【正文】 單的特色，但是純粹以熱傳導(dǎo)緩慢地加熱塑料，使其普及率大大地受到限制。射出成形制程根據(jù)所使用的塑料而有不同，熱塑性塑料必須將射進(jìn)模穴的高溫塑料材料冷卻以定形，熱固性塑料則必須由化學(xué)反應(yīng)固化定形。 經(jīng)驗 ＝＞ 知識 ＝＞ 實驗比對 ＝＞ 品質(zhì)(Q)、成本(C)、交期(D) CAE工具 ＝＞應(yīng)用CAE工具時，必須充分了解其理論內(nèi)涵與模型限制，以區(qū)分仿真分析和實際制程的差異，才不至于對分析結(jié)果過度判讀。因為數(shù)值方法應(yīng)用許多矩陣的技巧，適合使用計算機(jī)進(jìn)行計算，而計算機(jī)的運算速度、內(nèi)存的數(shù)量和算法的好壞就關(guān)系到數(shù)值方法的效率與成敗?！赌Ａ鞣治龌A(chǔ)入門》　　目 錄 第一章 計算機(jī)輔助工程與塑料射出成形11 計算機(jī)輔助工程分析 12 塑料射出成形 13 模流分析及薄殼理論 14 模流分析軟件的未來發(fā)展第二章 射出成形機(jī)21 射出機(jī)組件 211 射出系統(tǒng) 212 模具系統(tǒng) 213 油壓系統(tǒng) 214 控制系統(tǒng) 215 鎖模系統(tǒng) 22 射出成形系統(tǒng) 23 射出機(jī)操作順序 24 螺桿操作 25 二次加工第三章 什么是塑料31 塑料之分類 32 熱塑性塑料 321 不定形聚合物 322 （半）結(jié)晶性聚合物 323 液晶聚合物33 熱固性塑料34 添加劑、填充料與補(bǔ)強(qiáng)料第四章 塑料如何流動41 熔膠剪切黏度 42 熔膠流動之驅(qū)動射出壓力 421 影響射出壓力的因素 43 充填模式 431 熔膠波前速度與熔膠波前面積 44 流變理論第五章 材料性質(zhì)與塑件設(shè)計51 材料性質(zhì)與塑件設(shè)計511 應(yīng)力應(yīng)變行為512 潛變與應(yīng)力松弛513 疲勞514 沖擊強(qiáng)度515 熱機(jī)械行為52 塑件強(qiáng)度設(shè)計521 短期負(fù)荷522 長期負(fù)荷523 反復(fù)性負(fù)荷524 高速負(fù)荷及沖擊負(fù)荷525 極端溫度施加負(fù)荷53 塑件肉厚54 肋之設(shè)計55 組合之設(shè)計551 壓合連接552 搭扣配合連接553 固定連接組件554 熔接制程第六章 模具設(shè)計 61 流道系統(tǒng) 611 模穴數(shù)目之決定 612 流道配置613 豎澆道尺寸之決定614 流道截面之設(shè)計 615 流道尺寸之決定 616 熱流道系統(tǒng) 62 流道平衡 621 流道設(shè)計規(guī)則63 澆口設(shè)計 631 澆口種類 632 澆口設(shè)計原則 64 設(shè)計范例 641 階段一：Cmold Filling EZ簡易充填模擬分析 642 階段二：執(zhí)行Cmold Filling amp。 一般的CAE軟件之架構(gòu)可以區(qū)分為三大部分：前處理器(preprocessor)、求解器(solver)和后處理器(postprocessor)。據(jù)估計，全球應(yīng)用CAE技術(shù)的比例僅15%左右，仍有廣大的發(fā)展空間。射出成形是量產(chǎn)設(shè)計復(fù)雜、尺寸精良的塑件之最普遍和最多元化的加工方法?；剞D(zhuǎn)式射出機(jī)則借著螺桿旋轉(zhuǎn)運動所造成的摩擦熱可以迅速均勻地將塑料材料塑化，并且，也可以像柱塞式射出機(jī)一般向前推進(jìn)螺桿，射出熔膠。應(yīng)用模流分析技術(shù)可以縮減試模時間、節(jié)省開模成本和資源、改善產(chǎn)品品質(zhì)、縮短產(chǎn)品上市的準(zhǔn)備周期、降低不良率。就典型的模流分析案例而言，一般大約需要5000~10000個三角形元素來建構(gòu)幾何模型，(finite difference method)分開處理，因此比較不會影響計算效率。此技術(shù)對于肉厚變化較大的產(chǎn)品，有應(yīng)力計算的誤差和適用性的問題。根據(jù)功能區(qū)分，射出成形機(jī)的大致上有三個種類：(1)一般用途射出機(jī)；(2)精密、緊配射出機(jī)；和(3)高速、薄肉厚射出機(jī)。(2) 料筒射出機(jī)的料筒可以容納回轉(zhuǎn)式螺桿，并且使用電熱片(electric heater bands))加熱塑料。如此，清理料筒時，只要將料筒后退遠(yuǎn)離豎澆道，清除的塑料可以從噴嘴自由落下，參閱圖24。有些應(yīng)用會相反地將母模板鎖在移動模板上，將公模板和液壓頂出機(jī)構(gòu)安裝固定模板上。制程控制直接影響到塑件品質(zhì)和制程的經(jīng)濟(jì)效益。因此應(yīng)該設(shè)計流道系統(tǒng)，以維持所需充填模式，將熔膠輸送到模穴。(4) 當(dāng)模穴冷卻，澆口凝固，螺桿開始后退，并塑化材料準(zhǔn)備下一次射出，如圖28(d)。熔膠完全填滿模穴后，繼續(xù)施壓以注入更多熔膠，補(bǔ)償因冷卻而造成之塑料體積收縮，并確保模穴完全填滿。24 螺桿操作　　根據(jù)需求，回轉(zhuǎn)式螺桿可以設(shè)定轉(zhuǎn)速以塑化塑料顆粒，并且將熔膠以設(shè)定之螺桿速度、射出量與射出壓力壓擠進(jìn)入模穴。接近射出完成時，也應(yīng)該降低射速以避免造成塑件溢料，同時可以幫助形成均質(zhì)的縫合線。轉(zhuǎn)速越快，塑料螺桿溝槽壓縮得越激烈，產(chǎn)生更大量的剪切熱。因為nylon熔膠的黏滯性相當(dāng)?shù)?，可以很容易地充填模穴而不必倚賴提升溫度造成的致稀性。模具溫度和冷卻劑溫度都應(yīng)監(jiān)控。射出壓力和保壓壓力應(yīng)該足夠高，維持足夠久，以便在塑件的收縮階段繼續(xù)填注塑料，將收縮量最小化。在射出機(jī)運轉(zhuǎn)過程維持最少的人力介入是開模時間最佳化的方向。(1) 組合　　組合塑件的二次加工包括：l 黏合(bonding)l 熔接(welding)l 嵌入(inserting)l 打樁(staking)l 嵌金屬型板(swaging)l 接合組合(assembly with fasteners)(2) 裝飾　　裝飾塑件的二次加工包括l 表面處理：加熱或加壓之表面處理。高分子材料的分子量通常為10,000 ~ 1,000,000，分子量愈大，愈增加成形的困難度，200,000為合理的成形上限。此外，作用于材料的高剪應(yīng)力所造成的整齊分子鏈配向性也會降低聚合物熔膠的黏滯性。)☆ 低密度。模數(shù)的定義E = 應(yīng)力σ0╱應(yīng)變ε0，單位是Pa(= N/m2)。單晶／須晶、黏土、滑石、云母等低長寬比（aspect ratio）之片狀填充料可以提高材料的勁度（stiffness）；然而，纖維、玻璃纖維、石墨、硼等高長寬比的填充料可以同時提高拉伸強(qiáng)度和勁度。˙化學(xué)反應(yīng)后，分子鏈產(chǎn)生交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。˙較佳的耐熱性及濕氣絕緣性?！　≡跓崴苄运芰现?，商用塑料占了90%，例如高密度聚乙烯（HPPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等。聚縮醛樹脂(POM)、耐隆(PA, 聚醯胺)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、熱塑性聚脂(例如PBT、PET)。當(dāng)熔膠溫度降低，不定形塑料開始呈現(xiàn)橡膠狀態(tài)，當(dāng)溫度繼續(xù)降低到玻璃轉(zhuǎn)移溫度以下，它將呈現(xiàn)玻璃狀態(tài)。結(jié)晶程序停止于玻璃轉(zhuǎn)移溫度。許多熱固性塑料是工程塑料，并且因為交聯(lián)程序而具有不定形結(jié)構(gòu)。熱固性塑料通常添加礦物質(zhì)、石灰、玻纖等填充料或強(qiáng)化物質(zhì)以增強(qiáng)性質(zhì)，例如收縮量的控制、耐化學(xué)性、防震性、絕緣性、隔熱性或降低成本。填充料可以改善塑料的性質(zhì)和成形性。F)模具溫度(176。添加的纖維也相當(dāng)程度地影響材料的收縮性質(zhì)，在纖維配向方向的收縮率會比剖面方向的收縮率低許多。圖41 (a)剪切流動；(b)拉伸流動；(c)模穴內(nèi)的剪切流動(d)充填模穴內(nèi)的拉伸流動熱塑性塑料承受應(yīng)力時會結(jié)合理想黏性流體和理想彈性固體之特性，呈現(xiàn)黏彈性行為。41 熔膠剪切黏度熔膠剪切黏度(shear viscosity)是塑料抵抗剪切流動的阻力，它是剪切應(yīng)力與剪變率的比值，參閱圖43。一般而言，材料的連接層之間的相對移動愈快，剪變率也愈高，所以，典型的熔膠流動速度曲線如圖44（a），其在熔膠與模具的界面處具有最高的剪變率；或者，假如有聚合物凝固層，在固體與液體界面處具有最高的剪變率。圖45 聚合物黏度與剪變率、溫度、及壓力的關(guān)系42 熔膠流動之驅(qū)動射出壓力射出機(jī)的射出壓力是克服熔膠流動阻力的驅(qū)動力。圖48顯示射出壓力與各參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。射出壓力相對于充填時間的曲線形狀與所使用材料、模穴幾何形狀和模具設(shè)計有很大的關(guān)系。以變化之熔膠波前速度充填模穴，將導(dǎo)致分子鏈或纖維配向性的改變。由于模溫通常比較低，在表面附近的配向性幾乎瞬間即凝固。對于任何復(fù)雜的幾何形狀，應(yīng)該將模穴內(nèi)的MFA變化最小化，以決定最佳的澆口位置。(1) 分子量的大小及分子量分布塑料的特性之一就是分子量很大，分子量分布曲線和其聚合的方法及條件對于所制造出來的成型品有密切影響。第五章 材料性質(zhì)與塑件設(shè)計51 材料性質(zhì)與塑件設(shè)計　　塑料材料的多樣性使得塑料射出成形比金屬成形更具有設(shè)計的自由度。讀者如果有其它負(fù)荷狀態(tài)的應(yīng)用，應(yīng)參閱相關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。假如應(yīng)變量超過彈性極限，并且繼續(xù)增加，則材料可能發(fā)生拉伸現(xiàn)象而無法回復(fù)原形，或者可能發(fā)生破壞，如圖 52所示。圖 55是半結(jié)晶塑料受負(fù)荷速度及溫度影響時之拉伸實驗應(yīng)力—應(yīng)變曲線。圖56 典型的潛變曲線，其潛變量根據(jù)負(fù)荷及時間而變化。潛變模數(shù)與時間、溫度有關(guān)系，它與固定應(yīng)力(σ)以及隨時間、溫度變化的應(yīng)變ε(t, T)之間的關(guān)系式定義如下： 其它與潛變有關(guān)連的因素包括：˙隨著溫度的上升，潛度速率與應(yīng)力松弛速率都會上升。承受周期性負(fù)荷之塑料應(yīng)該使用比例極限進(jìn)行設(shè)計。514 沖擊強(qiáng)度　　因為塑料具有黏彈性，其性質(zhì)與使用時間、負(fù)荷速率、負(fù)荷頻率、施加負(fù)荷期間長短、使用溫度都有密切的關(guān)系。圖 55顯示塑料材料的沖擊強(qiáng)度隨著負(fù)荷速率的增加而增大?！　N曲線是在固定頻率、固定溫度和固定負(fù)荷條件下，施加彎矩、扭力和拉伸應(yīng)力于材料，測試而得。˙內(nèi)壓力（殘留應(yīng)力）應(yīng)該與外應(yīng)力一并考慮。雖然大多數(shù)塑料擁有在相當(dāng)時間內(nèi)、特定應(yīng)力及溫度條件下的潛變量據(jù)，但是每個塑件設(shè)計仍需對其特定的負(fù)荷與使用條件來調(diào)整設(shè)計值。從圖 55可以觀察到，高負(fù)荷速率使得材料的破壞應(yīng)力和降伏應(yīng)力大幅提高。I 點是彈性極限。 　　圖 52熱塑性塑料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，可以獲得楊氏模數(shù)、比例極限，彈性極限、降伏點、延展性、破壞強(qiáng)度和破壞之伸長量等材料性質(zhì)。511 應(yīng)力應(yīng)變行為　　　　　　　　　　材料的應(yīng)力應(yīng)變行為決定其強(qiáng)度或勁度。就分子量分布而言，短分子鏈影響拉伸及沖擊強(qiáng)度，中分子鏈影響溶液黏度及低剪切熔膠流動，長分子鏈的量影響熔膠彈性。圖416 (a) MFA變化導(dǎo)致的平衡與不平衡流動；及(b)其對應(yīng)的充填模式。在熔膠波前處，由于剪切流動和拉伸流動的組合，不斷強(qiáng)迫熔膠從肉厚中心層流向模壁，造成噴泉流效應(yīng)(fountain flow effect)，此效應(yīng)對塑件表層的分子鏈／纖維配向性的影響甚巨。在任何時間，容積流動率 = 熔膠波前速度(MFV) 熔膠波前面積(MFA)對于形狀復(fù)雜的塑件，使用固定的螺桿速率并不能保證有固定的熔膠波前速度。注意，熔膠黏度隨著剪變率上升及溫度上升而降低。實際上，流動指數(shù)是塑件幾何形狀（例如壁厚，表面特征）及熔膠黏度的函數(shù)。在射出階段，于噴嘴蓄積高壓力以克服聚合物熔膠的流動阻力，壓力沿著流動長度向聚合物熔膠波前逐漸降低。剪變率是一項重要的流動參數(shù)，因為它會影響熔膠黏度和剪切熱（黏滯熱）的大小。圖43 以簡易之剪切流動說明聚合物熔膠黏度的定義水是典型的牛頓流體，牛頓流體的黏度與溫度有關(guān)系，而與剪變率無關(guān)。此黏彈性行為是因為聚合物在熔融狀態(tài)，分子量呈現(xiàn)雜亂卷曲型態(tài)，當(dāng)受到外力作用時，將允許分子鏈移動或滑動。表35　添加劑、填充料與補(bǔ)強(qiáng)料對于聚合物性質(zhì)的影響添加劑、填充料及補(bǔ)強(qiáng)料常用村料對聚合物性質(zhì)的影響強(qiáng)化纖維碳素、碳、礦物質(zhì)纖維、玻璃、kevlarl 增加拉伸強(qiáng)度l 增加彎曲模數(shù)(flexural modulus)l 提高熱變形溫度l 提升抗收縮與抗翹曲能力導(dǎo)電性填充料鋁粉、碳纖維、石墨l 提高電氣性質(zhì)l 提高熱傳導(dǎo)性耦合劑Silanes、titanatesl 改善聚合物與纖維界面之鍵結(jié)力抗燃劑氯、溴、硫、金屬鹽l 降低燃燒發(fā)生率及擴(kuò)散速度混合填充料碳酸鈣、硅、黏土l 降低材料成本塑化劑單體液體、低分子量材料l 改善熔膠的流動性l 加強(qiáng)撓曲性著色劑（色料或染料）金屬氧化物、鉻酸鹽、碳黑l 提供耐久的顏色l 防止熱裂解或紫外線造成裂解發(fā)泡劑氣體、氮復(fù)合物、聯(lián)氨衍生物l 造成孔穴組織以降低材料密度第四章 塑料如何流動？熔融的熱塑性塑料呈現(xiàn)黏彈性行為(viscoelastic behavior)，亦即黏性流體與彈性固體的流動特性組合。F)頂出溫度(176。? 改善耐熱性。環(huán)氧樹脂頁: 2酚醛樹脂都是常見的熱固性塑料。在成形過程中，熱固性塑料以熱或化學(xué)聚合反應(yīng)，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。（半）結(jié)晶性塑料就像冰塊一樣具有明確的熔點，玻璃轉(zhuǎn)移溫度則不明顯，通常低于是溫，抗化學(xué)性及耐熱性佳、潤滑性良好、吸濕性低、收縮率高?！　〕涮钅Ｑ〞r，不定形塑料的分子鏈會沿著熔膠流動方向拉伸，分子鏈與冷模壁接觸急冷而凍結(jié)；凝固層將塑件內(nèi)層與模壁隔離，使塑件內(nèi)層冷卻速率較慢，有足夠時間將分子鏈回復(fù)卷曲。分子在液相呈現(xiàn)雜亂的配向性，在固相則形成緊密堆砌的晶體。實用上，經(jīng)常會提及合金塑料和工程塑料等熱塑性塑料的術(shù)語。線狀或分枝狀的長分子鏈有側(cè)鏈或官能基，而且不與其它聚