材料性质对注塑件熔接痕外观及性能的影响..docVIP

材料性质对注塑件熔接痕外观及性能的影响 塑料有很多种成型方法，其中注塑是很重要、应用很广的成型方法之一。但是注塑件不可避免地会产生这样那样的缺陷，其中熔接痕（又称熔合纹）是常见的缺陷之一。熔接痕是两股流动的熔融塑料因相接触而形成的形态结构和力学性能都完全不同于注塑件其它部位的三维区域。熔接痕的产生不仅使注塑件的外观质量而且使其力学性能如冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率等受到不同程度的影响，熔接痕区的强度一般为原始材料的10%～90%。对不同的材料，这个比例是不同的。如何选用合适的材料来减小熔接痕的危害是注塑过程中首先要解决的问题。笔者具体分析了材料性质对注塑件熔接痕外观及性能产生影响的原因及对策。1 熔接痕的分类及其形成1.1 熔接痕的分类??? 注塑件中最常见的熔接痕有两种基本类型，一种是因为注塑件的结构特点或尺寸较大，为缩短熔体流程和加速充满型腔，采用两个或两个以上的浇口时，从不同浇口进入型腔的熔体前锋迎头相遇形成的，这种熔接痕称为冷接痕（或对接痕，如图1a所示）；另一种是由于制品中存在孔、嵌件等引起熔体分开再汇合而形成的，这种熔接痕称为热接痕（或称并合痕，如图1b所示）。另外还有一种由于充模时熔体前沿的“喷泉”式流动或壁厚不均引起的熔接痕。 1.2 熔接痕的特点和形成??? 熔接痕具有垂直取向、弱连接和表面V形槽三大特点。从其形成过程看，注射成型的充模阶段和冷却阶段起着关键作用。??? （1）充模阶段。在此阶段产生熔接痕并初步形成垂直取向，熔体的“喷泉”流动对熔接痕的产生模式起到关键性的作用。形成熔接痕时，两股流动的熔体相碰撞使熔体分子链在沿厚度方向由中心层向壁面运动。这样使得熔接痕区的分子取向垂直于主流方向，即沿厚度方向取向，而不是像其它区域那样平行于主流方向。??? （2）冷却阶段。在此阶段熔接痕形成弱粘接和表面V形槽。由于注塑过程中冷却速度快，两股熔体界面处大分子链和链段的扩散时间少于它们的松弛时间，这样大分子链和链段来不及扩散就被完全凝结，从而在界面处形成了弱粘接。同时熔体的收缩和滞留在型腔中的空气或充模过程中产生的挥发物来不及排出会形成表面V形槽。2 材料性质对注塑件熔接痕外观和性能的影响??? 熔接痕其实是一个区域，它的宽度由几毫米到整个制件厚度，这取决于材料及其组成。凡影响分子链缠结、结晶、取向和分子热作用的因素都会影响到熔接痕的强度。这些因素依赖于材料特征和工艺条件，材料特征主要包括松弛时间、结晶形貌等。熔接痕对注塑件性能的损害程度可定量地用接痕系数（FKL）来表示。接痕系数定义为： ??? 不同塑料的接痕系数可以有很大差别。按材料性质不同，可以将塑料分为3类：??? （1）无定形脆性聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、（苯乙烯／丙烯腈）共聚物（SAN）等，这类塑料具有很小的接痕系数，熔接痕使注塑件性能损害很严重。??? （2）无定形韧性聚合物，如聚碳酸酯（PC）、（丙烯腈／丁二烯／苯乙烯）共聚物（ABS）等，这类塑料具有较大的接痕系数，熔接痕对注塑件性能损害小，在有利的成型条件下可以忽略熔接痕对注塑件性能的损害。??? （3）半结晶性聚合物，如聚酰胺（PA）、聚甲醛（POM）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）等，这类塑料也具有较高的接痕系数，在有利的成型条件下也可以忽略熔接痕对注塑件性能的损害。2.1 结晶度聚丙烯(PP塑料)是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶必的线性聚合物，具有优良的综合性能。??? 在众多的材料参数中，影响熔接痕结构的首要因素是结晶度。若聚合物为半结晶或结晶性聚合物，那么结晶的存在对熔接痕的弱粘结有正反两方面的作用：一方面界面处的结晶可直接提高粘接度；另一方面结晶区的存在阻碍了分子链的扩散。若结晶程度高，那么前者的作用要远大于后者。而结晶度越高，垂直取向越弱，表面V形槽越轻微，熔接痕处的强度就越大。??? 此外晶粒大小和晶粒的分布还影响着熔接痕处的性能，小的晶粒且分布均匀会表现出较好的力学性能。J. K. Kim采用GIbbS自由能观点描述了熔接痕处的宏观性质，认为熔接处的粘接强度与分子穿越界面的密度成正比。2.2 松弛时间??? 聚合物分子链从一种平衡态通过分子运动达到与外场相适应的新的平衡态的过程中，由于高分子运动单元要受到较大的摩擦力，使得这种运动不能瞬时而要经过一个缓慢过程才能完成，此过程称为松弛过程，所需要的时间称为松弛时间。松弛时间对分子链段的缠结有着重要影响，松弛时间相对短的聚合物能得到较好的缠结。松弛过程与温度有关，温度升高可以促使运动单元活化并使运动单元运动所需要的自由空间增大，这两种作用都会