■ 全鏈管理 / 蔡穎玫 博士

(轉(zhuǎn)載自繁體版ACMT電子技術(shù)月刊No.083)

前言

理解速度、溫度及壓力對塑膠高分子鏈排向的作用，進(jìn)而能理解這些物理因素造成塑件殘留應(yīng)力的原因，接著我們來討論如何控制成型條件來降低射出成型引起的殘留應(yīng)力。首先是各項(xiàng)物理因素與機(jī)臺參數(shù)的關(guān)系條列如下。

? 塑膠溫度：料管溫度、螺桿轉(zhuǎn)速(rpm)及背壓、射出速度；

? 充填速率：射出速度、保壓速度；

? 塑膠壓力：射出壓力（模穴壓力及系統(tǒng)壓力）、保壓壓力、保壓時間；

? 冷卻速率：料管溫度、螺桿旋轉(zhuǎn)背壓、射出速度、模具溫度、冷卻時間。

成型條件設(shè)定要點(diǎn)

塑膠溫度

提高料溫會提升熔膠壓力傳遞能力，整體模穴壓力因而增加，同時也提升保壓效果，并且定向?qū)雍穸取嚎s應(yīng)力及拉伸應(yīng)力都會降低。主要以提高料管溫度來達(dá)成升高料溫。

? 優(yōu)點(diǎn)：熔膠黏度較低，流動性較佳，充填性較好，分子鏈松弛較快，排向應(yīng)力程度較低；

? 缺點(diǎn)：然而過高的料溫容易造成冷卻緩慢（增加成型周期）及不均勻冷卻。塑件脫模時，高溫部分占比高，易造成變形，因此高料溫反而可能會增加冷卻熱應(yīng)力及脫模應(yīng)力。

充填速率

充填速率對高分子鏈排向的影響，主要透過射出速度來設(shè)定，為達(dá)到塑膠最低整體定向結(jié)果，所需要的充填速率是介于高速與低速之間，并使用多段射速在速度逐漸減小下結(jié)束充填。另外可依產(chǎn)品需求調(diào)整充填速率：

? 若產(chǎn)品需要較低的表層應(yīng)力，借以改善抗化學(xué)性或表面電鍍附著性，則應(yīng)降低充填速率；

? 若產(chǎn)品需要借助表層的高順向性，借以改善剛性與彎曲強(qiáng)度，則應(yīng)提高充填速率。

塑膠壓力

模穴壓力增加會提升壓縮應(yīng)力及其區(qū)域厚度、同時降低拉伸應(yīng)力及其區(qū)域厚度，模穴壓力會與射出壓力及保壓壓力有關(guān)。

? 射出壓力：高射出壓力在充填過程對塑膠會產(chǎn)生較大的剪切作用，因而導(dǎo)致較高程度的分子鏈排向及應(yīng)力，因此射出壓力不宜過高；

? 保壓壓力：保壓階段熔膠溫度降低時，其黏度瞬間拉高，此時若施加高保壓將強(qiáng)迫分子鏈排向，造成澆口附近出現(xiàn)嚴(yán)重的排向應(yīng)力，因此保壓壓力對殘留應(yīng)力的影響大于射出壓力。

圖1：塑膠高分子鏈排向與充填速率關(guān)系

除壓力大小，保壓時間長短也需一并考慮，時間拉長會增強(qiáng)熔膠的剪切作用，更多具有排向應(yīng)力的分子鏈結(jié)構(gòu)會被凍結(jié)，導(dǎo)致較大的彈性變形，所以塑件的殘留應(yīng)力會隨保壓時間延長和補(bǔ)料量增加而顯著增大。

由于保壓階段模穴內(nèi)部已近乎充滿塑膠，應(yīng)控制射出壓力并適當(dāng)調(diào)整保壓壓力與保壓時間，使開模時模內(nèi)的殘留壓力接近于大氣壓力，以避免產(chǎn)生更大的脫模殘留應(yīng)力。

充填與保壓參數(shù)設(shè)定考量

? 充填速度：依充填部位分為多段設(shè)定，其中為消除澆口噴流痕考量，第二段通過澆口時將射速放慢，待熔膠進(jìn)入澆口后再提速充飽部品；而末兩段射速緩降，是為了防止毛邊與穩(wěn)定切換保壓前的射出壓力；

? 保壓壓力：一般設(shè)定兩段保壓，分別考量尺寸精度與應(yīng)力消除；然而若第一段設(shè)定值與V/P切換瞬間的壓力差異過大時，有可能產(chǎn)生縮水或毛邊現(xiàn)象。

圖2：充填速度與保壓壓力設(shè)定參考

結(jié)果與討論

總的來說，塑件殘留應(yīng)力是受到射出成型條件的綜合影響，其中溫度的作用較大：

? 模溫對殘留應(yīng)力影響較大，較高模溫殘留應(yīng)力較低；

? 料溫對殘留應(yīng)力影響較小。

塑膠加工特性也會影響殘留應(yīng)力大小：

? 熱傳系數(shù)較高或熱傳導(dǎo)性較佳，則殘留應(yīng)力較小；

? 熱膨脹系數(shù)或彈性模數(shù)較高，則殘留應(yīng)力較小。

因此，可調(diào)整成型參數(shù)來降低殘留應(yīng)力：

? 提高料管溫度；

? 提高模溫；

? 降低制品冷卻速度；

? 提高射出速度；

? 降低射出壓力；

? 縮短射出充填時間。

除了成型條件，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與澆注系統(tǒng)應(yīng)注意：

產(chǎn)品肉厚

? 肉厚尺寸對殘留應(yīng)力影響甚巨，厚度差異越小則應(yīng)力越低；

? 薄件成品冷卻固化較快有較高的殘留應(yīng)力。

澆口尺寸

? 澆口尺寸過大將造成保壓補(bǔ)料時間較長，并在熔膠降溫過程中凍結(jié)更多的排向應(yīng)力；

? 保壓時間越長，其后熔膠越冷，會造成澆口附近較嚴(yán)重的應(yīng)力殘存；

? 適當(dāng)縮小澆口尺寸以縮短保壓填料時間，降低澆口封口時的模內(nèi)壓力；

? 然而若澆口尺寸過小，將導(dǎo)致充填時間過長，熔膠溫差大，且容易造成充填缺料。

澆口位置

? 澆口位置決定熔膠的流場、流動距離與流動方向，設(shè)計(jì)在肉厚區(qū)域可降低射出壓力、保壓壓力及保壓時間，有利降低殘留應(yīng)力；

? 若于肉薄區(qū)域進(jìn)膠，需適當(dāng)增加澆口入口處厚度以降低澆口附近應(yīng)力。

流道設(shè)計(jì)

? 為降低熔膠流動時的壓損與溫降，流道會建議設(shè)計(jì)成短而粗的形式，以降低射出壓力與減緩冷卻速率，從而降低應(yīng)力。

在冷卻水路及頂出系統(tǒng)應(yīng)注意：

? 冷卻水路：設(shè)計(jì)目標(biāo)為使產(chǎn)品可以緩慢地均勻冷卻。

? 頂出系統(tǒng)：澆口需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)拿撃＝嵌扰c頂針位置，模芯需要較高的拋光度與設(shè)計(jì)較大的頂出面積，防止強(qiáng)制脫模產(chǎn)生脫模干涉應(yīng)力。