■ 全鏈管理 / 蔡穎玫 博士

前言

殘留應力為「溫度」、「壓力」及「充填時流場的速度變化」等成型條件對塑膠高分子鏈形態(tài)的綜合影響結果，本篇文章我們就來討論在產品與模具設計都沒有變動下，成型條件──「流動」對殘留應力的作用。

首先，我們先理解射出程序包含充填及保壓動作，兩階段目的不同，對分子鏈的影響也不同：

• 充填：極短時間內對塑料高速擠壓，高剪切率作用下分子鏈排向程度高；
• 保壓：塑料幾乎充滿模穴的條件下持續(xù)填料，剪切率極低但高壓作用于分子鏈而提升排向程度與被壓縮程度。

流動對殘留應力的影響

為了更具體地觀察高分子鏈在充填流場中的變化，讓我們對模穴內的厚度方向做一剖面，可以看到熔膠在厚度中心有最快的流動速度，其波前就像噴泉般地流動，越靠近模壁流動速度越慢，并在塑件表面也就是模壁處形成不流動的固化層。

探究厚度方向塑料流動速度差異的原因，是因為塑膠導熱效果極差（約為金屬的1/1000），當模具金屬及冷卻水管的熱傳作用已把壁面處熔膠的熱量帶走，但模穴內仍保有相當高的溫度，由剖面的溫度分布可看到，模壁處塑料處于固化溫度，越往內部溫度逐漸爬升，到達固化層厚度時溫度最高，再往中心的塑料溫度會稍降，但仍維持高溫以持續(xù)完成充填保壓程序。

在固化層厚度部位出現(xiàn)最高溫的原因，是因為此為塑料固態(tài)與流動態(tài)的界面，界面一端為靜止狀態(tài)，但另一端仍保有移動性，兩者速度差極大，兩相接觸時摩擦生熱貢獻出高溫分布于此，充填速度越快此摩擦升溫的程度越高。正因為界面兩端的速度差異極大，此處也正是厚度方向上最大剪切率發(fā)生的部位，此處升溫現(xiàn)象因而稱作shear heating。

圖1：射出成型塑膠高分子鏈定向現(xiàn)象分析

說明完了速度與溫度的分布，接下來更能理解充填流場對高分子鏈排向的影響。依據塑料狀態(tài)在厚度方向分為「A. 定向固化層」、「B. 定向高剪切層」、「C. 非定向核心層」等三個部分，分別討論分子鏈的排向行為：

A. 定向固化層

B. 定向高剪切層

C. 非定向核心層

 

......

（具體后續(xù)內容可進入東莞開模&ACMT_技術平臺查閱）

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