注塑成型与塑料简介

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1、主題:塑膠材料與射出成型授課老師:製造是什麼?零件 (設計、功能)工程材料金屬(金屬鍵)塑膠(凡得瓦力)陶瓷(共價鍵)合成高分子製造製造塑膠材料6大特性1.質輕2.加工易3.性質可隨需要而變4.化學穩定性好5.絶緣性佳6.透明性及著色易塑膠材料分類塑膠熱塑性熱固性非結晶型結晶型熱塑性塑膠(Thermoplasticplastic)隨溫度的升高而熔化，隨溫度的降低而凝固，可藉由不斷升溫降溫改變其型態。隨分子結構排列分子結構排列不同可分為1.結晶型2.非結晶型熱塑性結晶型非透明局部結晶區分子排列規則(Ordered)具有Tg及Tm值如:PE、PP、Nylon。熱塑性非結晶型特性透明無結晶區分子排列

2、呈隨機狀(Random)有玻璃轉脆溫度(Tg)無熔融溫度(Tm)如:PC、PMMA、PS。熱固性塑膠(Thermosettingplastic)分子呈長鏈狀排列，而長鏈間存在共價鍵，交織而形成類似網狀結構。加溫加壓使其固化(Curing)後，分子之間會產生”架架橋反應橋反應”，使得塑膠結合緊密且堅硬。即使加溫也無法熔融或是回復到原來的樣子。如:POM,PF,UF,UP等。五大泛用塑膠及用途容器、塑膠袋、膠膜、管子等。膠管、膠布、膠膜等。外殼、玩具、壁磚等。瓶子、塑膠管、薄膜、保鮮膜等。汽車保險桿、儀表板、纖維等。1.低密度聚乙烯(LDPE)2.高密度聚乙烯(HDPE)3.聚苯乙烯(PS)4.聚

3、氯乙烯(PVC)5.聚丙烯(PP)工程塑膠起源起源自1956年杜邦推出Derlin商名新塑膠,宣稱可取代金屬,工程塑膠之名由此開始。特性特性1.機械強度高而且有適當平衡2.耐熱,耐久或具特殊機能3.加工性良好4.價格合理且工程性良好泛用工程塑膠尼龍(Nylon,PA)聚縮醛(Polyacetal,POM)；塑鋼聚對苯二甲酸丁二醇(PolyButyleneTertephehalate,PBT)聚對苯二甲酸乙酯(PolyethyleneTerephthalate,PET)聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)聚二氧苯(PolyphenylOxide,PPO)塑膠材料的重要性質玻璃轉折溫度玻璃

4、轉折溫度(GlassTransitionTemp.，Tg.)非結晶型材料在升溫時產生之現象TTg：材料軟化。TTg)，以壓力將其成型至與模穴相同的形狀，待冷卻後經後處理(如:裁邊)即得所須之產品。夾持加熱加壓成型冷卻裁邊應用應用免洗餐具、冰箱內槽、戰機座艙罩等。製程製程熱壓成型-製品熱壓成型兩大種類1.Thermoforming:巨觀外形成型2.Hot-embossing:微觀表面成型塑膠加工成型方法-7滾壓成型利用滾輪把熱塑性塑膠壓延，用來製作薄板塑膠加工成型方法-8複合成型原理原理:多種材料以塗層方式，重覆塗層次數至達到所需厚度而得成品的方法。以船體結構為例：以船體結構為例：1.備模。2.

5、塗佈脫模劑層。3.塗佈純樹脂層(0.30.4mm)。4.塗佈玻璃纖維層。5.thermosetresinbrushedon(熱固性塑膠纖維)。6.輥輪均施壓，使層間結合緊密。7.重覆36步驟至達到所需厚度。複合成型-製品射出成型ProcesstimeCoolingFillingPacking為何稱為“射出成型”?=因融膠黏性高，要成形必需以高壓射入模具，故稱之。l射出成型三階段1.充填(Filling)2.保壓(Packing)3.冷卻(Cooling)充填保壓冷卻射出成型的重要性1.3D複雜精密零件一體成型2.週期時間短，能量低3.容易自動化射出成型機介紹射出單元鎖模單元射出成型機主要組成單

6、元射出單元-組成與功能組成組成 主要由入料筒、加熱管、螺桿等組成功能功能 進料、融解、混和、升壓射出。分二大類分二大類1.柱塞式2.螺桿式射出單元-1. 柱塞式柱塞式a.柱塞往復運動並計量。b.計量終了，柱塞前進。c.材料通過加熱缸內面與魚雷間通道，在此充分加熱成熔融狀態。d.從噴嘴部射出於模具內。射出單元-2. 螺桿式螺桿式a.(加熱):由螺桿混煉產生磨擦熱(同時材料被外周的加熱器加熱)。b.(熔融輸料):沿其螺旋槽送材料至加熱缸前端部，使材料熔融並貯存於加熱缸前端。c.(計量):由材料的反作用力使螺桿後退，利用背壓並配合限制開關限定後退量，在一定位置停止螺桿的旋轉。d.(射出):藉射出裝置

7、後部的油壓缸，對螺桿施加高壓射出。圖片來源http:/ Heating & 加熱區靠近加熱線圈加熱區靠近加熱線圈(3)混合均勻： Ft分量加強混合效果(4)加壓均勻計量精度差計量精度差：在射出時，熔融材料易順著螺旋槽而移往加熱缸後部，造成材料逆流。鎖模單元提供鎖模力的機構：1.直壓式2.肘節式3.肘節直壓式功能控制模具的開關、鎖模，並且頂出成品。鎖模單元-1直壓式直壓式直壓式合模裝置又可分為1.1升壓滑塊式1.2輔助缸式1.3增壓缸式。鎖模單元-2肘節式肘節式-以肘節接頭將油壓缸或電動機產生的力放大，使合模力增大。其中又分2.1單肘節2.2雙肘節式鎖模單元-2.1肘節式肘節式(單肘節式單肘節式

8、)鎖模單元-2.2肘節式肘節式(雙肘節式雙肘節式)鎖模單元-3肘節直壓式肘節直壓式肘節直壓式鎖模裝置是組合肘節機構與直壓式鎖模缸裝置，外觀為肘節式的一種，但鎖模力的發生接近於直壓式。鎖模單元-直壓式與肘節式的比較直壓式與肘節式的比較 直直 壓壓 式式 肘肘 節節 式式 合模行程方面合模行程方面可依模厚改變可依肘節式長一定受構造限制，不能太長模厚調整方面模厚調整方面容易要依模厚移動肘節裝置在合模壓力上在合模壓力上 容易調整可用量計直讀不易調整不能直讀在模子開閉速度方面在模子開閉速度方面 容易廣範圍調整速度比較快鎖模單元-鎖模力鎖模力(ClampingForce;F)的計算F=PA(ton)P=射

9、出壓力(Kgf/cm2)A=零件垂直射出方向投影面積(cm2)日常用品:400Kg/cm2精密零件:500700Kg/cm2射出成型模具模具的功能及組成功能功能1.成型2.融膠傳輸3.冷卻（溫控）4.合模閉模鎖模5.頂出主要分為二類主要分為二類二板模三板模二板模模具構造簡單，製作容易，所有射出成形用模具的基本製作與射出原理都以此為出發點。二板模動作流程射膠鎖模關模頂出開模冷卻保壓充填三板模與二板模的差異在兩板模具中再加一塊”流道模”。目的=可在零件中間多點進澆三板模動作圖模具評估問題討論Apple公司打算生產新型電腦外殼，工程師將已設計好的產品設計圖交付給十家模具廠加工，並進行試模，假如你是A

10、pple公司的工程師，你如何評比出這十副模具的高下？模具性能的評估合乎規格1.尺寸合乎規格(沒有缺陷之前提下)成本低2.成本低操作窗大3.操作窗大何謂操作窗？TP對於同一付模具，在不同融膠溫度融膠溫度與射出壓力射出壓力下，可以順利射出成型的範圍，稱為操作窗。操作窗毛邊短 射-材料劣解毛邊短 射高性能模具一副高性能模具必須具備下列三個高性能系統的配合1.高性能”充填”系統2.高性能”保壓”系統3.高性能”冷卻”系統充填系統功能功能引導從射出機噴嘴所射出的熔融材料進入成型空間(模穴)中成型組成組成注道主流道支流道澆口流道系統的設計是否適當，直接影響成形品的外觀、物性、尺寸精度和成形週期。充填系統-

11、示意圖與實品充填系統-流道形狀主要分三種1.圓形3.圓弧梯形2.梯形周長/面積值最小=不易凝固容易製造綜合兩者優點充填系統-1.直接澆口熔膠由豎澆道直接進入模穴，單穴成品射出成型時，係經由模具中心射出。因此澆口痕跡將殘留於成品中央。示意圖實品圖2.方形邊緣澆口3.搭接澆口此型澆口與方形邊緣澆口唯一不同點是熔膠間接進入模穴熔膠間接進入模穴，可減低一部份冷膠痕跡，但澆口去除常造成困擾，因為加工不易，因此除了硬質PVC外，均適用。示意圖實品圖4.扇形澆口此澆口可使大型產品在短時間內充填完成。示意圖實品圖5.薄膜澆口常見場合1.大而薄的成品。2.塑膠的縱向與橫向收縮率有較大差異，且無法從產品中央位置做

12、澆口設計時。示意圖實品圖6.圓盤澆口單穴原筒狀產品可以考慮使用此種澆口。7.點狀澆口亦稱為Pin-pointGate針點澆口，可以使流道和澆口在開模或頂出過程中與產品自動分離。示意圖實品圖8.潛狀澆口亦稱隧道式澆口（TunnelGate）特點:澆口痕跡小，位置易設置在產品不重要的部位，成品頂出過程中，同時將澆口切斷，可以達自動化自動化的效果。示意圖實品圖充填系統-澆口形式1.直接澆口2.方形邊緣澆口3.搭接澆口4.扇形澆口5.薄膜澆口6.圓盤澆口7.點狀澆口8.潛狀澆口充填系統-設計目標一一、避免問題避免問題每一付模具都可能有它產生的充填問題常見充填問題(1/8)過度保壓過度保壓(over p

13、acking) (over packing) : : (1)原因原因:當充填系統設計不良或操作條件不當，使得融膠在模穴中保壓時間過長或是承受壓力過大就會過度保壓。 (2)結果結果:過度保壓會使產品密度較大，增加內應力，甚至出現毛邊。常見充填問題(2/8)l保壓不足保壓不足(under packing)： 保壓不足的產品在融膠冷卻後會收縮，使產品不合規格，在局部較厚的部分，其背面會出現凹陷。常見充填問題(3/8)l縫合線縫合線(weld line)：融膠遇到阻礙就必須繞行，融膠會分流。當分流的融膠重新會合時，會留下一道痕跡，就是所謂的縫合線。 縫合線的存在主要會影響外觀，使得產品的表面較差。而出

14、現縫合線的地方強度也會較差。 常見充填問題(4/8)l停滯效應：停滯效應：融膠會挑好走的路走，所以如下圖的工件，融膠會等到其他部分都充飽了，才心不甘情不願的往薄的地方流。常見充填問題(5/8)l兢流道效應兢流道效應(race track effect)：融膠會挑好走的路來走，所以當充填厚度不均勻的工件時，厚度大的地方融膠流得快，於是就發生如下圖的現象 競流效應存在時，產品容易出現縫合線，甚至發生包風或逃氣困難的問題。常見充填問題(6/8)l凝固層凝固層(frozen layer)： 當融膠在流道或模穴中散熱過快，使得融膠容易在特薄處凝固。凝固的融膠變成障礙物阻礙液態融膠的前進。若出現凝固層，射

15、出品會材質不均勻，表面較不平順，較嚴重的會發生短射。常見充填問題(7/8)l流向雜亂：流向雜亂：流向雜亂會使工件強度較差，表面的紋路也較不美觀。常見充填問題(8/8)l暗逆流：暗逆流：較接近主流道的入口（綠色），所射出的融膠壓力較大，而壓力較大的融膠會壓迫旁邊壓力較小的融膠，造成逆流的現象。 暗逆流存在時，流向變得不單純，會使得產品的表面不平順，強度降低並增加內應力。 充填系統-設計目標一一、避免問題避免問題二二、同步充填同步充填一模多穴情形下，同步充填的意義就是要讓進入每一個模穴的融膠能夠同時到達，而且使每個模穴入口的壓力相等。 。圓管流的公式圓管流壓力（圓管流壓力（P）與流量（）與流量（Q

16、）的關係）的關係 :平板流的公式平板流壓力平板流壓力(P)與流量與流量(Q)的關係的關係 :澆口的位置為了達到同步充填的目的，澆口的位置選定也很重要，選定為了達到同步充填的目的，澆口的位置選定也很重要，選定的原則如下：的原則如下：a、 流動比必須在材料特有數值以下始可。b、 防止噴流紋(jetting)的產生。c、 減少熔接線所引致的缺陷。d、 成形材料流動線的平滑，可減少成形品的變形。e、 選定在不要求機械強度的位置。f、 考慮成形品外觀的不良，要設定在容易加工的位置。充填系統-設計目標一一、避免問題避免問題二二、同步充填同步充填三三、流向單純流向單純 1. 1.流向單純是指融膠進入模穴後，

17、能夠很平順的流到它該抵達的位置，而不需要繞過障礙物。 2.充填時若能保持流向單純，則射出件質地較細緻均勻，縫合線較少，自然產品的強度也會提升。充填系統設計利器1.進點數目、位置。2.各流道路線、形狀(截面)、相對大小。3.局部導流道或偏流道設計。導流道(Flowleader)在模穴處局部加厚加厚以增加增加該方向流量。偏流道(Flowdeflector)在模穴處局部減薄減薄以減少減少該方向流量。保壓系統保壓系統目的目的：為了彌補收縮，用高壓-高溫迫使融膠流入降低比容包括：包括：澆口(gate)形狀、尺寸，冷卻水管。一般射出精密射出關鍵步驟重視充填保壓、冷卻完全充填收縮控制、內應力小保壓系統-設計

18、目標2.均勻收縮均勻收縮(1)Atdetachmentpoint：TTg(2)收縮量控制1.按規格控制收縮按規格控制收縮保壓系統保壓系統-設計工具設計工具(1)澆口形狀、尺寸保壓系統保壓系統-設計工具設計工具(2)冷卻水管的佈置保壓系統操作參數保壓系統操作參數1. 保壓壓力2. 充填保壓轉換點3. 保壓時間如何測gate-freeze點?1.由mass-timediagram2.由P-t圖Pt冷卻系統冷卻水管為主，模仁材料為輔冷卻系統設計程序計算週期內需帶走熱量估計模溫機允許的冷卻管徑、長度配置冷卻管以達到控制收縮量以均勻收縮的目標冷卻系統原理冷卻系統原理1. 熱傳導2. 熱對流3. 熱輻射冷

19、卻系統設計目標冷卻系統設計目標 快速、均勻快速、均勻收縮收縮1.與保壓系統配合，以達所要求之精度2.在週期內將射入之融膠熱量帶走亂流的場合亂流的場合雷諾數(Re)4500是紊流和層流的分界點。ReynoldsLaminarflow(Re4500)d：孔的直徑(cm)或(m)：流速 (cm/sec)或(m/hr)V：流體的密度 (g/cm3)或(kg/m3)u：流體的黏度 (g/msec) 或 (kg/mhr)設計實例設計實例 (1)(1)設計實例設計實例 (2)(2)設計實例設計實例 (3)(3)收縮與翹曲收縮何謂收縮？=工件的收縮可視為是幾何尺寸上之縮減。可分為以下收縮的形態:1.均勻收縮均

20、勻收縮 工件不會產生變形而改變其形狀，只是變得較小而已。2.收縮不平均收縮不平均 工件會產生變形並且改變其形狀，不只變得較小而已。翹曲何謂翹曲？ 當當內應力內應力材料剛度材料剛度 =產生翹曲產生翹曲(收縮不均收縮不均)收縮不均原因-1融膠溫度不同不同融膠溫度之零件冷卻到室溫，何者收縮量多不同融膠溫度之零件冷卻到室溫，何者收縮量多？收縮量融膠溫度高者收縮量大融膠溫度高者收縮量大收縮不均原因-2冷卻速度不同(晶質材料)收縮量之比較收縮量之比較:冷卻速度快冷卻速度慢了解材料結晶性質，以適當方式提高模溫。1.結晶材如PE，提高中央模溫方式。2.非結晶材如PS，不可提高中央模溫(因分子定向嚴重會使得內應

21、力增大。)，以提高反收縮側模溫為主。剛度(Rigidity)l何謂剛度何謂剛度如何增加材料的剛度呢？1.改變截面形狀(提高值)。2.改善材質(提高E值)=加入副材。如：玻纖、碳纖或換用工程塑膠，特殊功能塑膠。=在彈性範圍內剛度是零件載荷與位移成正比的比例係數即引起單位位移所需的力=機械零件和構件抵抗變形的能力。實例-模穴形狀的設計欲得到如(圖一)所示的平版，依所使用的材料不同，其模穴將會有不同的設計型態。圖一實例-conti(PS)(PE)原因：原因：一.材料冷卻時，邊緣較中心部位冷卻速度快。二.PS為非結晶型塑膠材料，邊緣冷卻較快，將會使得邊緣較中心部位收縮大。將模具設計成中間凹陷，待冷卻後將可得一平整的平面三.PE為結晶型塑膠材料。冷卻越快速，收縮越小。中心部位最慢冷卻，因此收縮量將比邊緣大。故將模具設計成中間凸起，待冷卻後將可得一平整的平面。