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1. 前言
在射出成型過程中，當兩股塑膠熔膠的流動波前在模具內相遇時，會在匯合處產生一種特殊的現象，稱為結合線(圖1)，也被稱作熔接線或縫合線(Knit Line / Weld Line)。這種現象在塑膠產品的表面形成一道明顯的線痕，通常在視覺上容易辨識。結合線的形成是由於在射出成型過程中，由於流動方向的變化或在模具的不同部分相遇，導致材料流動波前在某一點匯集。當這些熔膠波前相遇時，由於它們可能來自不同溫度和壓力條件，因此無法完全融合。
造成結合線的原因多種多樣。例如，如果模具的溫度分佈不均勻或者塑料熔體的溫度太低，就可能導致熔體流動性不足，從而在模具內部形成結合線。此外，材料本身的流動特性、熔點以及冷卻速度也會影響結合線的形成。
解決結合線問題的關鍵在於全面理解成型過程。這包括對模具設計的優化、選擇合適的材料以及精確控制加工參數，如溫度、壓力和射出速度。總的來說，儘管結合線問題在射出成型過程中不可避免，但通過綜合的技術，可以大大減少其對產品質量的負面影響。
2. 結合線對產品質量的影響
(2-1) 結合線對產品外觀的影響
結合線通常在塑膠產品的表面形成可見的線條，這對於那些外觀要求高的產品來說是一個重大問題。在某些情況下，如透明或高光澤的塑膠件中，結合線尤其明顯，影響產品的整體美感。
(2-2) 結合線對產品性能的影響
更重要的是，結合線可能對產品的機械強度和耐用性造成影響。在結合線處，塑膠材料的結合不如其他區域緊密，可能導致強度降低和脆化，特別是在承受壓力或撞擊時。這種弱化效應在需要承受重載或長期使用的產品中尤為關鍵，如汽車部件、建築材料和家用電器。
- (a) 產生熔接的兩股料流性質(如溫度)有所差異，造成熔接介面結合強度減弱。
- (b) 熔接料流溫度越低，縫合線越明顯，強度也越弱。
- (c) 由於發生熔接的料流分子鏈相互穿透糾纏情形較小。由於塑膠波前噴泉流動 (Fountain Flow)的特性，在波前位置的塑膠分子鏈與波前平行，造成熔接時分子鏈互相平行，穿透與糾纏程度降低造成強度減弱。
- (d) 由於縫合線區域阻礙保壓流動，使縫合線區域保壓效果較差，可能發生凹痕(Sink Mark)問題。
- (e) 熔接區域容易夾帶雜質，生成針孔(Microvoids)，造成強度減弱。
- (f) 產生熔接區域由於波前交會形狀會產生V型缺口(V-Notch)，此種近似裂紋(Crack-like)結構容易產生應力集中(Stress Concentration)，使此部份力學性質與強度較差，同時也是裂紋潛伏區。 此一問題在需承受動態負載(Dynamic Loading)的結構件尤其明顯。由實驗發現，靠近模壁區域要較中間區域分子鏈擴散的程度較小，因此強度較差。 此區域大小隨塑膠種類與成形條件而異，以PS而言，此強度較弱區域約為0.2~0.3mm。
- (g) 若熔接發生在充填結束或末期，由於塑膠溫度降低，分子鏈運動性(Mobility)降低，擴散(Diffusion)不足，將使熔接強度(Welding Strength)更差。 對於熱固性塑件由於塑膠料流在匯合時已接近交聯(Cross-linking)後段，造成熔接不良，縫合線區域局部強度下降情形更明顯。
- (h) (圖2)顯示一個塑件的短纖配向(Short Fiber Orientation)的模擬情形，由圖可看出在縫合線區域玻纖分佈幾為平行。(圖2)的表列出不同塑膠加入玻纖後在縫合線區域拉伸強度(Tensile Strength)減弱情形。對於大部分塑膠而言，在熔接區域強度降低約20%左右;添加玻纖塑膠則降60-70%以上，隨加入玻纖含量及長徑比(Aspect Ratio)的提高，熔接強度減弱的情形越見明顯。
3. 結合線的形成
(3-1) 冷縫合線-多點進澆
冷縫合線的產生多半由於多點進澆(Multiple Gate)而造成，如(圖3)所示。
塑膠在流動過程中受模具冷卻效應溫度逐漸下降，因此發生冷縫合的時機往往接近充填結束，塑膠溫度也較冷，因此稱作冷縫合線。
冷縫合線可視作兩股料流頭對頭(Head-to-Head)相互衝擊而形成的縫合線，熔接角度接近0°，同時在熔接產生後塑膠往往立即停止流動，因此冷縫合線是熔接強度最差，外觀最明顯的一類縫合線。
(3-2) 熱縫合線-靠破孔
塑膠在流動過程料流遇到障礙物(Obstruction)(如嵌件、型芯等)而分流，分流的料流繞過障礙物後又重新匯合，在匯合區域所形成的縫合線(圖4)。
由於兩股料流來自相同料流遭障礙物分流而成，性質及溫度差異不大，同時在熔接後料流仍然繼續流動，因此稱為熱縫合線(Hot Weld Line)或融合線(Meld line)；融合線通常比熔接線強度高並較不明顯。
(3-3) 熱縫合線-肉厚差
塑膠在肉厚具變化的模具中充填時，由於流動阻力的差異，造成導流道 (Flow Leader)、偏流道(Flow Deflector)或競流效應(Race-Track Effect)，形成不同的塑膠流。流速不同的塑膠流在介面交會處亦會形成縫合線。
(圖5)所示的縫合線即是由於塑件肉厚差異所引起。此類縫合線的熔接強度也與溫度以及熔接角度有關，熔接溫度越高，強度越強；角度越大，強度亦越強。(圖5)所產生的縫合線強度接近熱縫合線。
這類縫合線往往以內部縫合線(Internal Weld Line)的形式出現。通常此種縫合線會伴隨著包封短射的問題發生。
4. 對策處理
(4-1) 肉厚與產品設計
- (a) 利用改變肉厚設計、導流道 (Flow Leader)、偏流道(Flow Deflector)移動縫合線位置，通常肉薄區域因溫度較低，熔接強度較弱，因此要引導流動，避免在肉薄處產生熔接。
- (b) 引導流動使料流的熔接角較大，可以減緩縫合線問題；熔接角度越小，縫合線問題越明顯。
- (c) 以產品表面咬花、噴漆或貼標籤等方式掩飾縫合線。
- (d) 在具有格柵結構(Grill Structure)、靠破孔區域或多重型芯 (Multiple Core)塑件，應注意由於心形銷(Core Pin)分割料流所形成的縫合線會造成產品強度銳減。
(4-2) 模具設計-溢料井的應用
利用溢料井(散流道/Overflow Well)移除縫合線的方法(圖6)。在原始設計中因嵌件產生一條熱縫合線。在散流道的設計中，將塑料引導至散流道中再行熔接，同時增加熔接角度，使熔接強度增加。成形完畢後再將散流道區域切除。此方法的缺點是浪費材料以及增加後處理成本。
(4-3) 模具設計-進澆點設計
將縫合線移至非受力面、肉厚較厚處或具結構補強處，以避免應力集中引起破壞，補償可能產生的熔接強度下降。
對於具有裝配孔的塑件縫合線生成方式的考慮尤其重要。(圖7-1)顯示一帶有圓孔的塑件在成形時由於進澆口數目與位置差異造成所形成的縫合線有所差異，以產品強度而言，熱縫合線數目較少且強度較強，是較佳的設計。
(圖7-2)是比較一個靠破孔與多個靠破孔所形成縫合線的熔接強度。
後者由於料流被分割重合多次，熔接強度較差，且隨離進澆口距離的增加，溫度降低，分合次數增加，強度有遞減的趨勢。
依此熔接強度隨料流分合次數增加而遞減的觀念，(圖7-3)所示的兩組進澆方式設計以設計B較佳，因為設計A的熔接線發生在兩嵌件間，且強度較弱，容易成為應力集中點及潛伏破壞區域。
(4-4) 模具設計-排氣設計
改善排氣設計避免排氣不良造成流動受阻。結合線靠近分模面時可利用分模面間隙逃氣；否則需設計頂銷或排氣銷排氣。
(4-5)成形條件考慮-提高模溫或料溫
提高料溫使熔接溫度增加以提昇熔接強度，通常溫度是影響熔接強度以及外觀最明顯的成形因素。
這是由於高溫增加塑料分子鏈的活動力(Mobility)，使熔接區域的分子擴散(Molecular Diffusion)、縫合(Knitting)及糾纏(Entanglement)現象提昇，破壞在熔接面的分子鏈平行配向情形，增加分子鏈間相互穿插滲透的程度，因此使熔接強度隨之增加。
(圖8)說明料溫、模溫對於熔接強度的影響，因此應盡量讓熔接發生於高溫區域；(圖9)則是高模溫對結合線的外觀影響。
在塑料成形溫度範圍內，提高料溫使熔接強度增加，但若料溫過高會造成塑料劣化(Degradation)，反使熔接強度下降。
(4-6)成形條件考慮-速度調整
縮短充填時間或提高射速以避免塑料過度冷卻，並利用黏滯加熱(剪切熱)升高料溫。
充填速度太快會使塑料波前分子鏈配向及排氣不及問題加劇，反使熔接強度降低，如(圖10)所示。射速過快會有困氣以及毛邊的問題產生。
(4-7) 成形條件考慮-壓力效應
充填壓力不足會產生較明顯及較弱的縫合線，因此提高射壓/保壓、螺桿前進時間、保壓時間，以增加縫合線介面有效壓力(Effective Pressure)，也會使熔接強度獲得改善。
過高的充填壓力會阻礙塑料分子鏈的配向鬆弛及糾纏現象，同時會使融接處的微 觀V形缺口尖銳化，造成應力集中，反使熔接強度降低，如(圖10)所示。
(4-8) 對策處理－換材料
材料部份，這裡就不再提起，當你使用此材料時，就表示會有特殊的作用， 當結合線發生這樣的問題時，不可能你說要換料就要換料。
若是你要換材料，也要經過一些測試，尤其是一些知名品牌大廠會要求很多的測試，其次是成本問題。
(4-9) 其他-真空排氣(Vacuum Venting)
抽真空以協助排氣並增加熔接強度，採用抽真空通常也有縮短成形時間的額外好處。
(4-10) 其他-製程應用
應用製程克服結合線問題，例如RHCM，其相關說明可參考以下影片說明。
●【急冷急熱(變模溫/RHCM)射出成型技術】
5. Weld line與Meld line區別
Weld line與Meld line區別在於融合角度(圖11) (圖12)。
- (a) Weld line(熔接線)是指融合角度在135度以下的部分。
- (b) Meld line (融合線)是指融合角度在135度以上的部分。
☆ 其他參考資料及文章
● 急冷急熱(RHCM)控制技術(按圖超連結)
