透明塑膠光學產品
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
透明塑膠光學產品的實例教程
透明塑膠光學產品的殘留應力定性分析
■型創科技 / 劉文斌 技術總監
前言
當塑膠成品在應用上發生破裂或破壞時，就材料力學的觀點而言，即表示該塑膠件在破壞區域上，其所承受之應力數值總合超過了材料本身的物性強度數值。因此要解決成品在使用上的破壞或破裂問題，就必須要從增加材料物性強度或減少成品應力值來著手。塑膠制品承受的應力作用通常可依應力來源區分為「外部應力」及「內部應力」兩種，「外部應力」是成品在使用時所遭受之外力作用，此部分將視產品應用場合而定（例如塑件使用上遭受碰撞、荷重、嵌合等），通常是無法控制其程度，一般產品設計者會依照常態之外部應力值，乘上一安全系數值來設計產品的結構強度。而內部應力通常是成品在加工成型過程中所產生而留存在塑件成品內部（稱為塑件的殘留應力或成型應力）。所以要有效解決塑膠成品的破壞問題，唯有降低應力作用或提高材料強度兩種方法。
然而對于塑膠成型加工業者而言，如何使用較適當之加工條件，來防止材料強度降低及避免在加工時產生過大殘留內部應力則是現場加工人員最重要的議題。殘留應力就是指在塑膠成型過程中，因加工條件造成分子結構不是處在其最低能量的最穩定狀態下，分子鏈可能是受到流動定向影響或是受到周圍分子鏈之冷卻拘束，而呈現不穩定之高能態狀況。所以一旦有外界能量再度給予此受應力作用的分子鏈具備有足夠的動能，則此分子將極易釋放出應力而達到其最穩定的最低能階組態。塑膠成品中的殘留應力通常難以透過肉眼進行觀察，往往是在進行成品后加工制程時發生了問題或是在使用時產生了破壞，才會被發現，所以塑膠加工成型業者如何在成型階段或是在加工生產在線，藉由成品之觀測來迅速獲得殘留應力的分布信息，是目前加工上相當重要的技術。
展開 因此為方便于光譜觀測及便于以簡單數學方程式來表示，所以一般常用單方向之光波來作為觀測光源，而所謂單方向光源則是利用將白光光源，通過一單方向之光學偏光片，使其通過之光波都固定在一特定方向上。我們可以簡單拿兩片光學偏光片依前后放置在一白光光源前，當白光通過第一片偏光片時已成一單方向光波，若旋轉第二片偏光片觀察時，將會發現當兩片偏光片成平行時，可見到白光通過；但若兩片成垂直時，則呈黑暗無光線通過。
在有殘留應力存在的塑膠材料中，在特定平面上可將應力分成兩個主軸應力，此不均勻之應力將使材料產生兩個不同的折射率。因此光要通過此材料時，沿二個主軸應力方向振動的光波彼此有不同的速率，穿出材料時，則會有相對速度差產生。而此相位差將正比于平面上的兩個主軸應力之差值。所謂應力光學定律是指當一透明塑膠材料受應力時，其折射率會隨著所受應力變化而改變，當物體的應力狀態和光交互作用，則可藉由光彈條紋來推知物體的應力狀態。光彈性量測應力的方法其主要優點在于可了解外力作用瞬間或成型定型后，測試品整體的應力場分布，可實際用于產品 QC 檢測上。
圖4：應力偏光裝置量測應力原理
透明塑膠材料遭受應力時將產生雙折射現象，當光線穿透具雙折射率的材料時，光在材料內進行的速度也會不同。當偏極光進入有應力作用之雙折射材料時，光線會分為較快速及較慢速兩光束，其速度差相對距離則稱為相位差或光程差或遲延 (retardation,R)。在單色光的光彈條紋中（明暗條紋），粗線的地方代表該點之主應力方向與ｘ軸（或ｙ軸）平行。因此兩道光之相位差為整數波長，因而造成光場之明暗條紋，光場之條紋可以肉眼觀察，條紋越密集的地方，表示應力愈大，亦即是應力集中的地方，也是材料較容易發生破壞時最先開始之處，圖 4 是應力偏光儀量測觀察應力之原理，而圖 5 是應力偏光觀測裝置。
展開 微光學器件是光學器件的重要分支，為光學通信、光傳感、光計算等領域的發展提供重要支撐。微光學器件具有尺寸小、功耗低、低成本等優勢，可以于電子器件集成，實現更高效的數據傳輸和信號處理。未來，隨著微納加工技術的進一步發展，微光學器件的功能將繼續擴展，應用范圍將進一步拓寬。同時，微光學器件也面臨著制備工藝、材料性能、器件可靠性等方面的挑戰，需要進一步的研究和改進。
微光學器件是指尺寸在微米到毫米級別的光學元件，其尺寸比傳統光學器件小很多。微光學器件利用了微納加工技術，將光學器件的功能集成到微米尺寸的芯片中，具有小型化、集成化、高效率、低成本等特點。微光學器件同時具備納米尺度的輪廓起伏變化和超光滑且透明的特點，該特點導致的測量需求，3d光學輪廓儀(白光干涉儀)能滿足。
3d光學輪廓儀通過利用白光的干涉和衍射現象，能夠對微小的表面高度差異進行精確測量，并得出精準的尺寸和形態數據。
對于超光滑透明微光學器件的測量來說，3d光學輪廓儀不僅具備高精度和高分辨率的特點，還能夠快速、無損地獲得物體的三維形貌信息，所以白光干涉儀有以下幾個重要的特點和優勢：
1、高精度：3d光學輪廓儀能夠實現納米級別的測量精度，可以準確檢測器件表面的微小高度差異。這對于一些要求非常高的器件尺寸和形貌測量非常重要。
2、高分辨率：3d光學輪廓儀具有很高的空間分辨率，可以捕捉到微小的表面變化。它可以清晰地顯示出微光學器件表面的各種細微紋理和形貌特征，為后續的分析和優化提供了有力的支持。
3、快速非接觸：與傳統的測量方法相比，3d光學輪廓儀無需直接接觸被測對象，避免了對器件的破壞和變形。同時，它的測量速度很快，可以在短時間內完成大量數據的采集和分析。
展開 1、基體樹脂樹脂本身
基體樹脂樹脂本身的透明性，對PP產品的透明性有很大影響。為提高PP透明性，可添加少量與其相容性好的透明性優良的聚丙烯酸酯樹脂。
2、成核劑
可以顯著提高結晶速度，提高結晶率和結晶細微比。
(1)無機成核劑無機成核劑以超細滑石粉和SiO2為主，還包括碳酸鈣，云母粉，無機顏料和填料等，價格低廉，來源豐富，卻對制品光澤和透明性有一定影響。
(2)有機成核劑有機成核劑是具有成核作用的低相對分子質量的有機物，以山梨醇及其衍生物為代表，其與基體樹脂的相容性佳，能顯著提高制品透明性和表面光澤性。
(3)成核劑的用量就山梨醇而言，成核劑用量超過0.3%后，透明度改進效果不明顯，甚至會有所下降;但用量低于0.2%時，成核數量不足，透明度增加不夠。由此可知，成核劑用量最好在0.2-0.3%之間。所以，合適的成核劑含量能更好的改善PP的透明性。
3、成型溫度
溫度過高，成核劑中低分子量的物質會產生分解和揮發，減少了成核劑中有效成分，降低了透明度的改善效果，且較高溫度，會破壞PP中原有的晶核，減少了異相成核中心，致使改性效果降低;而溫度過低，成核劑的分散性就不好，透明性效果則差。所以，選擇一個合適的成型溫度對改善透明性顯得尤為重要。
4、增韌劑
增韌劑由于增韌劑與PP并不能互溶，折光指數也不同，會在相互界面上發生折射，從而影響物品的透光性。隨著增韌含量的增加，相互界面的面積也越強烈，制品的透光性則越差。
5、工藝參數
工藝參數較理想的加工溫度，冷卻溫度，注塑壓力等工藝參數對PP的透明性也有極大的幫助。
展開 衡量一些塑料透明性的好壞，有許多標準，有透光率、霧度、折光率雙折射及色散等。看材料的軟硬度及強度是否有要求 。透明注塑產品，一般選用PS，SNA(AS)材料，PMMA等材料，但是，它們都有個脆性的問題需要引起關注。
PS屬于通用塑料，價格不會比PP（透明）的價格高。如果繼續提高PP（結晶性材料）的透明度，在材料制備過程中需要抑制其結晶，所以成本會 較高。
按材料的透光率大小，可以將其分為：
透明材料：波長400nm-800 nm可見光的透光率在80%以上；
半透明材料：400 nm -800 nm可見光的透光率在50%-80%之間；
不透明材料：400 nm -800 nm可見光的折射率在50%以下。
按上述分類，可以將樹脂分為透明性樹脂：主要包括PMMA、PC、PS、PET、PES、J.D系列、CR-39、SAN(又稱AS)、TPX、HEMA、BS（又稱K樹脂）等；
半透明樹脂：PP、PA；不透明樹脂：ABS、POM、PTFE、PF等。
改進塑料透明性的原理：降低結晶度，控制潔凈的質量，提高折射率，降低雙折射。
改進方法：
添加改進塑料的透明性，可以添加成核劑，這是增大透明樹脂透光率最有效的方法，它可以促進結晶的小分子物質。它在樹脂中可以起到晶核的作用。
共混改進塑料的透明性，就是在透明樹脂中加入其他樹脂，提高透明性。
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<p><br></p><p>穿透式應力偏光儀為一種非破壞性定性觀測的量測設備，是利用塑料分子結構受應力作用下的雙折射率性質，來觀測塑件的光彈特性變化情形。只要將透明塑料件或透光件產品或試片放置于觀測窗口內，藉由塑料雙折射現象及光彈特性可將白色光源經由偏光片偏折后，形成可視覺觀測的彩色條紋，<strong>由所顯示的條紋形式與條紋密度，可以觀測塑料件內部的殘留應力程度。</strong></p><p>
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
■型創科技 / 劉文斌 技術總監
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當塑膠成品在應用上發生破裂或破壞時，就材料力學的觀點而言，即表示該塑膠件在破壞區域上，其所承受之應力數值總合超過了材料本身的物性強度數值。因此要解決成品在使用上的破壞或破裂問題，就必須要從增加材料物性強度或減少成品應力值來著手。塑膠制品承受的應力作用通常可依應力來源區分為「外部應力」及「內部應力」兩種，「外部應力」是成品在使用時所遭受之外力作用，此部分將視產品應用場合而定
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微光學器件是指尺寸在微米到毫米級別的光學元件
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