作者:Jeremy Williams,咨询顾问/培训师

在塑料注射成型行业中,我们使用的材料是石油精炼的副产品和金属制造的模具,因此我们的术语注定至少会有些混淆。

三个经常混淆的术语是熔接线(weld line)、熔合线(meld line)和熔接缝(knit line)。熔合线和熔接缝实际上都是不同类型的熔接线。让我们回顾一下是什么导致了熔合线和熔接缝的缺陷,它们是如何影响零件耐久性的,以及它们之间的区别是什么。

是什么导致熔接缝和熔合线?

像许多产品问题那样,这些不期望的特征也归咎于产品设计。由于我们的材料是通过浇口注入的,所以它必须流经型腔以及各种特征,如孔或凸台(如图1所示)。

如果螺纹凸台中存在熔接缝,则当将螺钉拧入螺纹凸台时,凸台可能会破裂,从而导致产品问题。

对于汽车零部件行业,这会导致零件发生隆起、发出吱吱声或咔哒声。

对于电子产品,破裂的凸台将无法正确地压缩密封圈,从而导致精密PCB(印刷电路板)进水并损坏。

对于管道部件,如果这些发生在O形环槽中,有可能会有液体的泄露,导致滴漏。

在管件接头行业,如果这些处理不善,接头将无法通过破裂或挤压测试,导致产品现场失效。

图1:螺纹凸台

图1:螺纹凸台

想象一下,这就像水流顺流而下,岩石从表面伸出来。一旦水撞击岩石,水流就必须分裂,继续流动,并在另一边汇合。

我们需要着眼于汇合,以便确定是熔接缝还是熔合线。

熔合线

熔合线的定义是产品中塑料流动通过一个特征进行分割后,两个流动前沿再次熔合。想象一下,在办公室工作了一整天后,你正走上高速公路——我们都在同一个方向,必须弄清楚如何才能不受损坏地到达那里。在图2中,我们可以看到矩形型芯如何使流动前沿分开,并在另一侧再次汇合。因为模具腔内有更多的空间。流前沿继续前进,创建一个新的流前沿。

图2:材料围绕矩形型芯流动然后汇合,继续流动并形成熔合线

图2:材料围绕矩形型芯流动然后汇合,继续流动并形成熔合线

这一接合处的强度不如未间断的流动。由于流动前沿可以合并在一起并继续流经型腔,于是有更大的机会能够对这个压缩区域,从而增加其强度。

熔接缝

熔接缝是指两个流动前沿交汇在一起,但不是合并,而是像是在一个十字路口正面碰撞。这种情况并不如意,也不会得到好的结果。

图3:材料围绕直立型芯流动


图3:材料围绕直立型芯流动

一旦这两个流动前沿相遇,就没有更多的型腔几何形状来进行流动,因此很难对这部分施加压力,随之的结果是比熔合线更弱。

材料的选择

某些材料比其他材料更具韧性。具有流线型结构的材料(HDPE、PP、POM)(如图4所示)通常会产生更高的强度,因为聚合物链更容易混合。在其他材料(PC、PMMA、ABS)中发现的含有苯环的随机结构降低了聚合物链容易融合的能力。这些苯环也增加粘度,减少收缩率,并增加强度,除了熔接缝和/或熔合线。

图4:顶部,HDPE流线型结构底部,具有随机结构的PC

图4:顶部,HDPE流线型结构底部,具有随机结构的PC

含有物理填充料的材料,如玻璃、碳、金属薄片等,会降低熔接缝和/或熔合线对于强度的正面影响。发生这种情况有几个原因。

首先,我们所加工大多数热塑性塑料的温度(200至350o C)远远低于那些类型填料的熔点(玻璃为1400至1600o C)……如果它们能够熔化的话。在这种情况下,不仅在型腔内具有阻碍塑料流动的特征,而且在流动前沿还悬浮有固体,造成进一步的不良影响。因此,我们需要检查在特征之前的纤维取向和特征之后的有何不同(如图5所示)。

图5:流经型芯前和流经型芯后的纤维取向

图5:流经型芯前和流经型芯后的纤维取向

理解产品强度变化的关键是理解测试样本是如何破裂的以及数据是如何收集的。

Izod冲击试验,如下图6所示,使用一个重量钟摆冲击一个样品。读数为打破样品所需的能量,通常以ft-lb / in2为单位2。破坏样品所需的能量越多,材料越坚固。 .

图6:Izod冲击试验仪

图6:Izod冲击试验仪

我们需要审查的另一个方面是有缺口和没有缺口的样品的ASTM数据,如下图7所示。构成聚合物的元素,它们的排列和化学键决定了聚合物的强度。熔接缝类似于ASTM样品中的缺口。

图7:ASTM测试样品

图7:ASTM测试样品

虽然带有熔接缝的成型产品的行为可能与测试样品不完全一样,但数据将显示我们可能会损失多少强度。

举个例子,有些材料是非常坚固的,ASTM测试不能破坏没有缺口的样品,但是有缺口的样品的价值非常低。其中一个例子是一款用于医疗行业PC产品 (如下表1所示)。

图表1:Calibre™ MEGARAD™ 2081-15

图表1:Calibre™ MEGARAD™ 2081-15™ 2081-15

其他材料,如表2中所示的PP,在有缺口和无缺口时均可在ASTM测试方法下断裂。

图表2:Gapex® HP RPP20EU98HB

图表2:Gapex® HP RPP20EU98HB

这些材料并非不好,但我们必须了解它们的局限性,以及如何适当地适应设计,以达到预期的目标。

我们所观察的强度指标是无缺口试样和有缺口试样之间的下降。这可以帮助我们了解有熔接缝的与不间断流动的塑料相比究竟有强度差了多少。

模具设计

浇口位置会严重影响产品几何内的熔接缝或熔合线的位置。通过使用流动模拟,我们可以预测可能发生的位置。然而,浇口位置可以根据产品的功能来选择,将熔接缝或熔合线放置在适当位置,让产品满足合适的功能。

成型工艺

通过成型工艺提高熔接缝或熔合线的强度是非常困难的,因为有很多因素已经锁定,如产品几何形状,浇口位置,流动长度和材料。我们能希望的最好的是通过结合熔体温度,模具温度,流动速率和保压压力,来压缩熔接缝或熔合线。

结论

熔接缝和熔合线之间的差异非常显著,这极大地影响了产品的结构强度。熔接缝和熔合线是塑料注塑成型所固有的。由于产品要求,想要消除它们通常很困难。但是,通过产品设计师、模具人员和注塑人员的共同努力,成功是肯定可以实现的。