【正文】 塑料的沖擊強(qiáng)度（或韌性）表示其抵抗脈沖負(fù)荷的能力。假如施加時(shí)間間距短，而且為長期的反復(fù)性負(fù)荷，應(yīng)該使用SN曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。˙只要施加負(fù)荷的時(shí)間夠久，就可能發(fā)生破壞，此稱為應(yīng)力破裂(stress crack)?！　∫O(shè)計(jì)承受長期負(fù)荷的塑件，必須使用潛變量據(jù)以確保塑件不會(huì)在壽命周期內(nèi)產(chǎn)生破壞、產(chǎn)生降伏、裂縫或是過量的變形。通常，在高負(fù)荷速率和低溫條件時(shí)，塑料材料顯得剛且脆；低負(fù)荷速和高溫條件時(shí)，受到其黏滯性的影響，塑料材料較具有撓性和延展性。圖 53 局部之應(yīng)力—應(yīng)變曲線，其中，P點(diǎn)是比例極限， 經(jīng)常用作設(shè)計(jì)上的應(yīng)變限度。圖51說明拉伸試驗(yàn)棒和預(yù)設(shè)固定負(fù)荷下的變形量，其中，應(yīng)力(σ)與應(yīng)變(ε)的定義為：圖51 (a) 拉伸實(shí)驗(yàn)棒截面面積A，原始長度L0；(b) 于固定負(fù)荷下拉長至長度L。然而，塑件的機(jī)械性質(zhì)受到負(fù)荷種類、負(fù)荷速率、施加負(fù)荷期間長短、施加負(fù)荷的頻率、以及使用環(huán)境溫度變化與濕度變化等因素的影響，所以設(shè)計(jì)者必須將這些使用條件列入考慮。分子量大者璃轉(zhuǎn)移溫度Tg較高，機(jī)械性質(zhì)、耐熱性、耐沖擊強(qiáng)度皆提升，但是黏度亦隨分子量增大而提高，造成加工不易。流動(dòng)平衡時(shí)，熔膠波前面積有最小的變化，如圖 416所示。分子鏈和纖維的配向性取決于熔膠之流體動(dòng)力學(xué)和纖維伸展的方向性。圖413 計(jì)算機(jī)仿真之熔膠充填模式的影像431 熔膠波前速度與熔膠波前面積熔膠波前的前進(jìn)速度簡稱為MFV，推進(jìn)熔膠波前的剖面面積簡稱為 MFA，MFA可以取熔膠波前橫向長度乘上塑件肉厚而得到，或是取流道剖面面積，或者視情況需要而取兩者之和。圖411　射出壓力相對(duì)于充填時(shí)間之U形曲線最后必須指出，因?yàn)槿勰z速度（或剪變率）、熔膠黏度與熔膠溫度之間交互作用，有時(shí)候使得充填模穴的動(dòng)力學(xué)變得非常復(fù)雜。使用P表示射出壓力，n 表示材料常數(shù)，~ 之間，則熔膠流動(dòng)在豎澆道、流道和圓柱形澆口等圓形管道內(nèi)所需的射出壓力為：熔膠流動(dòng)在薄殼模穴之帶狀管道內(nèi)所需的射出壓力為： 熔膠的流動(dòng)速度與流動(dòng)指數(shù)(Melt Index, MI) 有關(guān)，流動(dòng)指數(shù)也稱為流導(dǎo)flow conductance），流動(dòng)指數(shù)是熔膠流動(dòng)難易的指標(biāo)。射出壓力推動(dòng)熔膠進(jìn)入模穴以進(jìn)行充填和保壓，熔膠從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，就如同水從高處往低處流動(dòng)。另一方面，在塑件中心層因?yàn)閷?duì)稱性流動(dòng)，使得材料之間的相對(duì)移動(dòng)趨近于零，剪變率也接近零，如圖44（b）所示。聚合物熔膠因長分子鏈接構(gòu)而具有高黏度，通常的黏度范圍介于2~3000 Pa（水為 101 Pa，玻璃為1020 Pa）。在特定的條件下，熔膠像液體一樣受剪應(yīng)力作用而連續(xù)變形；然而，一旦應(yīng)力解除，熔膠會(huì)像彈性固體一樣恢復(fù)原形，如圖42 (b)與 (c)所示?！　∫?yàn)槔w維的配向性隨著流動(dòng)方向、肉厚方向、縫合線位置而變化，為了預(yù)測(cè)塑件的性質(zhì)，預(yù)測(cè)這些配向性就愈顯重要。C／176。假如添加低值長寬比的填充料，其底材的性質(zhì)改變較小，此類填充料的好處如下：? 降低收縮量。其結(jié)構(gòu)之網(wǎng)目愈細(xì)，耐熱性和耐化學(xué)性也愈佳。　　在成形之前，熱固性塑料和熱塑性塑料一樣具有鏈狀結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵谡５募庸こ绦蚝茈y獲得100%結(jié)晶，結(jié)晶性塑料通常呈現(xiàn)半結(jié)晶，它同時(shí)具有結(jié)晶與不定形兩種相態(tài)，其結(jié)晶度則決定于聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和成形條件。不定形塑料的透明度高、耐熱性中等、耐沖擊性好、收縮量低。微結(jié)構(gòu)分子在液相和固相都呈現(xiàn)雜亂的配向性。然而，工程塑料諸如縮醛(acetal)、ABS、耐隆、聚碳酸脂(PC)等提供了高機(jī)械強(qiáng)度、較佳的耐熱性、較高的沖擊強(qiáng)度等改善性能，因此價(jià)格也比較昂貴。32 熱塑性塑料　　一般而言，熱塑性塑料聚合度較高，分子量也較大。對(duì)熱的反應(yīng)˙可以再軟化（屬于物理相態(tài)變化）。31 塑料之分類　　根據(jù)分子聯(lián)結(jié)的聚合反應(yīng)種類，塑料可以區(qū)分為熱塑性塑料(thermoplastics)和熱固性塑料(thermosets)。塑料材料與金屬、陶瓷材料之特性比較如表31。(，~2，)☆ 耐腐蝕性佳。就分子量分布而言，短分子鏈影響拉伸及沖擊強(qiáng)度，中分子鏈影響?zhàn)约凹羟辛鲃?dòng)性質(zhì)，長分子鏈影響熔膠之彈性?！　「叻肿泳酆衔锏姆肿渔溈梢砸暈橐恢貜?fù)單體長鏈，加上主要分子鏈旁枝的化學(xué)基，如圖3１所示。l 印刷：為裝飾或提供信息而在塑件表面加工。有時(shí)候，考慮到成形品的可靠性和尺寸穩(wěn)定性，最理想的制程循環(huán)有可能不是dead time最短的制程。然而，太高的射出壓力會(huì)造成塑件潛在的應(yīng)力。模具固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)使用不同模溫的目的之一是要控制成品附著在模仁，方便頂出。(6) 模具溫度模具溫度的限制在于避免塑料在模穴內(nèi)的剖面凍結(jié)(freezing)以及塑料的冷卻性質(zhì)(例如crystallization等)。(4) 緩沖量　　緩沖量(cushion)是螺桿的最大允許前進(jìn)位置與最末端的前進(jìn)位置之間的差值。射出時(shí)間是將熔膠充填進(jìn)模穴所需的時(shí)間，受到射出速度控制?；剞D(zhuǎn)式螺桿射出機(jī)之射出成形的主要控制參數(shù)如下列： (1) 背壓　　背壓(back pressure)是螺桿往后推以準(zhǔn)備下一次射出塑料時(shí)，作用于螺桿前端之塑料的壓力值。充填與保壓階段結(jié)束，熔膠在模具里完全凝固后，再打開模穴取出塑件。(5) 開啟模具，頂出塑件，如圖28(e)。在完成射出成形之后，冷流道輸送系統(tǒng)將會(huì)被切除成為回收廢料，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)，以產(chǎn)生最少的廢料?？刂葡到y(tǒng)包括簡單的開／關(guān)繼電器控制到復(fù)雜的微處理器閉回路控制器。(1) 兩板模大多數(shù)模具是由兩片模板組成，如圖26，此類模具常使用在塑件澆口正好設(shè)在塑件邊緣或者接近塑件邊緣的設(shè)計(jì)，其流道(runner)也設(shè)計(jì)在母模板上。圖24 (a)在成形位置的噴嘴與料筒；(b)在清料位置的噴嘴與料筒。(3) 回轉(zhuǎn)式螺桿回轉(zhuǎn)式螺桿可以壓縮塑料、熔化塑料及輸送塑料，螺桿上包括了進(jìn)料區(qū)(feeding zone)、壓縮區(qū)（pression zone, 或轉(zhuǎn)移區(qū)transition zone）、和計(jì)量區(qū)(metering zone)三個(gè)區(qū)段，如圖23所示。射出成形機(jī)的主要輔助設(shè)備包括樹脂干燥機(jī)、材料處理及輸送設(shè)備、粉碎機(jī)、模溫控制機(jī)與冷凝器、塑件退模之機(jī)械手臂、以及塑件處理設(shè)備。應(yīng)用上可能遭遇縫合線預(yù)測(cè)錯(cuò)誤、流動(dòng)長度估算錯(cuò)誤等問題。通常，、. .IGES、 MESH、STEP等檔案格式。在CAE領(lǐng)域，塑料射出模流分析已經(jīng)存在具體的成效，協(xié)助射出成形業(yè)者獲得相當(dāng)完整的解決方案。圖11是回轉(zhuǎn)式螺桿射出機(jī)的示意圖。按照重量計(jì)算，大約32%的塑料采用射出成形加工。影響CAE技術(shù)推廣的主因有三：?分析的準(zhǔn)確性。前處理器的任務(wù)是建立幾何模型、切割網(wǎng)格元素與節(jié)點(diǎn)、設(shè)定元素類型與材料系數(shù)、設(shè)定邊界條件等。 Post Filling 最佳化 65 模具冷卻系統(tǒng) 651 冷卻孔道的配置 652 其它的冷卻裝置 66 冷卻系統(tǒng)之相關(guān)方程式 661 冷卻系統(tǒng)之設(shè)計(jì)規(guī)則第七章 收縮與翹曲71 殘留應(yīng)力 711 熔膠流動(dòng)引發(fā)的殘留應(yīng)力 712 熱效應(yīng)引發(fā)之殘留應(yīng)力 713 制程引發(fā)殘留應(yīng)力與模穴殘留應(yīng)力 72 收縮73 翹曲 74 收縮與翹曲的設(shè)計(jì)規(guī)則第八章 問題排除81 包風(fēng)82 黑斑、黑紋、脆化、燒痕、和掉色83 表面剝離84 尺寸變化 85 魚眼 86 毛邊 87 流痕 88 遲滯效應(yīng) 89 噴射流 810 波紋 811 短射 812 銀線痕 813 凹陷與氣孔 814 縫合線與熔合線第九章 CMOLD軟件介紹 (暫缺)附錄A 數(shù)值方法可以解決許多在純數(shù)學(xué)所無法求解的問題，應(yīng)用層面相當(dāng)廣泛。應(yīng)用CAE軟件必須注意到其分析結(jié)果未必能夠百分百重現(xiàn)所有的問題，其應(yīng)用重點(diǎn)在于有效率地針對(duì)問題提出可行之解決方案，以爭取改善問題的時(shí)效?！　∷芰仙涑龀尚?injection molding)是將熔融塑料材料壓擠進(jìn)入模穴，制作出所設(shè)計(jì)形狀之塑件的一個(gè)循環(huán)制程?，F(xiàn)今的射出機(jī)，除了控制系統(tǒng)與機(jī)器功能有顯著改善以外，從柱塞式機(jī)構(gòu)改變?yōu)榛剞D(zhuǎn)式螺桿是射出成形機(jī)最主要的發(fā)展。13 模流分析及薄殼理論塑料射出成形之模流分析系應(yīng)用質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒方程式，配合高分子材料的流變理論和數(shù)值求解法所建立的一套描述塑料射出成形之熱力歷程與充填／保壓行為模式，經(jīng)由人性化接口的顯示，以獲知塑料在模穴內(nèi)的速度、應(yīng)力、壓力、溫度等參數(shù)之分布，塑件冷卻凝固以及翹曲變形的行為，并且可能進(jìn)一步探討成形之參數(shù)及模具設(shè)計(jì)參數(shù)等關(guān)系。加以90%的塑料成品都是所謂的薄件，佐以應(yīng)用的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合專家系統(tǒng)。3D模流分析技術(shù)的主要問題在于計(jì)算量非常大、計(jì)算的穩(wěn)定性問題和網(wǎng)格品質(zhì)造成數(shù)值收斂性的問題。第二章 射出成形機(jī)　　就熱塑性塑料(thermoplastics)而言，射出成形機(jī)將塑料顆粒材料經(jīng)由熔融、射出、保壓、冷卻等循環(huán)，轉(zhuǎn)變成最終的塑件。(1) 料斗熱塑性塑料通常以小顆粒供應(yīng)成形廠。當(dāng)料筒移到最前端的成形位置，其噴嘴外徑必須包覆在豎澆道定位環(huán)內(nèi)，構(gòu)成密封。固定安裝板連接到成形機(jī)料筒一側(cè)，并經(jīng)由導(dǎo)桿與移動(dòng)模板相接。油壓系統(tǒng)的組件包括幫浦、閥、油壓馬達(dá)、油壓管件、油壓接頭及油壓槽等。圖27 射出成形系統(tǒng)包括熔膠輸送系統(tǒng)及成形塑件。(2) 與柱塞式射出機(jī)相同地，推進(jìn)回轉(zhuǎn)式螺桿以充填模穴，如圖28(b)。良好的充填決定于塑料組件設(shè)計(jì)、澆口位置和良好的排氣?！榱诉M(jìn)一步說明制程循環(huán)中的射出機(jī)動(dòng)作，圖29畫出不同階段的油壓缸壓力、模穴壓力、公母模分隔距離與螺桿位置的示意圖，其中編號(hào)表示：圖29 典型的射出成形機(jī)之動(dòng)作循環(huán)和各動(dòng)作所占的時(shí)間比例1 充填（射出階段）2 保壓與冷卻3 開啟模具4 頂出塑件5 關(guān)閉鎖具射出成形的周期時(shí)間根據(jù)制程的塑件重量、肉厚、塑料性質(zhì)、機(jī)器設(shè)定參數(shù)而改變。對(duì)于大部份的工程塑料，應(yīng)該在塑件設(shè)計(jì)的技術(shù)條件和制程允許的經(jīng)濟(jì)條件下，設(shè)定為最快的射出速度。新進(jìn)的研究方向嘗試控制射出量，控制螺桿動(dòng)作和止回閥(check valve)關(guān)閉的時(shí)間，以達(dá)到控制組件尺寸的目的。通常選擇高于軟化溫度、低于樹脂之熔點(diǎn)做為熔膠溫度，以免過熱而裂解。有些射出成形需要冷卻或冷凝，有些則需要加熱模具以控制結(jié)晶度(crystallization)和熱應(yīng)力。(7) 射出和保壓壓力射出壓力的上限是射出機(jī)的容量、鎖模力和模具的結(jié)構(gòu)。(10) 開模時(shí)間（moldopening time，也稱為dead time）開模時(shí)間包括打開模具、頂出塑件和關(guān)閉模具的時(shí)間。25 二次加工　　塑件頂出之后，切除熔膠輸送系統(tǒng)（豎澆道、流道、澆口）的加工稱為二次加工。高分子材料依照分子量和分子結(jié)構(gòu)的差異，也造成不同物性的塑料。例如，聚合物熔膠的黏滯性（亦即流動(dòng)阻力）隨著分子量增加而增加，隨著溫度上升而降低。 ☆ 易加工程復(fù)雜形狀。鋼的模數(shù)為210 GPa。ABS是最早期的一種成功混合物，它結(jié)合了各個(gè)成分聚合物的耐化學(xué)性、韌性(toughness)以及剛性(rigidity)。添加物填充料和補(bǔ)強(qiáng)劑是直接與塑料性質(zhì)和性能相關(guān)的其它分類方法。˙較好的機(jī)械強(qiáng)度。與熱固性塑料比較，熱塑性塑料通常具有較高的耐沖擊強(qiáng)度，容易加工，對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)有較好的適應(yīng)性?！　崴苄运芰现杏挚梢詤^(qū)分為不定形塑料和結(jié)晶性塑料，其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)如表33。不定形塑料維持這種糾纏雜亂的配向性而無視于狀態(tài)的改變。當(dāng)冷卻到熔點(diǎn)以下時(shí)，分子形成規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)，使其流動(dòng)性變差。33 熱固性塑料 　 熱固性塑料也稱為熱硬化塑料，于加熱之初會(huì)軟化，而后分子間產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)，造成高度連聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖33所示。　　熱固性塑料通常以液態(tài)的單體—聚合物混合料，或部份聚合的成形復(fù)合物販?zhǔn)邸Ｍǔ?，?qiáng)化纖維可以提升聚合物的機(jī)械性質(zhì)，而特定的填充料則用來增加模數(shù)。表 34 常用樹脂的建議熔膠溫度與模具溫度材料名稱流動(dòng)性質(zhì)熔膠溫度(176。假設(shè)聚合物與纖維之間具有良好的結(jié)合力，則沿著纖維方向的強(qiáng)度會(huì)大幅提升。在射出成形的充填階段，熱塑性塑料之熔膠的流動(dòng)以剪切流動(dòng)為主，如圖41(c)所示，材料的每一層元素之間具有相對(duì)滑動(dòng)。圖42 (a)理想的黏性液體在應(yīng)力作用下表現(xiàn)出連續(xù)的變形；(b)理想的彈性固體承受外力會(huì)立刻變形，于外力解除后完全恢復(fù)原形；(c)熱塑性塑料之熔膠就像液體一樣，在剪切應(yīng)力作用下而連續(xù)變形。但是，以兩倍壓力推動(dòng)開放管線內(nèi)的聚合物熔膠，其流動(dòng)速率可能根據(jù)使用材料而增加2~15倍。此外，熔膠黏度也與壓力相關(guān)，壓力愈大，熔膠愈黏。熔膠流動(dòng)長度加長，就必須提高入口壓力以產(chǎn)生相同的壓力梯度，以維持聚合物熔膠速度，如圖47所示。要采用更短的充填時(shí)間，則需要高熔膠速度和高射出壓力來充填模穴。參數(shù)需要高射出壓力可用低射出壓力塑件設(shè)計(jì)肉厚塑件表面 澆口設(shè)計(jì)澆口尺寸流動(dòng)長度成形條件熔膠溫度模壁（冷卻劑）溫度螺桿速度選擇材料熔膠流動(dòng)指數(shù)圖412 射出壓力與設(shè)計(jì)、成形參數(shù)、材料的關(guān)系43 充填模式　　充填模式(Filling Pattern)是熔膠在輸送系統(tǒng)與模穴內(nèi)，隨著時(shí)間而變化的流動(dòng)情形，如圖413所示。MFV之差異會(huì)使得塑料分子(以點(diǎn)表示)以不同方式伸展，導(dǎo)致分子與纖維配向性的差異，造成收縮量差異或翹