【文章內容簡介】 ion)和熱應力。模具溫度可以使用冷卻劑調節(jié)。模具溫度和冷卻劑溫度都應監(jiān)控。模具固定側和移動側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。影響熔膠溫度和模具溫度的一些因素包括： ?射出量(shot size)—大射出量需要較高的模具溫度。?射出速率(injection rate)—高射出速度會造成致稀性的高溫。?流道尺寸(size of runner)—長的流道需要較高溫度。?塑件壁厚(part thickness)—粗厚件需要較長冷卻時間，通常使用較低模溫。(7) 射出和保壓壓力射出壓力的上限是射出機的容量、鎖模力和模具的結構。通常，射出壓力和保壓壓力設定為不會造成短射的最低壓力。射出壓力和保壓壓力應該足夠高，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。然而，太高的射出壓力會造成塑件潛在的應力。兩段式加壓可以應用在一些制程，第一階段的高壓進行充填，第二段則以較低壓力進行保壓。(8) 保壓時間完成充填模穴后，射出機仍然施加壓力在模具的時間稱為保壓時間，保壓的目的在維持組件的尺寸精度。(9) 剩余冷卻時間解除壓力到開模之間的時間稱為剩余冷卻時間，目的是讓塑件足夠硬化以便頂出。假如在塑件尚未完全冷卻硬化之前就頂出，會造成塑件翹曲變形。(10) 開模時間（moldopening time，也稱為dead time）開模時間包括打開模具、頂出塑件和關閉模具的時間。開模時間和射出機之操作效率、成品取出的難易度、使用脫模劑與否都有關系，以人工安置鑲埋件(insert)的模具會更降低操作效率。在射出機運轉過程維持最少的人力介入是開模時間最佳化的方向。有時候，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。改善dead time的方法包括：?統(tǒng)計法—例如control charts、田口法。?神經網絡法—甚至可以在射出機運轉之前即建議設定之成形條件。目前，可能購買現(xiàn)有的神經網絡訓練器分析正常的射出成形制程，而能夠準確預測成形品的品質。甚至有神經網絡訓練器只要辨識組件的幾何關系和樹脂特性就可以對新設計緣漸漸溢出有效的成形條件。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。有些塑件需要二次加工進行組合或裝飾，二次加工詳細說明應該可以從材料供貨商的設計手冊中找到。(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。l 印刷：為裝飾或提供信息而在塑件表面加工。(3) 其它的二次加工　　其它的二次加工包括：l 上漆l 硬鍍l 金屬層／遮蔽層l 表面處理l 退火l 車削第三章 什么是塑料？塑料(plastics)是一種簡單的單體(monomers)經由化學聚合反應(polymerization)而成的長鏈狀高分子聚合物(polymers)。根據美國塑料工業(yè)協(xié)會對于塑料的定義：「將全部或部分由碳、氧、氫和氮及其它有機或無機元素使用加熱、加壓、或兩者并用的方式聚合而成，在制造中的階段是液體，在制造的最后階段成為固體，此龐大而變化多端的材料族群稱為塑料。」高分子聚合物加工成為塑件的制程主要包括熱塑性塑料之熔化與凝固的物理相態(tài)變化或熱固性塑料之固化的化學反應兩種。簡單的高分子材料呈鏈狀結構，其中最重要者首推乙烯基高分子(vinyl polymer)，結構如下：其中，當 R = H，為聚乙烯；當 R = CH3，為聚丙烯；當 R = C6H5，為聚苯乙烯；當 R = Cl，則成為聚氯乙烯。高分子材料依照分子量和分子結構的差異，也造成不同物性的塑料。例如甲烷(methane, CH4)為氣體，戊烷(pentane, C5H12)為液體，甲烷(polyethylene, C100H102)為固體。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。　　高分子聚合物的分子鏈可以視為一重復單體長鏈，加上主要分子鏈旁枝的化學基，如圖3１所示。雖然“塑料”可以泛指聚合物或樹脂，塑料一般是指添加了塑化劑、安定劑、填充料或是其它改善性能及成形性之聚合物系統(tǒng)，還包括橡膠、纖維、黏著劑與表面涂料。塑料加工成塑件的制程眾多，可以參考圖32?！　【酆衔锓肿渔湹慕Y構、規(guī)模大小、化學成分都直接影響聚合物的化學性質與物理性質。塑料高分子還受到機械加工制程與熱歷程影響。例如，聚合物熔膠的黏滯性（亦即流動阻力）隨著分子量增加而增加，隨著溫度上升而降低。玻璃轉移溫度、機械性質、耐熱性、耐沖擊性亦階隨著分子量增加而提高。此外，作用于材料的高剪應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。就分子量分布而言，短分子鏈影響拉伸及沖擊強度，中分子鏈影響?zhàn)约凹羟辛鲃有再|，長分子鏈影響熔膠之彈性。圖31 塑料之分類圖32 塑料之加工制程塑料通常具有下列特性： ? 低強度與低韌性（玻纖強化塑料則可以達到高強度與高韌性） ? 原料豐富，價格低廉。 ? 有最高使用溫度限制。 ? 色彩鮮明，著色容易。 ? 受外力作用時會產生連續(xù)變形(潛變現(xiàn)象)。 ☆ 易加工程復雜形狀。(. 容易成形，可以量產。)☆ 低密度。(，~2，)☆ 耐腐蝕性佳?！?良好的絕緣性和隔熱性?！?可以具有其它特殊性質，例如透明性、可彎曲性等。塑料材料與金屬材料比較，金屬材料通常包括下列特性；高密度、寬廣的使用范圍、高熱傳導性、高導電性、剛性(rigidity)、高強度(strength)、不透明、易生銹、精密加工費用高昂。相對地，塑料材料則具有良好的機械阻尼、良好的熱膨脹性、加工周期短而且可以減少穿孔等二次加工的成本、密度低、增加產品設計的空間與選擇、料頭可以回收以節(jié)省成本、可以提高產品壽命、亦可能獲得很高的結構強度。鋼的模數為210 GPa。一般而言，塑料的模數比金屬小數十倍到數百倍。模數的定義E = 應力σ0╱應變ε0，單位是Pa(= N/m2)。塑料材料與金屬、陶瓷材料之特性比較如表31。表31 塑料材料與金屬、陶瓷材料之特性比較特性優(yōu)點缺點低熔點容易加工成形使用溫度范圍窄高拉伸率Low brittleness高潛變強度和低降伏強度低密度成品輕結構強度低低熱傳導性隔熱性佳散熱性差低導電性優(yōu)良的絕緣體不導電著色容易不必在成品著色顏色比對不易溶劑之敏感性可應用為溶液(solution)可能被溶劑(solvent)影響可燃性廢料可以燃燒可能產生煙害(fumes or fire hazards)透光性可以產生透明塑件因陽光照射而劣化　　將數種聚合物混合，或是將聚合物與其它材料、補強劑復合，可以改變其物理性質、機械性質和材料之成本。這些混合制程造就了下列聚合物系統(tǒng)：(1) 聚合物合金及混合物　　聚合物合金(polymer alloys)及聚合物混合物(polymer blends)是將兩種或更多種聚合物混合的系統(tǒng)。當混合結果產生融合效應(synergistic effect)而具有單一的玻璃轉移溫度，稱為聚合物合金，其性質比各別的聚合物更佳。當混合結果具有多重的玻璃轉移溫度，稱為聚合物混合物，其性質是各別聚合物的平均。ABS是最早期的一種成功混合物，它結合了各個成分聚合物的耐化學性、韌性(toughness)以及剛性(rigidity)。(2) 聚合物復合材料　　聚合物復合材料(polymer posites)是將強化物質添加到聚合物內，以增加所需的性質。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度和勁度。31 塑料之分類　　根據分子聯(lián)結的聚合反應種類，塑料可以區(qū)分為熱塑性塑料(thermoplastics)和熱固性塑料(thermosets)。表32列出熱塑性塑料與熱固性塑料相關的結構與性質之整理。熱塑性塑料根據分子結構或鏈的結構可以再細分為不定形(amorphous)、半結晶(semicrystalline))或液晶(liquid crystalline)聚合物。聚合物的微結構及加熱與冷卻的效應如圖33。其它類別的塑料包括彈性體(elastomers)、共聚合物(copolymers)、復合物(pounds)、商用塑料和工程塑料。添加物填充料和補強劑是直接與塑料性質和性能相關的其它分類方法。表32　熱塑性塑料與熱固性塑料的結構與性質微結構˙線性或分枝分子鏈，分子間無化學作用。˙化學反應后，分子鏈產生交聯(lián)網狀結構。對熱的反應˙可以再軟化（屬于物理相態(tài)變化）。˙無裂解時，交聯(lián)后無法再軟化。一般性質˙較高的耐沖擊強度。˙加工較容易。˙對于復雜設計有較佳的適應性。˙較好的機械強度。˙較好的尺寸穩(wěn)定性。˙較佳的耐熱性及濕氣絕緣性。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。線狀或分枝狀的長分子鏈有側鏈或官能基，而且不與其它聚合物分子相連接，結果，熱塑性塑料可以重復地加熱而軟化，冷卻而凝固。這種以物理反應之相變化為主的程序允許將塑料廢料回收。雖然熱塑性塑料可以回收，但在成形時仍可能有小程度的化學變化，回收塑料的性質可能不會與原始塑料的性質完全相同?！　崴苄运芰险妓a塑料的70%，熱塑性塑料以小球狀或顆粒狀販售，它們在壓力下加熱熔化成黏稠狀流體，冷卻時形成所需的成品形狀。與熱固性塑料比較，熱塑性塑料通常具有較高的耐沖擊強度，容易加工，對復雜設計有較好的適應性。圖33 不同塑料的微結構，及制程中加熱或冷卻對于為結構的影響?！　≡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。然而，工程塑料諸如縮醛(acetal)、ABS、耐隆、聚碳酸脂(PC)等提供了高機械強度、較佳的耐熱性、較高的沖擊強度等改善性能，因此價格也比較昂貴。實用上，經常會提及合金塑料和工程塑料等熱塑性塑料的術語。合金塑料指其構造由不同的單體或聚合體之物理混合(而非聚合)。制造合金塑料的理由大都是要適應某種要求之物理性質、有利于價格及性能指數、改進加工之可能性這三種因素，例如PC/ABS和ABS/PVA。而工程塑料是指在機械裝置中取代其它金屬材料用途之塑料，亦即使用為機械材料的塑料，屬于高性能的塑料，一般具有較大的溫度使用范圍(–40℉~300℉)、高強度與高剛性、耐沖擊性、低潛變性、耐磨損、優(yōu)良的耐化學藥品性及絕緣性。　　熱塑性塑料中又可以區(qū)分為不定形塑料和結晶性塑料，其結構與性質如表33。表33　不定形塑料與結晶性塑料的結構與性質之比較不定形塑料結晶性塑料常用的材料丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚合物（ABS）、壓克力（例如PMMA、PAN）、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、苯乙烯—丙烯系聚合物(SAN)。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)。微結構分子在液相和固相都呈現(xiàn)雜亂的配向性。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。熱之反應具有軟化溫度范圍，但沒有明顯的熔點。具有明確的熔點。性質l 透明l 抗化學性差l 成形時體積收縮率低l 通常強度不高l 一般具有高熔膠黏度l 熱含量低l 半透明或不透明l 抗化學性佳l 成形時體積收縮率高l 強度高l 熔膠黏度低l 熱含量高321 不定形聚合物　　在無應力作用下加熱，不定形塑料熔膠之分子鏈雜亂地相互糾纏在一起，分子鏈僅以微弱的凡得瓦爾力維系。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。不定形塑料具有明確的玻璃轉移溫度和寬廣的軟化溫度范圍，沒有明確的熔點。當熔膠溫度降低，不定形塑料開始呈現(xiàn)橡膠狀態(tài)，當溫度繼續(xù)降低到玻璃轉移溫度以下，它將呈現(xiàn)玻璃狀態(tài)。不定形塑料的透明度高、耐熱性中等、耐沖擊性好、收縮量低?！　〕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；凝固層將塑件內層與模壁隔離，使塑件內層冷卻速率較慢，有足夠時間將分子鏈回復卷曲。也就是說，表層的分子鏈有較好的配向性，較小的收縮量；內層的分子鏈較無配向性，收縮量較大?！　∷械牟欢ㄐ嗡芰系木€性收縮率(linear shrinkages)都很接近，所以考量塑件尺寸時，同一塑件可以使用不同的不定形塑料取代，例如以ABS取代苯乙烯，以PC取代壓克力，射出成形的尺寸應該會維持在相當精度以內，只是性質會有所變化。322 （半）結晶性聚合物結晶性材料是不具有大側基、旁枝或交聯(lián)的聚合物，熔融的結晶性塑料黏滯性低，容易流動。當冷卻到熔點以下時，分子形成規(guī)則的晶體結構，使其流動性變差。隨著溫度繼續(xù)降低，其結晶度增加，強度也增加，透明度澤降低。結晶程序停止于玻璃轉移溫度。因為在正常的加工程序很難獲得100%結晶，結晶性塑料通常呈現(xiàn)半結晶，它同時具有結晶與不定形兩種相態(tài)，其結晶度則決定于聚合物的化學結構和成形條件。（半