一种多次注射剪切样条成型模具

本发明属于多次注射成形，具体涉及一种多次注射剪切样条成型模具。

背景技术：

1、随着高端制造业的发展，国家战略领域和支柱产业中对厚壁聚合物注射成形产品的需求逐渐增大，如汽车超厚车灯，载人深潜器超厚视窗等。然而常规注射成形工艺厚度一般在6mm以下，较大的厚度会使制品冷却过程中在厚度方向表面温度与熔体内部芯层温度差异大，塑件芯层温度高，冷却缓慢，收缩较大，表层冷却较快，就会产生收缩不均的现象，甚至产生真空气泡等缺陷。同时，由于冷却不均以及诸多收缩缺陷，会导致产生较大的残余应力，对厚壁产品的尺寸精度产生影响。

2、近年来多次分层注射成形技术已应用于厚壁聚合物的成形。多次注射成形技术通过将厚壁产品离散化，转化为多次薄壁制品的成形。可以有效降低厚壁产品常规注射成形产生的缺陷，也可以缩短成形周期，受到业界的广泛关注。多次注射成形由于每一次成形熔体依次顺序注入模具型腔中，在新注射熔体和已固化基体中发生热交换作用，基体温度升高并发生重新熔融现象。由于填充时热交换作用使得熔体内部能量逐渐降低，造成重新熔融区域沿流动方向逐步减薄。在基体与熔体接触区域，由于熔体分子的剧烈运动和分子扩散作用，使得接触表面的分子链开始松弛，进而相互缠结，然后随着熔体流动方向进行移动。基体中的冷凝层起到了阻止对方与自身分子之间融为一体的作用，影响了两股熔流的彻底均匀混合，导致接触段的局部微观结构不同，随着接触面间的分子缠结和迁移，宏观上就会出现一个近似平面的痕迹，即形成了融合界面，影响了产品的性能，尤其是力学性能。

3、多次注射成形技术作为一项新技术，其理论，方法和实验研究都不太成熟，尤其是在融合界面性能评价方面。合理地分析多次注射成型在融合界面处发生的聚集态结构变化，对于改善注射工艺，提高制品性能具有重要意义。剪切强度是衡量界面强度性能的重要指标，一般参照标准gb/t33334和iso 4587进行测试，而采用这两种检测标准进行测试时需要使用规定的标准剪切样条。然而，现有技术中的多次注射装置一般是通过增加注射单元或注射工位来增加注射次数，因此无法在普通注射成形机上制备出进行拉伸剪切强度检测的标准剪切样条，进而无法进行剪切强度、形貌等界面性能分析。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种多次注射剪切样条成型模具，能够实现标准多次注射成型剪切样条的制备，满足多次注射成型产品融合界面剪切强度的测试要求。

2、一种多次注射剪切样条成型模具，包括动模仁和定模仁；

3、还包括：

4、设于动模仁上的第一型腔和第二型腔，第一型腔和第二型腔的末端重叠形成双层腔；

5、主流道，以及首端分别与主流道末端连通的第一流道和第二流道；所述第一流道和第二流道的末端分别对应连接第一型腔和第二型腔的首端；

6、设于动模仁内并对应第二流道末端的切换镶件，所述切换镶件能相对动模仁转动，实现第二流道和第二型腔的对接或断开；

7、滑动设于定模仁与动模仁之间的切换滑块，所述切换滑块上设有与第二型腔末端对应的凹槽；切换滑块在外力的作用下移动并实现凹槽与第二型腔重合或错开，使第一型腔和第二型腔末端的连通或隔开。

8、上述成型模具中，第一型腔远离定模仁设置，第二型腔靠近定模仁设置。注射前，切换镶件处于将第二流道和第二型腔断开的位置，切换滑块处于凹槽与第二型腔错开将第一型腔和第二型腔隔开的位置；进行第一次注射后，在第一型腔内形成第一层；随后开模，旋转切换镶件使第二流道和第二型腔连通，同时滑动切换滑块，使凹槽与第二型腔重合实现第一型腔和第二型腔连通；后进行第二次注射，第二次注射溶体的流动末端在双层腔内与第一层的末端重合，形成融合界面，开模得到剪切样条。其中，凹槽与第二型腔重合或错开是指完全重合或完全错开。

9、本发明的成型模具中，依次设置末端重叠的第一型腔和第二型腔，按顺序分两次分别在第一型腔和第二型腔内进行注射，通过转动切换镶件和滑动切换滑块实现第一型腔和第二型腔的分别独立注射；第一次注射的成型品作为第二次注射的基体，两次注射成型的产品在两个型腔交叠的部分(双层腔)重熔粘接，形成融合界面，进而得到标准的多次注射剪切样条。

10、得到的标准剪切样条在万能试验机上进行测试，通过所能承受的最大拉伸力与粘结面积(融合界面面积)的比值得到剪切强度，计算公式如下：

11、

12、其中，σ表示剪切强度，f表示所能承受的最大拉伸力，a表示粘结面积(即融合界面的面积)。

13、另外，还可以通过扫描电子显微镜观察剪切样条融合界面的微观结构，从而评价多次注射成型的界面性能。

14、制备过程中，可以通过改变注射时的工艺参数，得到不同的剪切样条，通过对不同剪切样条进行性能测试，分析不同工艺参数对融合界面性能的影响，进而指导生产。

15、作为优选，第一型腔和第二型腔均为长方形凹槽，且尺寸相等。第一型腔和第二型腔的尺寸按照标准剪切样条的尺寸进行设置。所述尺寸相等是指深度、宽度和长度均相等。

16、作为优选，所述切换滑块远离定模仁的侧面与第二型腔和第一型腔的重叠面处于同一平面。保证在将第一型腔和第二型腔隔开时不影响第一型腔内的注射。

17、作为优选，凹槽远离第一型腔的一侧开口，开口侧位于第二型腔首端与第一型腔末端之间，凹槽靠近第一型腔的一侧位于第一型腔和第二型腔的末端之间并至多延伸至与第二型腔的末端对齐。凹槽远离第一型腔的一侧设置为开口结构以使第二次注射时熔体顺利进入双层腔内，实现多次注射产品，形成融合界面。为了保证剪切样条的标准程度，凹槽靠近第一型腔一侧最多只能与第二型腔的末端对齐。

18、凹槽靠近第一型腔一侧的位置可以根据需要进行调整，如在多个切换滑块上加工不同长度的凹槽(凹槽靠近第二型腔的一侧位置固定)，可以通过更换具有不同长度凹槽的切换滑块改变剪切样条的融合界面面积，从而实现不同重叠长度的注射成型剪切样条的制备。另外，在多个动模仁上加工不同深度的第一型腔和第二型腔，并设置具有对应深度凹槽的切换滑块，可以通过更换动模仁及对应切换滑块实现不同厚度剪切样条的制备；防止剪切样条单层过薄，导致基体(单层)强度小于融合界面剪切强度，从而适应不同材料的多次注射成型融合界面性能评价剪切样条的需求。

19、作为优选，所述凹槽的宽度和深度均与第二型腔相同。保证融合界面尺寸规整。

20、作为优选，所述成型模具还包括分别用于安装定模仁和动模仁的定模支撑板和动模支撑板，所述定模支撑板的一侧设有定模侧板和t形推杆，推杆的一端沿定模侧板厚度方向垂直贯穿并与切换滑块连接；

21、定模支撑板靠近动模支撑板的一侧设有与第二型腔和定模侧板分别垂直的双导轨，切换滑块与所述双导轨滑动连接，推杆在外力的作用下能够驱动切换滑块沿双导轨移动，实现凹槽与第二型腔的重合或错开。

22、注射时，可以通过机械手或人工推拉推杆实现切换滑块的移动，进而实现第一型腔和第二型腔的连通或隔开。

23、作为进一步优选，所述切换滑块通过连接块与推杆连接，所述连接块与推杆固定连接，与切换滑块可拆卸连接；

24、所述切换滑块位于双导轨之间，连接块的对应两侧与双导轨分别滑动连接。

25、制备剪切样条时，可以通过直接更换对应凹槽的切换滑块，制备不同融合面积的剪切样条；切换滑块与连接块可拆卸连接，提高了切换滑块的更换效率。

26、作为优选，第一流道和第二流道的末端分别通过浇口对应连接第一型腔和第二型腔的首端；

27、第二流道对应的浇口设于所述切换镶件上，切换镶件转动能驱使对应浇口对接或断开第二流道和第二型腔。

28、具体地，切换镶件可以设置为圆柱形结构，其中心轴线平行动模仁厚度方向设置，浇口设于其端面上。通过外力转动切换镶件，使浇口与第二流道和第二型腔对接或断开。

29、作为优选，所述成型模具还包括依次设于定模支撑板远离动模支撑板一侧的定模拉料板和定模板，主流道的入口设于定模板上，定模板上对应主流道入口处设置用于将成型模具在注射机上安装定位的定位环；

30、设于动模支撑板远离定模支撑板一侧的顶针板、动模板和设于动模板和动模支撑板之间的两个模脚，以及设于顶针板上的顶针，顶针对应第一型腔和第二型腔设置。

31、其中，定模板安装在注射机的固定模板上，动模板安装在注射机的移动模板上。两个模脚设于动模板和动模支撑板之间的相对两侧，并分别与二者固定连接；顶针板设于动模板与动模支撑板相对的一侧；顶针板的四角分别设有顶针导柱以及套设于顶针导柱上的弹簧，顶针导柱通过动模支撑板固定，顶针板在外力的作用下沿顶针导柱压缩弹簧移动，将产品顶出；顶出后，外力撤除在弹簧势能的作用下恢复至初始位置。

32、值得说明的是，本技术的技术方案旨在对模仁和流道等创新性结构进行重点说明，对于模具中的其他现有常规结构则不进行过多说明。另外，本文中所说的末端和首端均指注射时熔体流动的方向。

33、本发明的成型模具注射成型采用普通冷流道，从产品边缘侧向通过针点浇口(分流道末端)进胶，且模具内的多次进胶共用主流道和同一个浇口，前后两次注射分别采用不同侧分流道(第一流道和第二流道)。在定模板和定模支撑板中间设有定模拉料板，第一流道和第二流道的部分位于定模支撑板和定模拉料板之间；在开模时，定模支撑板和定模拉料板分离，凝固的冷流道废料会留在定模拉料板和定模支撑板之间，可以通过机械手或人工取出废料，无需配套多余的流道切除装置。

34、本发明所提出的成型模具可以实现两种不同型腔状态的切换。在第一次注射完成后，通过机械手或由人工进行流道(切换镶件)和型腔(切换滑块)切换，并去除上一次注射在流道内残留的废料，保证下一次注射时流道畅通。可以实现单一熔体的连续注射成型，制造出用于评估多次注射成型界面特性的剪切样条，模具结构简单，操作快捷，节约了注射设备和模具成本，成型出的剪切样条可用于研究多次注射成形融合界面性能。

35、此外，本发明的成型模具在每一次注射时的模仁与流道的结构与普通成型模具类似，并且整个注射成型过程中动模与定模一直处于合模状态，无需额外的注射单元，因此采用现有普通单螺杆注射成型设备即可，不需要复杂的成型设备。本发明提出的多次注射成型剪切样条成型模具结构简单，操作便捷，可以实现多次注射成型剪切样条的连续高效生产，用于融合界面的性能评估，降低产品、模具以及注射设备的成本，解决了现有多次注射成型设备无法制备测试用标准剪切样条的问题，并根据对融合界面性能的检测，实现对多次注射成型生产工艺的指导。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

37、本发明的多次注射剪切样条成型模具，通过设置末端重叠的第一型腔和第二型腔，以及能够实现第一型腔和第二型腔连通或隔开的切换滑块，和实现第二流道和第二型腔连通或断开的切换镶件，能够完成按顺序依次在两个型腔内分别独立注射成型，并在两个型腔重叠部分(双层腔)实现两次注射重熔，形成融合界面，得到剪切样条；将得到的剪切样条通过万能试验机进行拉伸剪切实验，得到剪切强度，用于评估任意两种材料通过嵌件注射成形形成的融合界面性能。利用实验得到的不同因素对融合界面性能的影响规律，可以用于指导实际产品生产。