塑膠材料
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塑膠材料的視頻教程
基于Moldex 3D和ABAQUS的聯合仿真分析
適用人群：ABAQUS軟件用戶、FEA工程師、模流分析工程師、高校或科研院所相關工程師 基于Moldex 3D和ABAQUS的聯合仿真分析（免費）【已結束】? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?直播時間：2021-09-28 19:30 課程背景：?傳統的結構仿真假設材料為均質各向同性，而實際的塑膠材料，在成型階段會產生各種各樣的缺陷，這些缺陷改變了材料的結構響應。
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塑膠材料的實例教程
高性能工程塑膠材料 主要常見的高性能工程塑膠材料有LCP、PPS、PPA、 PSF、PES、PEEK、PEI、PTFE等，相較于工程塑料， 高性能工程塑膠的材料可耐受的溫度高于150°C，具 有更高的剛性強度，且能耐受更高的溫度，但同時價 格也是三種塑料中最高的。
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■劉文斌/型創科技 技術總監
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塑膠材料和金屬材料最大的性質差異，可以由材料的應變( 變形量值) 和材料模數(modulus- 楊氏模數，彈性模數) 之間的變化關系來區別。塑膠材料的應力- 應變參數的變化性質是在產品設計上重要的參考依據。
圖1: 金屬材料的應力- 應變曲線圖
圖1。顯示為金屬材料典型的應力- 應變曲線圖，在此曲線上包含著一段線性比例關系的區域，此區域的材料行為符合所謂的虎克定律(Hook’sLaw) 彈性行為。此彈性區域的材料模數( 楊氏模數，彈性模數) 為一常數定值；所謂模數Modulus=(stress)/(strain) 即為應力-應變曲線上的對應斜率，在此彈性區域上可以藉由簡單的應變量值與起始彈性模數的乘積，來計算出應力值，可作為產品設計上的參考依據。
圖2: 塑膠材料的應力- 應變曲線圖
另外，如上圖2。則顯示塑膠材料典型的應力- 應變曲線圖，由圖型中可知塑膠材料的彈性區域- 或線性比例區域，只存在于起始原點附近非常小的區域內，整體的應力- 應變曲線則呈現較大的圓弧形狀，而且模數( 曲線的斜率) 會隨著應變的量值變化而逐漸改變，所以塑料的材料特性是會表現應變是模數的函數，模數將會隨應變量不同而變化不同( 不是一個定值)。所以塑膠材料和金屬材料不同，塑膠材料的破壞應力值將會小于起始彈性模數與應變的乘積值。
針對塑膠材料的設計考慮上，并不能像金屬一樣直接使用彈性模數與變形量的乘積來作為破壞應力的設計，塑膠材料的使用范圍是在較大應變量區域，因為已經超出線性比例的彈性范圍外，所以在產品破壞應力設計上，需要考慮在起始比例線性彈性模數范圍外的應力- 應變關系。如下圖3。
展開 以下是塑膠的常規性分類，在產品設計的過程中，熱塑性塑膠選用的比較多，熱塑性塑膠實際上也可分為結晶性塑膠和非結晶性塑膠，分類的方法是多樣的，大家應根據自己的理解進行歸納總結，后續會對其中常用的塑膠材料進行更詳細的介紹。
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展開 本文將探討塑料在射出成型中的幾個關鍵因素，包括塑料含水率、回收料添加比例、材料填充物、溫度以及料筒內滯留時間。深入了解這些因素對成型過程的影響，有助于優化生產效率并提高成品質量。
含水率對射出成型的影響
含水率是塑膠材料中水分含量的度量，它對射出成型具有顯著影響（圖1）。高含水率可能導致成型過程中產生氣泡和產生空洞的問題，從而降低成品的質量。水分的存在還會降低材料的熔融溫度和黏度，影響流動性。因此，在射出成型前，確保塑膠材料的適當干燥對于獲得良好的成型結果至關重要。
圖1：塑料不同含水率的差異
回收料添加比例的影響
回收料是從廢料、廢棄塑料制品中回收再利用的材料。添加回收料可以降低成本并減少對環境的影響。然而，回收料的添加比例對成型過程和成品質量具有重要影響。較高的回收料添加比例可能會導致材料的物理性能下降，如強度和耐熱性的降低；材料的黏度下降，容易發生流延、毛邊等問題。因此，需要在平衡成本和性能之間做出權衡，并進行適當的測試和調整，以確定最佳的回收料添加比例。
材料填充物對成型的影響
填充物是被添加到塑膠材料中的固體顆粒或纖維，用于增加材料的剛性、強度和耐熱性。在射出成型中，填充物的選擇和添加比例對成型零件的性能和外觀有重要影響。例如，玻璃纖維填充料可以提高強度和剛性，但可能導致表面粗糙度增加。因此，在選擇填充物時，需要綜合考慮材料性能、外觀要求和成本效益。
溫度對成型過程的影響
溫度是射出成型中的一個關鍵參數，對材料的熔融、流動和冷卻過程都有直接影響。過高或過低的溫度都可能導致成型缺陷，如翹曲、收縮和縫合線等。因此，確保適當的料溫以及溫度分布的均勻性至關重要。此外，不同類型的塑膠材料對溫度的敏感性也不同，因此需要根據具體材料的特性進行調整（圖2）。
展開 ■資料來源：ACMT SMARTMolding 20年9月刊
摘要
塑膠材料的特性選用，必須搭配著設計應用，本篇文章主要討論塑膠材料的測試，以及部分添加劑添加后對塑膠材造成的物性改變方向，本文編排順序依照材料物性表測試排序。分別探討項目為：
? 機械特性：拉伸測試。
? 沖擊特性：沖擊測試。
? 溫度特性：熱變形、長時間工作溫度、玻璃轉化溫度、熱傳導。
? 物理特性：比重、模收縮率、表面硬度、摩擦力。
? 光學特性：光穿透、光反射、IR 遮蔽、藍光遮蔽、光擴散。
機械特性：拉伸測試
拉伸測試的主要測試結果以下列幾項數據顯現：
? TensileStress（ 拉伸應力），yld（ 降伏點），TypeI（試片規格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileStress（ 拉伸應力），brk（ 斷裂點），TypeI（試片規格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileStrain（拉伸應變or 拉伸延展），yld（降伏點），TypeI（試片規格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileStrain（拉伸應變or 拉伸延展），brk（斷裂點），TypeI（試片規格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileModulus（ 拉伸模量or 楊式系數），50mm/min（拉伸速度）
圖1：添加物的種類有數種，如玻璃纖維、碳纖維、云母片……等
圖2：拉伸測試分為三個階段
在拉伸測試中，材料被固定夾持后，機具會使用固定的速度往上拉。拉伸時，材料會抵抗拉力，所以會有反作用力（實際記錄的數值為反作用力）。
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大部分塑膠材料的注塑前需要模具先預熱，大部分時間從10-180分鐘左右，一般情況下需要實際試模后，才能準確的知道需要基礎預熱的時間，DFM\報價階段很難預測，對后期注塑工藝的的影響也比較大，需要先發布再修訂，影響實際的生產過程，也造成了浪費，如何能夠準確的預測預熱時間是行業內的一個難點和痛點。
從-40°到150°不等，循環次數50+，一般在200次左右，這對產品的設計、材料的選型、塑膠注塑工藝等的開發提出了更高的要求。
<p class="ql-align-right">*本文內容來自機械零部件制造業用戶投稿</p><p><br></p><p>大部分塑膠材料的注塑前需要模具先預熱，大部分時間從10-180分鐘左右，一般情況下需要實際試模后，才能準確的知道需要基礎預熱的時間，DFM\報價階段很難預測，對后期注塑工藝的的影響也比較大，需要先發布再修訂，影響實際的生產過程，也造成了浪費，如何能夠準確的預測預熱時間是行業內的一個難點和痛點
*本文內容來自機械零部件制造業用戶投稿
大部分塑膠材料的注塑前需要模具先預熱，大部分時間從10-180分鐘左右，一般情況下需要實際試模后，才能準確的知道需要基礎預熱的時間，DFM\報價階段很難預測，對后期注塑工藝的的影響也比較大，需要先發布再修訂，影響實際的生產過程，也造成了浪費，如何能夠準確的預測預熱時間是行業內的一個難點和痛點。
<p>ASTM D638是由美國材料協會發布的金屬及塑膠材料拉伸測試標準。</p><p><br></p><p>為方便大家使用，筆者提供<span style="color: rgb(47, 48, 52);">ASTM D638標準 5種拉伸試樣的3D幾何模型，分享給大家，不用自己再畫啦，見附件。
對于一定量的塑膠材料而言，壓力、體積和溫度這三個參數相互關聯，構成了一種狀態函數關系。也就是說，當其中任意兩個參數確定時，第三個參數也就隨之確定，且這一關系只取決于材料的最終狀態，與達到該狀態的過程無關。這種內在聯系，如同材料的獨特 “指紋”，反映了高分子材料在不同熱力學條件下的本質特征。
從微觀角度來看，高分子材料是由大量的高分子鏈組成。
其所需的專業知識包括有：
1.材料特性：高分子材料（塑膠）之材料科學與物理性質。
2.設計規范：產品設計和模具設計、模具材料及材料供應商之設計準則。
3.成型機數據與成型條件：塑膠或高分子加工知識及現場作業實務等。
模流分析進一步結合工業4.0之虛實整合技術，提供精準之未卜先知能力。
所以塑膠材料和金屬材料不同，塑膠材料的破壞應力值將會小于起始彈性模數與應變的乘積值。
針對塑膠材料的設計考慮上，并不能像金屬一樣直接使用彈性模數與變形量的乘積來作為破壞應力的設計，塑膠材料的使用范圍是在較大應變量區域，因為已經超出線性比例的彈性范圍外，所以在產品破壞應力設計上，需要考慮在起始比例線性彈性模數范圍外的應力- 應變關系。如下圖3。
在塑料制品的生產和應用過程中，殘余應力是一個不容忽視的問題。它可能導致產品性能下降，甚至引發變形或裂紋。因此，理解殘余應力的來源并采取有效措施至關重要 。
課程時間：2024/4/29(周一) 20:00 開播（私信獲取直播間鏈接）
課程大綱:
何謂殘余應力及殘余應力的量測方法
注塑成型條件對殘余應力之影響
應力痕發生原因之探討
案例分享
圖8：以肉眼觀測不同透明塑膠材料試片之結果
圖9：以應力偏光觀測不同透明塑膠材料試片之結果
結論
所以應力偏光觀測透明塑膠殘留應力技術是一項相當簡易之定性觀測方法，可使成型加工業者在生產在線迅速獲得應力分布的信息，也可迅速調整成型加工參數的設定，減少成品的殘留應力與減少產生破壞之可能性。
