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塑料件（尼龙/PPS）注塑与耐冷媒相容
泵壳、阀体、歧管、快接本体如今大量用增强尼龙和 PPS 注塑替代金属，省重省钱；可一旦选错牌号或注塑没控好，冷却液把尼龙水解成脆片、承压面从熔接线开裂。本课讲清尼龙/PPS 的耐介质边界与注塑必踩的翘曲、熔接线、蠕变三关。
H4-02 · 材料、连接与制造工艺 / 密封/塑料/橡胶/胶粘
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一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 按接触介质与温度在 PA6/PA66/PPA/PPS 中选出合适牌号与玻纤含量
- 判断冷却液侧尼龙的水解风险并决定是否换耐水解牌号或 PPS/PPA
- 在图纸上识别熔接线、翻边、缩孔的危险位置并前移到浇口设计
- 把干态（DAM）与调湿态的尺寸/强度差纳入公差与承压校核
- 用蠕变与嵌件应力评估长期承压与热循环开裂风险
内容大纲
- 材料家族与选型边界
- PA6/PA66-GFxx：主力、成本低、吸水大、水解敏感
- PPA / 高温尼龙（PA6T/9T/10T）：耐水解耐温上一档
- PPS-GF：耐化学耐温最强、尺寸稳定但脆、成本高
- 玻纤含量（GF30/35/50）换刚度与耐蠕变，代价是各向异性
- 牌号定下来的同时要过一道合规闸：尼龙/PPS 常用的阻燃剂与加工助剂（含卤阻燃、部分含氟助剂）可能落入 SVHC/GADSL 管控清单，选牌号时须一并确认 IMDS/CAMDS 可申报性——等料号冻结后才发现不可申报，换料要重走一轮 DV（见 M4-05）
- 玻纤含量还是下游拼合工艺的**前置约束**：高玻纤含量显著折减热熔焊接界面强度（熔融界面处纤维不跨界），并因纤维散射大幅拉低激光透射焊所需的透过率，与常规炭黑着色叠加时可直接否决激光透射焊路线（要么改激光透明色母+吸收剂，要么改热板焊/振动摩擦焊）——见 H3-04
- **边界声明**：本课口径是注塑成型的 PA/PPS 系承压小件；PP 及吹塑成型件（膨胀水壶、储液壶、风道）走另一条以 ESCR 环境应力开裂为主失效机理的路线，本课的水解判据对它不适用，见 H4-04
- 耐介质相容性
- 冷却液水解：乙二醇＋水＋高温长期打断酰胺键致脆化
- 冷媒与冷冻油（PAG/POE）相容性与长期渗透
- CO₂ 高压渗透＋快速卸压致塑料起泡（blistering）
- 低电导率冷却液的析出/电导影响（链 H7-02）
- 回收件的失效定性不能只看断面形貌：水解、溶胀与热氧老化三条路会给出相近的脆断外观，须用 FTIR（酰胺键断裂与氧化基团）＋DSC（Tg 与结晶度漂移）＋TGA（玻纤含量与失重台阶）三件套，并配新件/未失效同批件作对照基线判读，否则换料方向会判反（手段见 L7-07）
- 注塑三关：翘曲/熔接线/内应力
- 玻纤取向致各向异性收缩 → 翘曲
- 熔接线（多浇口/绕孔汇流）强度骤降，玻纤不跨线
- 保压不足、缩孔、内应力影响承压密封面平面度
- 浇口位置、流道、模温对以上问题的支配作用
- 残余内应力在本课只影响承压密封面平面度，但换到浸润性介质里（乙二醇+缓蚀剂、含表面活性剂的清洗液），同一份内应力会直接充当 ESCR 的应力源——在 PA 系是尺寸问题，在 PP 系是开裂问题（见 H4-04）
- 本节的翘曲/熔接线/内应力判据是**通用底座**，件越大越难守：前端载体框架这类承载数十公斤芯体组的大结构件，流长比与冷却不均放大翘曲、多浇口汇流带来的熔接线更多，其专用目标值、金属包塑热铆与电泳线过炉兼容见 G7-07
- 吸水、尺寸与公差
- PA 吸水致尺寸膨胀、模量下降（DAM 脆、调湿态韧）
- 密封沟槽与配合公差要按调湿态平衡状态定
- CLTE 与金属嵌件失配 → 热循环嵌件周边开裂
- 嵌件不只是应力风险，更是一道**结合工艺**：滚花/环槽/防转结构、模内嵌件预热与包胶壁厚、超声波或热熔埋植与热熔柱（heat staking）、包覆注塑；验收看**拔出力与扭出力**——这是车上数量最多的异材接口，全站此前近乎零覆盖
- 螺栓 boss 蠕变致预紧力松弛、密封力衰减
- **模具收缩率与脱模后收缩（post-mold shrinkage）**是定尺寸的一环，不只是翘曲成因——调模按收缩率补偿，脱模后还会继续收缩，公差链要留这一段
- 承压与耐久校核
- 熔接线处承压强度按折减系数取值
- 长期蠕变/应力松弛下的密封力保持
- 热循环＋介质老化联合下的脆化评估
- 与密封件（H4-01）、集成模块注塑（G8-03）交接
- 选牌号时同步确认**料对是否可互焊**：PA66 与 PPS 不可互焊，拼合方式（热板焊/振动摩擦焊/激光透射焊）必须与牌号、玻纤含量、着色一起定，不能等结构冻结后再补（见 H3-04）
- 本课定的是**材料参数与牌号**（等时应力-应变曲线、玻纤含量、DAM/调湿态两套数据）；把模流的纤维取向场映射到结构网格、以及蠕变/应力松弛本构的求解，属仿真方法层，见 J5-08——选完牌号不等于已经拿到长期预紧力预测
- 边界：本课对象是**注塑**承压件；同为 PA 但挤出成型的冷却液软管/尼龙硬管本体（管材路线、多层管结构、卡箍夹紧力随蠕变与温循的衰减、耐压脉冲与爆管）另立一门，见 G11-05——水解机理可直接沿用本课，成型与验证判据不可
关键公式
σ_hoop ≈ p·r/t
薄壁承压件环向应力近似，用于校核壁厚与熔接线落位
σ_weld = k·σ₀，k≈0.4~0.7
熔接线强度按折减系数取，玻纤增强件折减更大（定性区间）
ε_creep = f(σ, T, t)
蠕变应变随应力/温度/时间增长，用等时应力-应变曲线取值
ΔL/L ≈ α_moist·ΔM
吸水率变化引起线尺寸膨胀，α_moist 按牌号手册取
水解速率 ∝ Arrhenius(T)·f([H₂O])
高温高含水加速酰胺键水解（定性），是尼龙冷却液侧的主失效机理
关键概念
PA66-GF30PPSPPA 高温尼龙玻纤取向熔接线翘曲水解吸水率蠕变/应力松弛DAM 干态CLTE 失配嵌件注塑
推荐工具与标准
Moldflow / Moldex3D（充填/翘曲/熔接线仿真） Digimat（玻纤各向异性映射到结构 FEM） Abaqus / ANSYS（承压、蠕变、嵌件应力） DSC/TGA ＋ 浸泡老化台（材料验证）
ISO 62 / ISO 1110（吸水与加速调湿） ISO 175（塑料浸液体化学耐受） ISO 527 / ISO 178（拉伸/弯曲力学） UL 746 / ISO 11403（长期热性能与设计数据）
工程案例
某车型电子水泵用 PA66-GF35 蜗壳，台架热冲击数百循环后进出口法兰渗漏——绕过安装孔的两股熔体在承压面汇成熔接线，又叠加冷却液高温水解。对策：把浇口移到远离承压面、把熔接线赶到低应力区，长期高温的冷却液位置改用耐水解 PPA。
动手做
交付物 · 针对一个塑料承压件（电子泵壳或阀体）：① 按介质/温度选牌号与玻纤含量并说明是否需耐水解；② 用 Moldflow 定位熔接线并给出浇口改进；③ 按调湿态与熔接线折减做一次承压/密封力校核，输出材料+工艺+公差三页结论。
常见误区
- 用干态（刚出模）力学数据做承压校核，实车吸水后模量/强度已降一档
- 把熔接线当作与母材等强，承压面恰好落在熔接线上
- 冷却液长期高温位仍用普通 PA66，两三年后水解脆断
- 只做常温密封验证，忽略热循环下嵌件与蠕变导致的密封力松弛
- 玻纤各向异性翘曲不做仿真，靠试模反复修模拖期
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