薄壁透明制品熔接痕控制工艺研究

摘要

熔接痕是注塑成型中经常遇到的缺陷，它会影响制品的美观，降低制品的力学性能，而在薄壁透明制品上表现得更加明显。薄壁透明制品作为微流控芯片盖片被应用在微流控装置中，微流控芯片盖片中熔接痕的存在影响了检测光线的透过，降低了微流控系统检测结果的准确性。针对这一问题，本文提出了局部加热的模具设计方法。 本文的研究对象为微流控芯片盖片上的熔接痕，实验所用的材料为SMMA。首先根据局部加热的设想设计了一套局部加热的模具，使用冷却管道控制模具的整体温度，在熔接痕的形成位置使用加热棒进行局部加热，设计局部加热温度控制装置调节模具型腔上的温度分布，利用有限元软件对模具型腔上的温度分布进行模拟分析。 其次探究局部加热对改善熔接痕的有效性。利用短射实验研究了熔接痕的汇合角的变化规律，使用工具显微镜和激光共聚焦显微镜研究了局部加热对熔接痕的表面V形槽的长度、宽度和深度的影响，对比分析了在不同的熔体温度和注射压力下有无局部加热对熔接痕的表面V形槽的影响。结果表明，随着模具温度或模具局部温度的提高，熔接痕的表面V形槽的长度、宽度和深度都会减小；在不同的熔体温度下，局部加热下的V形槽的平均宽度降低了63.7%，平均深度降低了54.9%，在不同的注射压力下，局部加热下的V形槽的平均宽度降低了69.6%，平均深度降低了70%，局部加热使熔接痕变得越来越淡。 再次探究局部加热对熔接痕力学性能的改善。利用Moldflow模拟分析了熔接痕处的分子取向，使用扫描电镜实验观察分析熔接痕断面形貌，研究了局部加热对熔接痕抗拉强度的影响规律，对比分析了在不同熔体温度和注射压力下有无局部加热对熔接痕抗拉强度的影响。结果表明，提高模具局部温度能提高熔接痕的抗拉强度，在不同的熔体温度下，局部加热下的熔接痕的平均抗拉强度提高了6.5%，在不同的注射压力下，局部加热下的熔接痕的平均抗拉强度提高了6.2%。 最后考察了局部加热对微流控芯片盖片的翘曲、双折射及透光率等成型质量的影响，发现由于动定模都采用了局部加热并且温度分布相同，局部加热并未引起制品的翘曲变形；制品的应力双折射分布复杂，局部加热一定程度上降低了残余应力；局部加热对制品的透光率有积极的影响，提高模具温度或者提高模具的局部温度都能提高制品的透光率。通过本文的研究，局部加热有效改善了熔接痕对微流控芯片盖片的影响，并且模具型腔面上的温度的不均匀分布并未带来成型质量的问题。

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