缺陷解决 | 熔接痕解决方案之材料选择和产品设计

熔接痕，是塑胶件最常见、影响较严重、同时难以处理的的缺陷之一。

本系列文章，将从熔接痕产生的机理、熔接痕的危害以及如何解决熔接等多个维度入手，建立起熔接痕的结构知识体系和框架。

希望能够帮助工程师全面认识和理解熔接痕：

1）熔接痕预防更为优先；不要等到熔接痕缺陷发生之后，再去寻找解决方案；

2）即使熔接痕缺陷不幸发生，可以系统化地去解决，而不是像过去，用一句话来推锅“这个注塑工水平太LOW，连熔接痕都调不好”。

1 熔接痕解决方案的思路和方案综述

1.1 无法完全消除熔接痕

由于塑胶件形状和多浇口等因素影响，一般来说，无法从根本上完全消除熔接痕。

但可以通过合理的措施控制和调整熔接痕，达到改善塑胶件的外观质量和提高力学性能的目的：

调整熔接痕的形成位置、使熔接痕处于非重要外观面和产品内侧等；
调整熔接痕的形成位置、使熔接痕处于非受力面、壁厚较厚处、或强度交强处等，以避免因为熔接痕强度较低而发生的失效。
通过材料选择、产品设计、模具设计和注塑工艺参数调整等方法，增加熔接痕区域强度，提高熔体汇合时的熔合质量。

1.2 不要等到熔接痕缺陷发生了才去解决问题

在长期的工作、培训和咨询经历中，发现一个非常典型的现象是：只有当模具加工完成，试模时发现熔接痕缺陷，工程师才会急急忙忙、慌慌张张的重视起熔接痕问题来。

生米已经煮成熟饭，工程师的解决方法是把锅让模具供应商背，让供应商调整注塑成型工艺参数、反反复复试模来解决，如果不能解决，就认为供应商水平太差。

而此时要真正解决熔接痕问题，避免不了塑胶件设计修改、模具浇口或流道修改等，这势必会增加产品成本，延长产品上市时间。

所以，等到熔接痕缺陷发生了再来解决问题，这是一种非常错误的做法。

熔接痕曲线的根本原因发生在真正的生产之前，需用从材料、塑胶件设计和模具设计等方面提前进行预防。

1.3 使用模流分析来预测和提前解决熔接痕

当产品设计和模具设计完成之后，可以通过模流分析软件，实时地分析熔接痕的位置、强度等问题。

并通过各种优化方案，例如均匀壁厚的设计、调整浇口的位置和数量等，提前预防和解决熔接痕问题。

如图所示的汽车风扇罩，每两个肋条之间，都会形成熔接痕。此时，需要从产品外观和强度作出判断，这样的熔接痕是否可以接受，如果不能再需要考虑优化方案。

▲汽车风扇罩

▲汽车风扇罩充填过程

▲熔接痕位置及对接角度

1.4 解决熔接痕缺陷的方案综述

预防和解决熔接痕的方案主要从塑胶材料选择、塑胶件设计、模具设计、注塑成型加工和注射机等五个维度入手，缺一不可。

2 塑胶材料选择

塑胶材料的选择影响熔接痕的强度：

流动性较佳、容易维持料温的塑料熔接痕强度较强。

因此，尽量选用粘度低，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。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。

熔接痕对于增强塑料如玻纤、碳纤以及填料等较为敏感，减少玻纤等的含量可以使得熔接痕强度增加。

尤其对于长纤及高填充率者，由于玻纤在熔接痕区域取向不良(几乎互相平行)，熔接痕特别明显，强度也最弱。因此对于多点进浇或熔接痕数目较多的塑胶件塑件，避免采用高填充剂含量及补强纤维含量，最好控制在10%-25%左右，以避免熔接痕强度问题。

▲熔接痕处的玻纤取向

改善原料流动性，对流动性差或热敏性高的塑料适当添加润滑剂及稳定剂，若润滑剂过少，熔合体的流动性差，易产生熔接痕。必要时改用流动性好的或耐热性高的塑料。

控制二次料的再生次数和使用比例。二次料料粒结构疏松，微孔中贮留的空气量大；二次料的再生次数过多或与新料的比例太高（一般应小于20%），均会影响熔接痕强度。

尽量减少配方中的液体添加剂。原料中含有挥发性溶剂或原料中的液态助剂（如助染剂白油、润滑剂硅油、增塑剂二丁酯以及稳定剂、抗静电剂等）用量过多或混合不均，以积集状态进入型腔，形成熔接痕。

减少无机填料的添加量，能较好提高熔接痕强度。塑料配方影响着各组分熔体的粘度，因此多组分塑料注塑时熔体在熔接痕部位的熔接状况受配方的影响较大。多组分塑料中常常添加一部分无机填料以降低成本，由于无机填料的相容性较差，并且加入后使整个塑料熔体粘度有所增加。

3 塑胶件设计

3.1 壁厚均匀

熔接痕产生的一个原因之一就是壁厚不均匀。

因此，在塑胶件的设计中，必须完全遵守壁厚均匀，避免壁厚急剧变化等原则和设计指南。

壁厚均匀似乎是一个非常简单的问题。但是，在所能够接触到各行业中的塑胶件设计中，能够完完全全按照壁厚均匀原则进行设计的工程师可谓是凤毛麟角。

3.2 壁厚调整，加大交汇角

通过调整塑胶件中某处的局部壁厚，通过壁厚变化，引导溶体的流动，增加溶体的交汇角度，从而增加熔接痕强度。

交汇角对熔接痕的性能有重要影响，因为它影响了熔接后分子链熔合、缠结、扩散的充分程度，交汇角越大，熔接痕性能越好，强度越高。

如图所示，通过局部厚度的调整，交汇角从20度增加到超过120度，熔接痕强度增加。

▲局部厚度调整，加大交汇角

另外，通过壁厚调整，甚至可以消除熔接痕。

▲加厚到0.6mm时，消除熔接痕

3.3 避免壁厚过薄

如果塑胶件壁厚过薄，熔体在此处的固化速度很快，很容易产生熔接痕。

因此，设计塑胶件时需要避免壁厚过薄。

壁薄区域因温度较低，熔接痕强度低。如果壁薄不可避免，需要通过整个产品的壁厚变化等方法引导流动，从而避免在壁薄处产生熔接痕。

3.4 减少嵌件、孔和洞等特征

塑胶件上的嵌件、孔和洞等特征过多，熔体在流经这些特征时，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，应尽量减少这些特征。

设计嵌件时，嵌件需要倒角，避免嵌件过于尖锐。

3.5 关注熔接痕强度

当塑胶件上的嵌件、孔和洞较多时，离浇口越远，溶体温度越低，交汇次数越多，熔接痕强度越低。

工程师需要关注熔接痕的强度，并进行有针对性的优化设计。

▲离浇口越远，熔接痕强度越低

▲优化浇口位置，提高熔接痕强度

3.6 补强熔接痕区域

熔接痕区域强度较低，而如果该处无可避免的需要承受载荷，那么需要在该处通过添加加强筋等方式补强。

例如，塑胶件自攻螺丝支柱就注塑成型时就会不避免的出现熔接痕，而自攻螺丝在锁入的过程中就会对支柱产生一个径向的载荷，那么支柱很容易因为强度低而造成破裂。

通过模流分析，找到支柱的熔接痕位置，并在该区域添加加强筋补强，非常有助于减小支柱破裂的缺陷。

▲补强支柱

另外，对于螺母嵌件的支柱，也常常发生破裂的情况。

当然，发生破裂的原因有很多，其中一部分原因也是因为熔接痕强度低，也可以通过添加加强筋来补强。

▲螺母嵌件支柱破裂

3.7 避免在熔接痕区域承受载荷

产品设计工程师应当清楚载荷的位置，当发现模具设计中的浇口位置和数量刚好使得载荷在熔接痕区域时，应当与模具工程师交流，通过浇口位置和数量的优化，从而避免在熔接痕区域承受载荷。

▲避免在熔接痕区域承受载荷

3.8 避免冷熔接痕

通过浇口位置和数量的优化，尽量使得熔接痕为热熔接痕，而不是冷熔接痕。

因为冷熔接痕的强度较低，特别是在装配孔和支柱的区域、例如自攻螺丝孔、自攻螺丝支柱、嵌件支柱等。

经常看到不少工程师在问：为什么自攻螺柱，一锁螺丝就破裂，冷熔接痕也许是其中的一个原因之一。

▲避免冷熔接痕

3.9 考虑通过表面咬花、喷漆和贴标签等掩饰熔接痕

表面咬花可减轻熔接痕对外观的影响，并不能完全掩饰熔接痕。

最后的话

解决熔接痕的方法很多。

最值得推荐是在通过塑胶件材料选择、塑胶件设计和模具设计等，来预防和减少熔接痕的发生。

而不是等到熔接痕缺陷产生了，再去想方设法去解决。

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