l o c i t y ，t h eb o n d i n gd e g r e ev a l u eg o e sd o w n o b v i o u s l y a n dt h i c k n e s sh a r d l v h a se f f e c t so n b o n d i n gd e g r e ew h i l em e l tt e m p e r a t u r ea n dm o l dt e m p e r a t u r eb e c h a n g e d 3 )a sf o rp a 6p a r t s ，m e l tt e m p e r a t u r ei st h em 旬o rp a r 锄e t e r st oa 舭c tt h ed e g r e e o fb o n d i n g h i 曲e rm e l tt e m p e r a t u r ec a ni m p r o v et 王l e b o n d i n gd e g r e eo ft h i c kp a r t s e a e c t i v e l y t h ei n f l u e n c eo fm o l dt e m p e r a t u r ei ss m a l l ，b u ti n c r e a s i n gm o l d t e m p e r a t u r e o ft h i c kp a r t s ，b o n d i n gs t r e n 舒hd e c r e a s i n g i n j e c t i o nv e l o c i t yc a n i m p r o v em e c h a n i c a l p r o p e r t yo fw e l d l i n eal i t t l e t h ec o n t r i b u t i o no f h o l d i n gp r e s s u r et 0b o n d i n gd e g r e ei s h a r dt od e c i d et h o u g hi th a so b v i o u se 舭c t s 4 ) a sf o rn a n o c o n l p o s i t ep a 6 ，m es t r e n 舀ho f n ow e l dl i n ep 甜si n c r e a s e sh i g h l v c o m p a r e dw i t ht h a to ff a 6a tt h es a j t l e p r o c e s s i n gc o n d i t i o n b u tt h ew e l dl i n e d e c r e a s e sm es t r e n g t ht e r r i b l y ，w h i c hb o n d i n gd e g r e er e d u c e sb ya b o u t5 0 s ot h e a d d i t i v eo f n a l l o 。c o m p o s i t em a t e r i a l sc a i lo n l ye n h a n c e 让l eq u a l i t yo f p a i r t sw i t h o u tw e l d l i n e o n c et h e r ei saw e l d l i n eo rm e l t l i n e ，t h ea d d i t i v en e g a t i v ee f r e c t so nd r o d u c t s q u a l l t y2 u r e 、v o r s et h a i lt h a to fc o m m o np a 6 t h em o l dt e m p e r a t u r ea n dh 0 1 d i n g p r e s s u r e a u r et h em a j o rp a r 锄e t e r st oi n n u e n c et h es t r e n 酉h ，a n dt h ei n n u e n c e o fm e l tt e m p e r a t u r e a n di qe c t i o nv e l o c i t yi ss m a l l h i g h e rm e l tt e m p e r a t u r ea n d l o w e rh o l d i n gp r e s s u r ec a i l d e c r e a s et h eq u 酊i t yo fw e l dl i n e t h et e n d e n c yo f i n f l u e n c eo fm 0 1 dt e m p e r a t u r ei sn o t c j ea r l o w e rm e l tt e m p e r a t u r ea n dm o l dt e m p e r a t u r e m a ye f f e c t i v e l yi n c r e a s et h e m e c h a n i c a lp r o p e r t yo ft h i c k p a r t s 2 t e m p e r a t u r ec a na 虢c tt h ep a n s s t r e n g t ho b v i o u s l yo fb o t h c r y s t a l l i n ea n d v a m o 印h o u sp 0 1 y m e r 3 t h ee 1 1 r o ro fs e m i e x p e r i m e n t a lf o m u l a t i o n 1 ) t e s tt h ea p p l i c a b i l i t ya i l df e a s i b i l i t yo fs e m i - e x p e r i m e n t a lf o n n u l a t i o no fp c p a r t s ，a n di m p r o v et h ec a l c u l a t i o na c c u r a c yw i t ht h em a x i m u mo fe r r o ri s3 0 5 a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t sr e s u h s ，w 1 1 i c hi sb e t t e rt h a i lt h a to fr e f e r e n c er e s u l t s 2 )a d j u s tt h em a t e r i a lp r o p e i r t yp a r a m e t e r so fa b s ，a n dt e s t e dt 量1 e a p p l i c a b i l i t y a n df e a s i b i l i t yo fs e m i e x p e r i m e n t a lf o m u l a t i o n i ti sf o u n dt h a tt h ep e r c e n to fa b s m 句o rc o n s t i t u e n th a v ee a e c t so nt h ep r e d i c t i o na c c u r a c y m o d i f y i n gt h em a t e r i a l p e r c e n t a g eo fa b s ，t h em a ) 【i m u i i lo fe h d ro fc a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n to ft w og r o u p s i s4 6 2 a i l d0 2 9 ，r e s p e c t i v e l y 3 )s p e c i f i cm a t e r i a lp r o p e r t ) ，p a r 锄e t e r sa r ee s t i m a t e da n dc a l c u l a t i n gp a r a m e t e r s a r ed e t e m l i n e db yt h ep a p e r s o m ep a r 锄e t e r sa 1 1 ds e m i e x p e r i m e m a lf o n i l u l a t i o n 、v e r e e s t l b l i s h e df b ri ! a 6a n dn a n o - c o m p o s i t e i ! a 6 ，a n dt h ed e g r e eo fb o n d i n gw e r e c o n l p u t e d b yr e g r e s s i o na n a l y s i sc o n s i d e r i n gt h ef a c t o r so fm e l tt e m p e r a t u r e ，m o l dt e m p e r a t u r e ， h o l d i n gp r e s s u r ea n d e c t i o nv e l o c i t y t h em a x i m u mo fe r r o ri s2 5 6 o fp a 6a i l d 1 7 8 o fn a n o - c o m p o s i t e p a 6 ，r e s p e c t i v e l y 4 c o m p a r e d 谢t l le x p e r i m e n t a l r e s u l t sa n dc a l c u l a t i n gd a t a ，t h ee r r o ro ft h et h i l l i l e r p r o d u c t so fp c ，王，a 6 ，a b sa n dt h et h i c kp r o d u c t so fn a n o c o m p o s i t e p a 6i ss t a b l ea n d s m a l l e r ，w h i c hm e a n st h a tt h es e m i e x p e r i m e n t a lf o m l u l a t i o nc a nb ea p p l i e da n dm a y g e tb e t t e rr e s u l t s b e c a u s ea b su 1 1 d e f i n e ds t m c t u r ei sc o m p l i c a t e d ，n u c t u a t i o no fe 玎o r o ft h et h i c kp a r ti sr e l a t i v eb i gw i t hm a ) ( i m u mv a l u e4 6 2 ，a i l dt h ea p p l i c a t i o n i s l i m i t e d a tt h es 锄et i m e ，a st ot h et h i n n e rp l a s t i c so fn a n o c o m p o s i t e p a 6 ，t h o u 北t h e e 1 1 r o ri sv a r i e dw i t h i n2 ，t h en u c t u a t i o ni so b v i o u s 5 a st h ec h a i l g eo fd ，t h e b o n d i n gd e g r e ee m ro fp ca n dp ab e t w e e nt 1 1 e e x p e r i m e n t a lr e s u l ta 1 1 ds i m u l a t e dr e s u l tu i l d e re a c ht e c l i l o l o g i c a lc o n d i t i o ni ss t a b l e ， b u tt h ee n 的ro fa b sa i l dn a j l o - c o m p o s i t ep a 6i ss e n s i t i v et ot h ef l u c t u a t i o n a n dt h e e r r o r 、v a sl a 唱e ra st h ed e v i a t i o no f t h ev a l u eo fd 疗o mt h ee s t i m a t e dv a l u ei n c r e a s e s k e y w o r d s ：w b l dl i n em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s d e g r e eo fb o n d i n g p l a s t i c 蜘e c t i o nm o l d e dp 甜st h i nw 酊lm 0 1 d i n g r e 伊e s s i o na i l a l y s i s v i 郑重声明 本人的学位论文是在导师的指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、 抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一 切法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ： 琴长两拎 2 咖年4 必日 第一章绪论 第一章绪论 注塑成型又称为注射模塑或注塑，是塑料加工中的重要成型方法之一。塑料 成型技术是把粉状、粒状或液状树脂及添加剂等原料加工成具有一定使用价值的 制品的一种技术。塑料制品性能的优劣及规格多少与成型技术密不可分。注塑成 型技术已经发展的相当成熟，在传统工艺上的革新技术也很多，应用非常普遍， 注塑制品已占塑料制品总量的3 0 以上【l 】，在国民经济的许多领域里有着广泛的应 用。虽然注塑成型可连续或周期性地成型外形复杂、尺寸精确、带有嵌件等的塑 料制品，但由于在成型过程中涉及设备、工艺、材料、操作水平等多种因素，制 品的质量控制比较困难。而人们对塑料产品的外观质量和内在性能的要求日益提 高，因此研究影响制品的外观质量和内在性能的原因和相关的评价、解决办法变 得越来越重要。 熔接线是制品常见的缺陷之一，熔接线不易避免、消除，熔接线的位置经常 是应力集中之处，在使用过程中，很容易发生应力开裂，同时对外观质量也有影 响，因此预测熔接线的位置、量化性能参数，如拉伸强度、键接强度，对指导工 程实践有积极的意义。 1 1 薄壳成型技术和熔接线 本文所研究的对象包括厚度为o 8 m m 、1 0 l m 和1 2 m m 的制品，属于薄壁成 型的产品。薄壁成型是电子产品中用的较多的一种技术，壁越薄，流长比( 流动长 度和厚度的比值 2 】) 越大，通常采用多点进料解决流长比比较大这个难题，但相应 的也会产生了熔接线问题。为此先介绍一下薄壁成型相关的概念。 1 薄壳成型技术( t w m ) 薄壳成型技术是基于常规注塑成型进一步发展起来一项新型技术。随着电子、 通讯、计算机行业的快速发展，使得诸如笔记型、掌上型电脑或移动电话等便携 式电子产品需求很大，而且生产也是日新月异，消费市场逐渐向着较小、轻量化 和精密化的方向快速发展。但是这些产品具有受命短、在市场更新速度快的特性， 因此应用薄壳注塑成型技术于3 c ( c o m p u t e r ， c o m m u n i c a t i o n & c o n s u m e r e 1 e c t r o n i c s ) 精密产品以提高产品的便携性、轻便性和实用性具有很深远的工程意 郑州大学硕士学位论文 义。 薄壳成型( t h i nw a l lm o l d i n g ) 得名于其所成型的对象，即薄壳产品。这里说的 薄壳只是一个相对的概念，目前按产品壁厚的大小划分为3 个范围：3 2 2 m m 为 常规制品；2 0 1 2 衄为薄壳制品；小于1 2 m 珈的为高级薄壳制品，薄壁注塑成 型可使生产周期缩短5 0 ，节约材料6 0 【3 】。并且，常规制品使用常规注塑方法 和普通工程塑料即可成型，成型工艺已为人们所熟悉，模具已经标准化。而薄壳 制品则不然，当产品的厚度越小时，其流动就越受限制，这是由于塑料熔体在厚 度愈小的模腔中的冷却速度加剧，在很短时间内就会固化。因此薄壳制品的成型， 必须以很高的注射压力，在很短的时间内，把料温较高、流动性较好的树脂高速 压入型腔。这使得成型过程极为复杂，难度加大，常规的注塑成型方法已经不能 满足需要，必须使用薄壳成型技术，并且射出压力与熔融塑料的流长比具有正比 关系。即当壁厚越薄，流长比越大，成型难度越大，所需要得注射压力越高。薄 壳成型技术与常规注射成型技术对比如表1 1 ： 表1 1 薄壳成型技术与常规注射成型技术对比 t a b l e1 1t h ec o n t r a s to ft h et w ma n dt h ec o n v e n t i o n a li n j e c t i o nm o u l d i n g 【4 】 对于一台薄壳注塑机，为了提供较高的射出速度和很高的注塑压力，最主要 是附加蓄压器和反应快速的油压阀，使得在瞬间充填的时候可以使得熔体保持流 动和温度的一致，以达到快速成型的目的。也就是说在注塑过程中使用蓄压器可 以保证熔体在极短的时间之内充满模腔，并提供足够的注塑压力，保证模腔内流 动的稳定性，从而增加薄壳成型的成型性。 由于熔体流动均匀，可以增加塑料制 品的成型性，改进成品表面性质；可以有效降低塑料熔体的不均匀收缩，提高注 塑产品的精密度，配合热流道系统可以节省材料和增加成型性。由于产品比较薄， 冷却时间大大降低，可以有效缩短生产时间和开发周期， 提高生产效率。 2 熔接线 2 第一章绪论 在注塑成型过程中，当采用多浇口或者型腔中存在孔洞、嵌入式模具以及制 品厚度尺寸变化较大时，塑料熔体在模腔内会有两个或者两个以上的熔体波前相 遇，从而形成接合线或融合区域，称之为熔接线( w e l d1 i n e ) 。由于波前分子分别来 自不同的熔体波前，在融合区域没有足够的分子链交错混合，出现不完全键接及 在交接面相互平行现象；又由于在充填过程中，熔体流动波前存在拉伸和剪切应 力，使得波前分子链存在极高的方向性，从而使得熔体相交面处的机械性能和形 态学( m o 叩h 0 1 0 9 y ) 结构不同于其它部分，所以熔接线不只是一条线，而是一个复杂 的三维融接区域【5 j 。此区域的形态和基体不同，并且其宽度有几个毫米，甚至延伸 到整个制件厚度，这取决于材料和熔接过程【6 j 。当两股熔体前沿尚未汇合以前，熔 体前沿的压力为零，而熔体前沿的泉涌流动使熔体前沿的分子收到拉伸，前沿的 分子链取向平行于流动方向。对于流动前沿的弧形表面，流动方向和分子取向沿 自由表面的法向，他将会影响到界面融合后分子的扩散。同时，由于冷的模壁而 形成的冷凝层中，取向被冻结而形成了各向异性结构。 熔接线虽然不易消除，虽然可以通过使用流动性较好的一些材料或者改变一 些工艺条件如料温、模温、保压压力和射出速度而有所改善。另外也可以通过改 变浇口位置或流道大小使得熔接线产生在较不影响产品外观和机械性能的位置 上，或者使用阀浇口来减少熔接线，但熔接线是难以避免的。过去模具设计人员 常根据经验或采取解析法预测简单制件熔接线的位置，而对于大型、复杂制件却 束手无策。袁中双r 7 1 给出了结合流动模拟数值实现的多浇口熔接痕的位置确定方 法，但该方法不适合于单浇口制品熔接线的位置确定方法。周华民【8 】等构造一个诊 断塑料制品的专家系统，可以帮助工艺师准确可靠地从m o l d n o w 注塑模拟软件的 分析结果中提取和熔接线有关的有价值的信息。鲁晓梅【9 1 等分析了熔接线形成的原 因及影响因素，提供了一个预测熔接线位置的数值计算方法，并用实例对该算法 的可靠性进行了验证。李宏生【l o 】等人从数值模拟结果中抽取模拟工艺师和设计工 艺师的经验，整理为知识规则，利用谓词逻辑方法，对熔接线缺陷进行了详细研 究，并对其实践性和有效性进行了验证。余晓容【1 1 】等人通过充模过程熔接线形成 机理的数学分析，给出了薄壁型腔中结合流动模拟数值实现的熔接线自动识别算 法。电脑辅助工程c a e 分析软件虽然有助于预测熔接线出现的可能位置，却仍需 使用者具有足够的理论知识和实践经验，才能够对分析模拟的结果有正确地解释 和准确了解熔接线的产生原因。另外，对于调整模具结构，如浇口位置、浇口尺 3 郑州大学硕士学位论文 寸和流道大小都需要使用者具有足够的实践经验。但现有的工程分析软体仍无法 预测熔接线的强度，而相关的理论也有待进一步的深入和研究。 1 2 国内外研究现状 由于熔接线在注塑成型过程中的不可避免，且熔接线的存在不仅影响制品的 外观质量，而且对制品的机械性能有很大影响，特别对于多相共混聚合物、纤维 增强材料等的影响更为明显，同时工艺条件对熔接线的性能影响巨大，不同工艺 条件下，熔接线区域的键接强度可以处于1 0 9 0 【1 2 1 的原始材料强度。近些年 来，大的流长比、大型复杂制件逐渐增多，并且人们对制品的外观和内在性能的 要求越来越高，因此对注塑制品熔接线的分析得到了人们普遍关注【1 3 】，提高熔接 线区域的性能成为了研究的重点。 下面分别从五个不同的角度对注塑成型过程中熔接线问题的研究现状和国内 外的发展进行简单介绍：1 熔接线处的结构、形态；2 工艺参数对熔接线强度的 影响；3 预测熔接线强度的理论公式；4 薄壳成型技术( t w m ) ；5 熔接线的改 善。 1 熔接线处的结构、形态 许多学者发现制品熔接线所在位置的分子结构形态和基体与无熔接线处的不 同，并且这往往造成有熔接线制品质量下降。 上世纪九十年代，t o m a r i 对p s 熔接线试验进行研究发现，在熔接线的表面 两侧有0 2 m m o 3 m m 的不良结合层。 f e l l a l l i 【1 5 ，1 6 1 研究了h d p e p a 6 混合物熔接线结构，发现在融接区域有很多细小 分散相，同时也发现融接区域的厚度大约是表层的两倍，由此他们推断出熔接线 是熔接前沿熔体会合的结果。 m i e l e w s “1 7 1 对p p ( 含有抑制酚类抗氧剂) 熔接线形态进行了研究，发现添加剂 只有少量或根本不溶于基体中，当两股熔体会合时，熔体的喷泉流动使添加剂积 聚在熔接线处，并且绝大部分聚集在熔接区域约1 0 0 i 瑚宽的范围内，引起熔接线 处的强度显著下降但试样表面打磨0 0 1 0 0 2 n u n 后，熔接线的冲击强度又有很大 提高。 s o n 研究了p s 、p p 0 、p s 混合物的熔接线的形态，虽然混合物中有三种组 4 第一章绪论 分，但由于p s 和p p o 的互容性很好，所以混合物是两相的而不是三相，p s 和 p p o 形成一个分散相，p a 形成母相，他们研究了两种混合物，每种包含2 0 谢的 分散相和8 0 眦的母相，这两种混合物的区别在于分散相的成分不同：一种是含 有9 0 的p s 和1 0 谢的p p o ，它的特性是粘度低，形成低粘度聚合物；另一 种是1 0 叭的p s 和9 0 埘的p p o ，它的特性是粘度高，形成高粘度聚合物。研 究发现，对于低粘度聚合物，从v - 缺口到制件中心，存在有一层明显的熔接线， 在熔接线区域可以观测到细小的分散相球状颗粒，它的形成是由于在流动前沿的 拉伸流动中分散相强烈的变形而导致解体而形成的，在厚度方向上，靠近v - 缺口 的颗粒变形，在高注射流速和低注射温度下，接触层更明显。对于高粘度聚合物， 在低粘度聚合物中细小分散粒子没有发现，只是在靠近制件表层处有一点轻微的 变形，认为熔接线形态主要是由于分散相的变形、解体、松弛而形成的。 2 工艺参数对熔接线强度的影响 有些学者从成型的工艺条件出发，研究了参数主要包括：熔体温度，模具温 度，注射压力，保压压力，注射速度等对熔接线质量的影响。 m a l g u a m e r a 【1 9 】考察了熔体温度、模具温度、注射速度、注射压力对一般商用 p s 、耐冲击p s 、p p 等热塑性塑料熔接线拉伸强度的影响，认为对于结晶型聚合物 和表现出屈服的无定型聚合物，熔体温度和模具温度是影响熔接线拉伸屈服强度 的主要因素，而注射速率和注射压力影响不大。 m a l g u a m e r a 【2 0 1 观察了4 种p p 树脂熔接区域的微观结构，同时还考察了制件的 冷却和退火对熔接线强度的影响，发现提高熔体温度和模具温度可以改善熔接线 的屈服强度，提高注射速率尽管也可以改善熔接线处的屈服强度，但影响程度要 比熔体温度和模具温度小的多。而冷却速率对熔接线性能影响不大。s e l d e n 【2 l 】对 p a 6 ( 3 5 玻纤) 、p p s ( 4 0 玻纤) 、p p ( 4 0 滑石粉)