共注塑制品芯层熔体的注射温度对制品质量的影响

[摘 要]在共注塑成型中，是否出现前沿突破现象和芯/壳层材料的分布情况是衡量制品质量的主要指标。在成型过程中芯层熔体的注射速度是影响材料充填和最终分布的主要因素。本文采用MPI软件Moldflow进行共注射模拟分析，研究不同的芯层熔体的注射温度对前沿突破现象和芯层材料的分布情况的影响。

[关键词]Moldflow 注射温度 共注塑 追赶距离

中图分类号：F767.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0161-02

衡量共注塑制品质量的主要指标是前沿突破现象的出现与否和芯层材料厚度的分布及均匀性[1]。所谓芯层熔体前沿冲破是指在充模过程中，芯层熔体前沿追上并超过壳层熔体前沿，致使芯层物料露出制品表面、造成废品的现象[2]。一般认为共注射成型中前沿突破主要取决与芯层熔体前沿相对推进速度以及两前沿之间的距离[3]。文中把芯层熔体前沿和壳层熔体前沿之间的距离定义为追赶距离，把对前沿突破的研究转换为对流动过程中的追赶距离演化趋势的研究[4]。本文应用Moldflow plastics insight软件中的Co-injection分析模块，对的芯层熔体的注射温度进行模拟实验来研究芯层熔体的注射温度对追赶距离和芯层材料厚度的分布及均匀性的影响[5]。

一、MPI模拟

1.1 几何模型

本次分析中选择的模型是一个圆盘（图1），其底面直径为120mm，曲面高度为10mm，圆盘的边沿内径为130mm，外径为162mm，厚度均为2.5mm，曲面和底面所成的角度为120°，浇口设置在圆心处，为直浇口。

1.2 材料组合

本次试验选用高密度聚乙烯（HDPE10062E）、低密度聚乙烯（LDPE 4012）分别作为芯层材料和壳层材料进行组合。

1.3 成型工艺参数设定

壳层熔体注射温度为240℃、熔体注射速度为120cm3/s以及模具温度为50℃，壳层预填充量为60%，改变芯层熔体的注射温度（200℃，220℃，240℃），对芯壳层粘度比R不同的LDPE/LDPE， LDPE/HDPE， HDPE/LDPE三组组合进行模拟分析，研究芯层熔体注射温度的变化对追赶距离的影响。

二、分析方法及结果

2.1 注射速度对追赶距离的影响

图2为芯壳层粘度比不同的三组组合在芯层熔体注射温度不同的情况下，充填过程中追赶距离对填充时间的曲线图。

从图中可以看出，其它条件固定不变，在充填过程随着芯层熔体注射温度的增加，制品追赶距离随时间的变化率逐渐增大，充填结束时芯层熔体的注射温度越高追赶距离越小，更易出现前沿突破现象。

这是因为，当壳层熔体的注射温度固定时，随着芯层熔体注射温度的升高，芯层熔体的粘度减小，则芯壳层熔体的粘度比减小，两种熔体前沿的相对推进速度增大，追赶距离减小的趋势变强，达到一定程度时就会出现芯层熔体前沿突破；反之，芯层熔体的粘度随熔体注射温度的降低而增大，芯壳层熔体的粘度比R增大，芯壳层熔体的相对速度则减小，追赶距离减小的趋势变弱，芯层熔体前沿就不易赶上壳层熔体前沿，一般不会出现芯层熔体前沿突破[6]。

2.2 注射速度对芯层材料分布的影响

芯层材料的分布主要考察芯层材料在制品内所到达的位置，在制品上选取四个具有代表性的三角形单元（T2001、T1707、T1940、T549），四个单元分布在圆心区域，圆心到边沿的中心部位和边沿区域，可以很好的描述芯层材料的分布特性如图3所示。

表1为LDPE/HDPE组合在不同芯层熔体注射温度下，充填结束时指定三角形单元的芯层熔体厚度因子。从表中可见，芯层熔体注射温度的变化对制品芯层材料分布的影响很小。

根据芯层材料厚度的不同将共注塑制品沿料流方向上分为三个区域，区域划分所用的数据依据MPI模拟所获得的芯层材料厚度分布图，然后以区域的宽窄来判断其均匀性的优劣，区域②占的比例越大，芯层材料分布的越均匀。其中，这三个区域划分如下（图4）：

区域①――芯层厚度因子小于0.2407，区域半径为R1？-R2

区域②――芯层厚度因子介于0.2407～0.7219，区域半径为R2-R3

区域③――芯层厚度因子大于0.7219，区域半径为R3

图5是HDPE/LDPE材料组合在不同的芯层熔体注射温度下芯层熔体厚度因子分布图，图6是HDPE/LDPE材料组合的芯层熔体注射温度对区域半径R2-R3的影响曲线。

从以上两图中可以看出，随着芯层熔体注射温度的提高，区域②的面积逐渐增大，而区域①和区域③的面积却逐渐减小，表明随着芯层熔体注射温度的增大制品芯层材料的均匀性变好。

3、结论

随着芯层熔体注射温度的增大，充填过程中追赶距离变小的趋势增强，容易发生前沿突破现象；而制品芯层材料的分布及均匀性却变好。但当芯层熔体注射温度增大到一定程度后，对芯层材料的分别及均匀性的影响变小。

参考文献

[1] T.Nagaoka，U.S.Ishiaku，T.Tomari，EffectofmoldingparametersonthepropertiesofPP/PPsandwichinjectionmoldings[J]，Polymertesting，2005，241062～1070

[2] 钱欣，周钰，金扬福，夹心注塑充模过程的计算机可视化模拟分析―制品形状和浇口位置对芯层熔体前沿冲破的影响，塑料工业，2004，32（7）：26～30

[3] 张效迅，周国发，孙懋等.顺序共注成型芯层熔体前沿突破的数值模拟研究[J].中国塑料，2003，17（8）：46-52.

[4] 王利霞，卢松涛，朱文娜等.共注射过程中芯/壳层材料粘度比对追赶距离的影响[J].高分子材料科学与工程，2010，26（3）：116-119.

[5] 钱欣，周钰，夹心注塑成型过程的计算机可视化模拟分析，塑料工业，2005，33（5）：25-29

[6] 周国发，孙懋，柳和生等.顺序共注成型的实验研究[J].中国塑料，2003，17（5）：53-57.

作者简介

卢松涛（1982―），男，河南商丘人，硕士学位，商丘工学院机械工程学院助教，研究方向：材料成型及控制工程。

作者简介

张灿辉（1987―），男，河南伊川人，学士学位，洛阳铜加工集团有限责任公司助理工程师，研究方向：机械设备。