Page 119 - 《橡塑技术与装备》2023年10期
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测试与分析 邓凤意 等·注塑零件熔接线缺陷浅析
当纤维加强塑胶材料的熔体的流动波前发生 “ 碰 特征，可以明显看到熔接线处无排气边界时气体对熔
撞 ” 时，熔体产生黏弹性变形并向四周扩散，相当一 体流动、熔合的阻碍作用。
部分纤维会因为熔体的挤压而发生转向，即纤维由垂 当熔体熔合时，熔体前端的气体会被挤压到型腔
直熔体接触面而变成平行熔体接触面。查阅的一些论 表面，如果气体不能被及时有效地排出，气体就会影
文资料 [7] 和模流仿真分析结果都印证了纤维的这种转 响、阻碍熔体与型腔壁的接触、贴合，从而形成一条
向情况。综上所述，纤维在熔接线的三维区域会呈现 与周边粗糙度不一致的熔合痕迹，放大了看类似一个
与熔体充填方向垂直、在接触面凌乱排布的形态。 细微的 “V” 型槽。
2.3 助剂在熔接线区域的分布 2.6 熔接线界面的高分子链扩散与结晶
塑胶材料加工过程中，通常会添加一些助剂，以 熔接线界面的高分子链扩散指的是当熔接线初步
达到改进性能和降低成本等目的。助剂的种类很多， 形成时，聚合物高分子链被隔断在熔接线界面两侧 ；
常用的有润滑剂、阻燃剂、增塑剂、稳定剂等。有些 当熔接线形成一段时间后，随着高分子链的热运动
助剂分子量较小，与聚合物相溶性相对较差。在塑胶 [9~11] ，聚合物高分子链会打破熔接线界面的限制，形
熔体流动过程中，助剂与高分子聚合物及助剂相互之 成彼此穿插、缠结的状态。
间的作用力相对较小，因此助剂的流动性要更好。当 当聚合物为结晶或半结晶性聚合物时，其结晶运
熔体以 “ 喷泉流 ” 向前端推进时，因助剂的流动性更好， 动会在熔接线界面处形成晶区。晶区的存在对熔接线
会导致助剂向表皮层和皮下层（剪切层）汇聚 [8] 。当 处的黏接强度有正反两方面的作用 [10] ：一方面界面处
熔体熔合时，助剂在熔接线区域汇聚会更加显著，这 的结晶可提高黏接度 ；另一方面晶区的存在会阻碍高
样就会降低熔接线区域的密度，减弱聚合物分子之间 分子链的扩散。
的作用力，使得熔接线区域的力学性能下降。
2.4 共混聚合物在熔接线区域的形态 3 纤维增强塑胶材料熔接线强度的耦合
共混聚合物指的是两种或两种以上分子结构不同 分析
的聚合物的物理混合物，如 PC 加 ABS、PC 加 PBT、 对于塑件熔接线处开裂问题的仿真，目前模流分
PE 加 PVC。聚合物之间相溶性相对较差，一般会出 析能够较准确的预测熔接线的位置、形态，但是无法
现分散相。分散相的分子量越小，分散相与基体、分 对熔接线处的应力状况做评估 ；结构分析能够对熔接
散相之间的相互作用力越弱，分散相流动性越好，当 线处的应力状况做直观、量化的评估，但是无法准确
熔体熔合时，分散相更容易在熔接线区域汇聚，更容 预知熔接线的位置、几何形态，在创建分析模型时，
易在表皮层和皮下层沿垂直充填方向进行拉伸取向。 无法较准确的对熔接线区域的网格元素的材料性能、
分散相在熔接线区域的拉伸取向程度对熔接线的力学 残余应力等参数的进行属性赋值。如果能够把模流分
性能有重要影响。增加分散相的黏度，减少分散相的 析和结构分析各自优点结合起来进行耦合分析，也许
运动能力，分散相在垂直于充填方向的拉伸取向能力 能够极大提高对熔接线区域应力评估的精准度，尤其
减弱，基体分子在流动方向的扩散、缠绕能力增加， 是对于纤维增强的塑胶材料。业内对此展开了较多的
有利于提高熔接线区域的力学性能 [8] 。 研究 [12~13] ，目前比较普遍的方法是借助第三方复合材
2.5 气体在熔接线区域的分布 料建模软件 ——Digimat 在模流分析软件和结构分析
从制品壁厚方向看，熔接线的形态结构可以简单 软件之间搭建沟通桥梁。
分为 “V” 型槽、弱连接层（表皮层和皮下层）、强连 用此方法进行熔接线强度的耦合分析时，通常需
接层（中心层）三个部分。弱连接层的形成主要和聚 要考虑的因素有以下两点 ：
合物高分子链、纤维在垂直充填方向的取向有关 ；而 （1）材料模型的创建
“V” 型槽的形成，则主要和熔接线区域内气体的排出 在 Digimat 软件中，由通用方法创建的材料模型
效能有关 [9~10] 。 误差较大，可用于一般趋势分析 ；由实验测定再经逆
仍以 PC 拉伸试条为例进行模流分析，当计算时 向工程创建的材料模型准确性更高，可用于定性、定
考虑模具型腔内的大气，模具内不设排气边界和在熔 量分析，但材料实验数据需要得到材料供应商授权才
接线处设置排气边界，观察、对比两种情况下的充填 能使用。
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2023 第 49 卷 ·65·
