moldflow的虎皮纹与解决方案

 与对策研究 

目前，大型注塑零件在汽车上面的应用越来越多，并且出于降低成本的考虑，免喷涂注塑制 件的应用范围越来越广,但是这也对注塑件的外观质量要求越来越高。在汽车保险杠、仪表板、 门板和其他较长的内饰件等大型零件上，出现了一种外观缺陷，其特征是垂直于流动方向出 现一条一条的纹路，看起来就像是老虎皮上的花纹一样，俗称虎皮纹或斑马纹，如下图所示。

虎皮纹的形成原因分析 当高聚物熔体从小孔、毛细管或狭缝 中挤出时，挤出物的直径或厚度会明 显大于口模的尺寸，这种现象称为挤 出物胀大或出模膨胀. 1893年美国生 物学家Barus首先观察到了这一现象， 所以又称Barus效应,亦称出模膨胀。例如聚苯乙烯在175-200℃温度以较 快速度挤出时，直径膨胀可达2.8倍。

模流分析

如下图，薄板尺寸为400X50X2mm，模型采用3D网格，网格边长为0.5mm， 从充填时间图上看不出来有什么异常。

下图是流动前沿温度，可以发现，随着流程长度增加，温度等高线越来越密，说明温度变化越来越明显。

从下面这张实物图片上来看，与流动前沿温度图上等高线变密区 域比较类似。但是具体等高线变化疏密程度要达到多少才会出现 虎皮纹则还无法下定论。

理论分析

在注塑成型时，熔体在流动过程中，制件较薄，型腔空隙较小，模温过低，流动过程中制件结构造成流动波动或者流程过长，射速较快等，都会造成熔体前沿阻力增大，熔体流动明显减速或出现停滞，此时充填的区域外观光泽差，且较窄，该区域通常距离浇口有一定距离才出现。随着注塑压力的施加，热的熔体不断从浇口涌来，具有粘弹性的塑料熔体开始吸收并储备能量，当能量积聚到一定程度时，即可突破熔胶前沿的阻力，熔体开始急速膨胀，跳跃推进，此时新充填的区域外观光泽好，且较宽。这就形成表观上的光泽度出现差异，从而形成虎皮纹。

塑料熔体流动形成虎皮纹的机理研究

塑料熔体流动形成虎皮纹的分析

当塑料熔体通过较小的浇口时，会在浇口处受到较大的流动阻力而使塑料在流道和浇口 处发生较大的体积压缩和弹性变形，一旦通过浇口进入空旷的型腔后，就会由于流动阻 力突然变小而导致塑料熔体发生弹性回复而体积膨胀，从而导致熔体流动前沿的压力和 流速产生较大的波动，并导致流动前沿发生膨胀跳跃现象，表观上就会形成虎皮纹。

塑料熔体的粘弹性越强，这种现象越容易 出现。粘弹性较弱的材料就很少会出现虎皮纹 现象。比如玻纤增强材料、尼龙、PBT等材料 成型过程中很少有虎皮纹现象，而添加了 EPDM、POE等橡胶成分的PP材料，则非常容 易出现虎皮纹缺陷。原因就在于橡胶成分越多， 熔体的粘弹性形变越大，越容易出现出模膨胀 效应而导致虎皮纹。

解决措施

注塑工艺方面：

 1）降低注射速度

某汽车零件采用50%注射速度出现虎皮纹。采用15%注射速度后虎皮纹消失

2）提高塑料熔体温度和模具温度

目前比较先进的急冷急热模温技术可以完全消除注 塑零件表面的各种缺陷，但是很少有人把该技术应 用在pp材料零件上，主要原因可能还是制造成本方 面存在一定压力。

模具结构和注塑机方面

1）扩大浇口截面厚度和宽度和流道直径，浇口厚度必须要达到零件壁厚的 0.8—0.9倍，浇口宽度尽量做到30mm宽以上；

2）增加浇口数目，尽量减少流长比；

3）尽量采用尺寸和截面积逐渐扩大的直浇口、侧浇口或扇形浇口，避免使用截 面积逐渐缩小的潜伏浇口、点浇口（参考下面图5，实践中发现潜伏浇口和点浇口 或者很小的侧浇口都很容易产生虎皮纹）；

4）模具排气尽量做到良好，可以实现高速注射并且避免由于困气导致的流动 前沿出现外观质量缺陷; 

5）采用控制精密的注塑机，避免产生压力和速度的波动。

关键在于浇口的横截面积应该逐渐增大。至少也不能逐渐减小。

开放式热流道浇口尺寸 有些热流道浇口小端直径如果小于Φ3，也会造成很大的流动阻力，导致塑料 熔体被压缩，产生较大的弹性形变。塑料进入型腔后也会发生较大的体积膨 胀，从而容易形成虎皮纹。

塑料材料方面

1）减小塑料中橡胶弹性体成分的含量；

2）减小橡胶成分在塑料中分散后的粒径，或者添加橡胶成分 与基体树脂的相容剂，有利于消除虎皮纹缺陷。 

3）提高材料的流动性； 

4）采用分子量分布较宽的材料可以有效减少虎皮纹现象出现 的几率。

某仪表板表面虎皮纹，反复调机都无法消除，该项目拖延了3多月 都无进展，最后换用流动性更好的材料才彻底消除

总结

据大量统计结果表明：影响塑料件品质的因素中，模具设 计和产品结构设计得是否合理占据了70%左右的因素，注 塑工艺和注塑机占据了20%的因素，材料占据了10%的因 素。虎皮纹的形成与模具、注塑工艺、塑料材料三者都有 一定关系，很多时候需要三个方面都进行优化改进才能取 得良好的效果，而对模具和产品结构进行优化改进则能起 到事半功倍的效果，并且更换流动性更好的材料后也能有很好的作用。

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