注塑压缩成型与湿调节绝缘模具系统：优化成型质量的技术探索

### 注塑压缩成型与湿调节绝缘模具系统：优化成型质量的技术探索 在塑料制品的注塑成型过程中，焊缝线和表面质量是影响产品性能和美观的关键因素。本文将深入探讨注塑压缩成型技术对焊缝线形态和力学性能的影响，以及湿调节绝缘模具系统（WRI - mold）在提升产品表面质量方面的应用。 #### 注塑压缩成型中焊缝线的研究 注塑成型是工业中极具吸引力的聚合物加工方法之一，它能在一次操作中生产各种复杂几何形状的制品，且加工设备磨损小、生产效率高、周期短、废料少。然而，在成型复杂零件、使用多浇口模具型腔或带有嵌件的型腔时，会出现模具填充和最终生产的难题，其中焊缝线的形成是常见问题。 当熔体前沿通过撞击流动或围绕嵌件汇合时，以及在流动路径上出现喷射现象导致流动突然加速时，都会形成焊缝线。焊缝线通常是成型制品的薄弱部位，会影响美观，特别是在树脂中加入刚性纤维时，裂纹往往从焊缝线处开始。 注塑压缩成型技术为解决这一问题提供了思路。在注塑压缩成型中，塑料材料注射结束时，型芯未处于模具型腔的完全闭合位置，随着型芯向闭合位置推进，注入的塑料材料通过型腔压缩而非注射压力流动填充型腔，这种方式减少了焊缝线的形成。但当型腔中包含一些杆状物时，背面仍会形成焊缝线，影响力学性能。 在注塑成型中，熔体温度、保压压力、保压时间、注射速度和模具温度等加工参数会影响焊缝线的结构和性能。而在注塑压缩成型中，压缩时间和压缩宽度对力学性能的影响更为显著。 ##### 实验部分 - **材料**：选用三菱工程塑料公司的聚碳酸酯（PC）和玻璃纤维增强聚碳酸酯（PCGF），以及Techno Polymer Co. Ltd.的丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯橡胶（ABS）。 - **共混**：使用单螺杆挤出机将材料按PC/ABS = 60/40 wt%和PCGF/ABS = 60/40 wt%的比例共混。 - **注塑成型与试样制备**：注塑成型和注塑压缩成型的条件见表1，压缩时间和距离见表2。试样根据成型条件命名，如PC/ABS - 1表示在表2条件1下成型的PC/ABS材料，无压缩的普通注塑成型试样记为0，如PC/ABS - 0。 | 试样 | 料筒温度(°C) | 模具温度(°C) | 注射时间(s) | 冷却时间(s) | 注射速度(mm/s) | 注射压力(MPa) | 保压压力(MPa) | 成型条件 | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | PC/ABS | 260 - 270 | 80 | 8 | 20 | 100 | 30 | 30 | 15 | | PCGF/ABS | 260 - 270 | 80 | 8 | 20 | 100 | 30 | 30 | 15 | | 压缩距离(mm) | 压缩时间(s) | | ---- | ---- | | 6 | 3 | | 7 | 0 | | 8 | 5 | | 9 | 3 | - **表面粗糙度测量**：使用表面轮廓仪（DEKTAK3ST，Toyo Corporation Japan）测量表面粗糙度和焊缝线深度，测量长度为5 mm。 - **拉伸试验**：在焊缝线2区域使用INSTRON万能试验机（4466，INSTRON）进行拉伸试验，十字头速度设定为300 mm/min，跨度长度为12 mm（圆的直径）。 - **3D X射线显微镜CT扫描**：使用3D X射线显微镜CT扫描仪（TDM1000 - IS，Yamato Scientific Co. Ltd.）估计PCGF/ABS试样中玻璃纤维的取向，管电压为80 kV，管电流为8 μA，帧数为1200，积分次数为18，图像分辨率为8.5 μm/px，使用3D - Bon软件进行3D图像处理和测量。 - **SEM观察**：使用扫描电子显微镜（SEM）（JSM - 5200，JEOL Co. Ltd.）观察焊缝线部分的内部结构，为增强导电性，在试样上溅射金涂层。 ##### 实验结果与讨论 - **SEM观察**：PC/ABS - 0、PC/ABS - 7和PC/ABS - 9试样焊缝线横截面的典型SEM照片显示，试样表面焊缝线明显，熔体前沿向焊缝线汇聚；在距试样表面1 mm深度的横截面，流动痕迹从焊缝线向外辐射。PCGF/ABS - 0、PCGF/ABS - 7和PCGF/ABS - 9试样的SEM照片中，PCGF/ABS的焊缝线不太明显，且大部分玻璃纤维沿流动方向取向，这是因为PCGF/ABS的熔体粘度比PC/ABS高，焊缝区域的流动痕迹不如PC/ABS清晰。 - **X射线CT**：对PCGF/ABS共混物进行3D X射线CT扫描测量，观察焊缝区域玻璃纤维的取向。在注塑成型的PCGF/ABS - 0试样中，从地形图看，大部分玻璃纤维沿熔体流动方向取向，从侧视图可观察到与焊缝线平行的玻璃纤维取向。在注塑压缩成型中，PCGF/ABS - 1和 - 3试样焊缝线处的纤维取向明显，从PCGF/ABS - 7开始纤维取向减少，PCGF/ABS - 9中纤维呈完全随机取向，这表明注塑压缩成型技术不仅能改变焊缝线的表面外观，还能改变成型制品的内部形态。 - **焊缝线深度**：使用表面轮廓仪测量所有试样的焊缝线深度，注塑成型的PC/ABS焊缝区域深度约为2.5 μm，随着压缩距离增加，深度减小到0.5 μm，PCGF/ABS试样也有类似趋势。 - **拉伸试验**：PC/ABS试样的拉伸强度几乎不受成型条件影响，而PCGF/ABS成型制品的拉伸强度随压缩时间增加而提高，且强度与压缩距离无关，说明拉伸强度高度依赖于成型制品的内部形态，注塑压缩成型尤其是长时间压缩能改变PCGF/ABS成型制品的内部形态，增强焊缝线区域的强度。 mermaid流程图如下： ```mermaid graph LR A[材料准备] --> B[共混] B --> C[注塑成型] C --> D[试样制备] D --> E[表面粗糙度测量] D --> F[拉伸试验] D --> G[3D X射线CT扫描] D --> H[SEM观察] E --> I[结果分析] F --> I G --> I H --> I ``` 综上所述，注塑压缩成型技术能够改变成型制品的形态，特别是在材