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■ 全鏈管理 / 蔡穎玫 博士(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊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，進而能理解這些物理因素造成塑件殘留應力的原因，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力。首先是各項物理因素與機臺參數的關系條列如下。

■ 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。

若更細部地考慮不同流動長度部位的殘留應力： 壓縮應力區：靠近澆口處 > 遠離澆口處 拉伸應力區：遠離澆口處 > 靠近澆口處因此塑件充填末端的部位收縮較多，成型后的尺寸會小于靠近澆口處的尺寸。冷卻過程不僅導致塑件內部的應力分布，冷卻快慢也會影響高分子鏈排向、殘留應力，以及塑件的收縮程度（如表1）。

對此，作者將在下文中借由光學模具設計的案例，針對光學模具的設計與成型優化為各位讀者進行說明。案例成型問題本次案例的產品為車燈透鏡，過去是使用玻璃材質，由于節能減碳、車輛輕量化趨勢，以及產能等因素，近來開始使用塑膠材質。車燈透鏡的肉厚，通常較一般塑膠產品厚，此案例最厚區域約20mm，塑膠材料為熱漲冷縮性質，在傳統射出成型過程當中，高溫熔融塑膠射入模穴內，經過冷卻收縮后，較厚區域會收縮較大。

料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。

塑料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。

PE‐LD是半結晶材料，成型后收縮率較高，在1.5%到4%之間。PE‐HD很容易發生環境應力開裂現象，可以通過使用很低流動特性的材料以減小內部應力，從而減輕開裂現象。PE‐HD當溫度高于60C時很容易在烴類溶劑中溶解，但其抗溶解性比PE‐LD還要好一些。

料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。

玻璃制品：汽車擋風玻璃汽車儀表盤玻璃制品3D玻璃蓋板2. 注塑成型品：儀表注塑成型蓋板PC蓋板3. 鏡頭：

實際上，不受控制的殘余應力可能會導致結構過早失效。盡管殘余應力可能會改變性能，甚至會導致制造的產品故障，但是一些應用實際上是需要它們的。例如，像智能手機屏幕的玻璃這樣的脆性材料，在制造過程中通常會在表面誘發壓縮殘余應力，以避免裂縫尖端的擴散。 因此，殘余應力在整個力學應用中發揮著重要作用。只有通過對這些應力進行定性和定量分析，才有可能確定最適合特定應用的加工工藝。

除了硅以外，其他大規模生產的玻璃容器的主要成分是碳酸鈉，它有助于玻璃化過程，而鈣能夠增加穩定性。此外還添加少量的鎂和氧化鋁，用來防水。在制作瓶子之前，這些東西的混合物被倒入由主熔盤和較小的成型盤兩部分組成的餾爐里。加熱到1550攝氏度以后，將提煉后的玻璃注入成型機中。在這里，長條形的玻璃坯進入中空半成型模具，并從下方進行吹氣。然后溫度降到180’C，并從頂部進行吹氣，最后產生成品。

本文使用注塑成型工藝制備玻璃纖維增強 PC 復合材料，在 0.001～ 1000 s-1應變率范圍內開展纖維方向不同的玻璃纖維增強PC復合材料的拉伸力學行為實驗研究，并結合掃描電鏡對材料的失效機理進行系統分析。01樣品制備實驗采用與商業化電子產品外殼相同的制備工藝——注塑成型，確保材料微觀結構與實際產品一致。

材料分類 成型、脫模方法 脫模劑體系 金屬材料 液態金屬鑄造成型、固態金屬塑性成形 有機硅、無機涂料 有機高分子材料 塑料注塑成型、橡膠壓制成型、注塑成型 有機硅、表面活性劑 無機非金屬材料 玻璃、陶瓷澆筑成型

但須往意的是,增大背壓的同時，過高的塑化壓力一方面因熔體在螺槽邊緣的反流和漏流而減少了塑化量，可能引起計量不足，另一方面會使剪切熱過高剪切應力過大，有可能使物料降解，產生氣泡或燒傷，影響塑件質量。 04 模具溫度 模具溫度是指在成型過程中的模腔表面的溫度，模具溫度影響熔體的充模流動行為、制品的冷卻速度和成型后的制品性能等。模溫的設定主要取決于熔料的粘度。

玻璃轉移溫度對于塑膠材料在使用上成型加工上都有重要的影響，例如POM 材料的Tg 范圍是在-80℃ ~-40℃，所以在常溫環境下POM 是處于其材料的黏彈態( 或橡膠態) 狀態，所以POM 材料在產品的使用環境或是在成型冷卻加工溫度范圍條件下，都是在高于POM 材料的玻璃轉移溫度以上，這將會造成材料有較高的韌性；材料在高于的玻璃轉移溫度點以上時，分子鏈的微觀結構在小區域是具有可移動性的，所以有可能會造成后結晶或后收縮等問題

光寶科技以LS-DYNA進行結構分析，便可以線性彈性分析組裝過程引起的變形和應力殘留(圖八)。原始設計中，CIS支架變形會對玻璃結構施加壓縮力，導致玻璃脫膠。優化設計后，將可減少約75%的殘余應力。 圖八 玻璃結構與CIS支架組裝后，原始設計(左)與設計變更(右)的應力變化比較 結果 藉由Moldex3D與LS-DYNA的結合，可以準確預測產品的翹曲情形。

壓縮成型制程常被產業界用于制造復雜的復合材料產品(圖一)，其中片狀預浸材(Sheet Molding Compound, SMC)、玻璃纖維熱塑性材料(glass mat thermoplastic, GMT)及預浸料(Prepreg)成型，是實務上常使用的壓縮成型種類。

使用基于機器學習的多尺度求解器，對筆記本蓋板開展跌落測試仿真，這種新的仿真工作流程能捕獲制造流程對結構性能的影響，因此它對想優化注塑成型設計的工程師有很大幫助，比如修改注塑成型的澆口位置溫度或壓力。在優化材料選擇方面，由于這是一種多尺度方法，可以為復合材料的基體選擇不同的材料，例如在虛擬數值分析中選擇不同的熱塑性塑料，不同的纖維如玻璃纖維或碳纖維。

風電葉片的主體結構是環氧樹脂增強玻璃纖維，通常采用真空輔助灌注（VARI）工藝成型，容易因為工藝因素出現銀紋現象，如圖1所示。圖1. 風電葉片銀紋問題1.2葉片銀紋的發展趨勢在實際生產過程中，銀紋問題隨著葉片大型化的發展趨勢越來越明顯。

當制品不同部位的密度存在差異時，就會產生內部殘余應力，這種應力的存在是導致制品翹曲變形的主要原因之一。通過研究 PVT 曲線，我們可以深入了解材料在不同溫度和壓力下的體積變化規律，從而優化成型工藝參數，如調整保壓時間、保壓壓力以及冷卻速率等，使制品在冷卻過程中能夠均勻收縮，有效減少內部殘余應力，提高制品的尺寸精度和外觀質量。