0 引言

隨著經濟的發(fā)展，塑料制品逐漸向著具有多功能復合結構的同時還具有優(yōu)良性能和綠色環(huán)保特點的方向發(fā)展，夾芯注射工藝作為一種新的注射工藝應運而生。該工藝能夠將2 種材料進行3 次注射制造出具有芯/殼結構的塑件

。與傳統(tǒng)注射成型相比，夾芯注射成型可以將表層材料注射為高性能塑料，芯層材料注射為廉價塑料或廢舊塑料，從原材料上為企業(yè)節(jié)省成本；也可以在表面注射高光塑料，芯層注射含玻纖塑料以替代原先金屬嵌件加注射成型的方式，節(jié)省成本的同時也能簡化后處理工藝

。該工藝能夠將塑件的多功能復合結構、高性能及綠色環(huán)保的特點實現有機統(tǒng)一。

目前，關于夾芯注射成型工藝的研究主要集中在模流仿真分析優(yōu)化方面，實際生產驗證較少，缺乏夾芯注射成型塑件開發(fā)的實例

。以下在夾芯注射成型流變機理分析的基礎上，借助Moldflow 軟件對方盒形塑件進行夾芯注射工藝優(yōu)化和塑件開發(fā)，用于指導夾芯注射塑件的實際生產，提高夾芯注射工藝的生產效率和質量，減少生產成本，促進夾芯注射工藝在注射行業(yè)中的應用。

1 夾芯注射成型流變機理分析

與傳統(tǒng)注射成型工藝采用單一材料一次注射成型的方式不同，夾芯注射成型過程一般采用2 種材料進行注射，其主要包括3 個步驟，如圖1 所示。首先注入殼層熔體（A 料），當殼層熔體注射量達到工藝要求后再注射芯層熔體（B 料），先注入的殼層熔體在芯層熔體的推動下繼續(xù)向前充填型腔；當芯層熔體注射量接近充滿型腔時，可根據工藝要求選擇再次注射殼層熔體，以封閉澆口區(qū)域。

夾芯注射成型是一種特殊的塑料注射成型工藝，高分子材料在成型過程中受到外力的作用，包括剪切應力和拉伸應力。由于在夾芯注射成型中，不但包含熔體在型腔內的流動，還包含芯層熔體在殼層熔體中的流動及殼層熔體和芯層熔體之間的相對流動，熔體流動情況相對較復雜，需要進一步分析和探討夾芯注射成型中聚合物熔體的流變行為。

如圖2所示，在初始注射殼層熔體時，殼層熔體受到澆口和型腔的剪切應力與拉伸應力作用，在后續(xù)注射芯層熔體時，芯層熔體推動殼層熔體繼續(xù)向前流動，此時芯層熔體與殼層熔體產生相對流動和相互的剪切力。

針對方盒形塑件進行相應模具結構設計，模具結構如圖4所示。型腔設定為1模1腔，分型面依據“最大橫截面”原則，選擇方盒開口面為分型面，澆口形式為直澆口。模具結構包括定模板、動模板、型芯、型腔板、推桿等基本結構，無斜頂、滑塊結構。

不同切換體積的“B 料厚度因子”結果如圖5 所示。由圖5 可知，在第1 次切換體積設置為40%時，型腔充填末端出現了深紅色區(qū)域（見圖5（a）圓圈處），即芯層熔體前沿穿破了殼層熔體前沿，熔體流動末端芯層材料厚度占比接近100%，這種現象不僅破壞塑件外觀質量，在一定程度上也會影響塑件的力學性能。在第1 次切換體積設置為50%時，塑件芯層熔體流動末端穿透性較好，且無熔體前沿突破現象發(fā)生；在第1次切換體積設置為60%時，熔體流動前沿雖無突破現象發(fā)生，但是整體芯層熔體穿透不充分，穿透性較差，塑件中芯層熔體含量較少。

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由此可見，在模具因素固定的情況下，第1次注射殼層熔體時的流動狀態(tài)僅與能夠影響殼層熔體流動行為的因素有關，如殼層熔體溫度、黏度、注射速率（即剪切力）和黏度對剪切力變化的敏感性等；在模具狀態(tài)與殼層熔體材料均不變的情況下，其流動狀態(tài)僅與熔體溫度和注射速率有關。而在第2次注射時，芯層熔體與殼層熔體均在向前流動的同時也有相對流動，此時，影響其流動狀態(tài)的因素除了模具溫度和熔體溫度之外，芯/殼層熔體的相對黏度及相對體積也是重要的影響因素。因為在第2次注射即生成芯殼層結構的過程中，芯層熔體與殼層熔體的流動狀態(tài)相互影響。一方面，殼層熔體的流動狀態(tài)及堆積量決定芯層熔體向前流動所受到的阻力大?。涣硪环矫?，芯層熔體的流動狀態(tài)也決定了殼層熔體被穿透及被攜帶向前的作用力大小。因此，在夾芯注射成型加工方面，除注射工藝參數外，芯/殼層黏度比及注射切換體積也是需要重點考慮的參數。

2 夾芯注射成型塑件分析及工藝優(yōu)化

2.1 塑件信息及模具設計

針對以上總結的夾芯注射成型流變行為特點，以方盒形塑件為研究對象，進行夾芯注射塑件開發(fā)。該塑件模型如圖3 所示，塑件外形尺寸為130 mm×90 mm×58 mm，壁厚為2.25 mm。該塑件要求除了具有較好的強度和良好的外觀外，芯層的穿透距離應盡量充分，芯層厚度分布也要均勻一致，以保證塑件具有較好的綜合性能。

通過分析夾芯注射成型流變行為，得出夾芯注射成型的切換體積是一個重要的工藝參數，不合適的切換體積可能造成芯層熔體前沿穿破殼層熔體前沿，導致塑件成型質量不合格。采用Moldflow 軟件的Co-injection 模塊，針對該塑件不同的第一次切換體積參數進行夾芯注射成型仿真分析，得出合適的第1 次切換體積參數，保證所開發(fā)方盒形塑件的成型質量。不同切換體積參數設置如表2 所示，其他基本成型工藝參數如表3所示。

考核完畢后發(fā)放自行設計的調查問卷，包括兩種考核方法的滿意度和效果等內容，具體如下：非常滿意：符合教學大綱、評分標準合理、難易程度合適、時間安排恰當；能明顯提高溝通交流、分析問題、臨床操作、理論聯系實踐。滿意：接近教學大綱、評分標準基本能接受、時間安排和難易程度一般；對溝通交流、分析問題、臨床操作、理論聯系實踐能力提高不明顯。不滿意：大部分偏離教學大綱、評分標準不夠合理、難易程度不夠合適、時間安排不夠恰當；對溝通交流、分析問題、臨床操作、理論聯系實踐能力無提高。

2.2 工藝參數優(yōu)化

依據塑件上述特點和要求，考慮夾芯注射成型的特點，該方盒的芯、殼層材料都選擇PP 材料。其中殼層材料選擇牌號為PP-TC16G80 的聚丙烯，芯層材料選擇回收的PP塑料，材料信息如表1所示。

綜上所述，肝細胞癌腎上腺轉移瘤伴下腔靜脈癌栓臨床罕見，術前易被誤診，手術難度大，需要給予積極的治療和密切的隨訪。

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（1）碩士及以上學歷，主治醫(yī)師及以上職稱；（2）熟練掌握一門外語，達到熟練閱讀、翻譯和基本會話能力，尤其是英語；（3）在三級醫(yī)院骨科工作5年及以上；（4）有國外留學經歷者優(yōu)先。

綜上所述，在后續(xù)塑件開發(fā)過程中選擇第1 次切換體積50%、第2 次切換體積90%的切換體積設置，并根據B料穿透情況進一步優(yōu)化塑件設計，以保證塑件的成型質量。

2.3 塑件設計參數優(yōu)化

圖6 所示為方盒原壁厚的B 料穿透分析結果，從圖6 可以看出，熔體從底面進料流向待成型塑件側面，塑件長側面的芯層熔體基本穿透到末端，效果較好，但在短側面上穿透距離有所欠缺，而在拐角面上的穿透效果較差，導致塑件芯層厚度分布和芯層穿透效果不均勻。這是因為熔體在長側面和短側面上的流動長度不一致，這種現象會對塑件的力學性能和使用強度造成不良影響。針對這種現象，在不改變塑件形狀設計的基礎上，對該方盒形塑件進行壁厚優(yōu)化設計，提高方盒形塑件的熔體流動平衡性，改善芯層材料分布的均勻性和芯層熔體的穿透效果，提高塑件的性能和強度。

針對原壁厚在長側面和短側面上芯層熔體穿透不一致的情況，進行了表4 所示的方案優(yōu)化設計。4 個方案的B 料穿透長度分析結果如圖7 所示，通過對塑件壁厚進行調整，主要是對拐角面和短側面進行加厚處理，方案1 到方案4 逐步實現了芯層熔體均勻分布，其中方案4 的芯層熔體分布均勻性最好，達到了該塑件的工業(yè)生產要求。

2.4 方盒形塑件試模驗證

針對該方盒形塑件的優(yōu)化結果，以方案4 為塑件優(yōu)化方案，進行夾芯注射生產。夾芯注射樣件如圖8 所示。結果表明，優(yōu)化的方盒形樣件表面質量良好，無飛邊、翹曲、熔體前沿突破等現象，塑件表面材料均為A料，芯層材料分布均勻，基本穿透到塑件邊緣處。樣件總質量為77 g，其中殼層材料約45.8 g，占比約59.5%，芯層材料約31.2 g，占比約40.5%。

3 結束語

分析了夾芯注射成型的流變行為，根據夾芯注射成型流變行為特點，以方盒形塑件為研究對象，通過Moldflow 軟件對其進行了工藝參數和設計優(yōu)化，得到芯層厚度分布較均勻一致的塑件設計方案，并以最終工藝參數和設計方案對該塑件進行實際試模驗證。結果表明，開發(fā)的夾芯注射工藝成型的方盒形塑件具有較好的芯層穿透效果，塑件具有完整的芯/殼層結構，綜合性能良好。該工藝方案采用回收塑料作為塑件芯層材料，能夠提高塑料的回收利用率，節(jié)約生產成本。

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