塑料流动行为

第三章
第一节塑料射出成型品的设计
一、塑料如何充填模穴
射出成型
射出成型的过程可分为三个阶段:
●充填阶段；
●加压阶段；
●补偿阶段。

1、充填阶段
充填阶段时塑料被射出机的螺杆挤入模穴中直到正好填满。

当我们要设计一个产品必须要使用到射出成型的制程时，最重要的是了解塑料充填的过程。

当塑料进入模穴时,塑料接触模壁时会很快的凝固,这会在模壁和熔融塑料之间形成凝固层。

下列的图显示塑料波前如何随着塑料往前推挤时而产生的扩张。

当流动波前到达模壁并凝固时，塑料分子在凝固层中没有很规则排列，一旦凝固，排列的方向性也无法改变。

红色箭头代表熔融塑料的流动方向，蓝色层代表凝固层，而绿色箭头代表熔融塑料向模具的传热方向。

2、加压阶段:
在模穴充填满之后紧接着是加压阶段，虽然所有的流动路径在上一个阶段都已经充填完成，但其实边缘及角落都还有空隙存在。

为了完全充填整个模穴，所以必须在这个阶段加大压力将额外的塑料挤入模穴。

在下列图标中显示，模穴在充填阶段未期及加压阶段未期的差异，我们可以在左图的蓝色圆圈内看到未充填的死角。

注意:有时候“Confidence of Fill”的结果不能正确地预测短射，仍然显示良好的充填品质，但事实上可能有些区域不能被完全的充填。

这是因为浇口位置不适当而不能使全部的区域都能得到足够的保压。

3、补偿阶段:
塑料从熔融状态冷凝固到固体时，会有大约25%的高收缩率，因此必须将更多的塑料射入模穴以补偿因冷却而产生的收缩，这是补偿阶段。

二、产品肉厚如何影响塑料流动
“A flow leader and A flow deflector”
定义：
“A flow leader” 是指增加流动路径的肉厚以增加该路径的塑料流速。

“A flow deflector” 是指减少流动路径的肉厚以减少该路径的塑料流速。

Flow leaders 和Flow deflectors：
Flow leaders 及Flow deflectors常常用来使模穴内各流动路径
能在相同的时间内充填完(即流动平衡)。

通常最佳的浇口位置不一定能定义等长的流动路径，并且在多浇口的模具系统会产生不希望出现的熔接线，因此在设计允许的范围内改变厚度，可以改善流动的平衡状态。

在下列范例中，浇口位置设定在中央，流动路径1`大于流动路径2，而流动路2大于流动路径3。

第一个图为等厚度，但第二图为沿着流动路径1设置flow leader，沿着流动路径3设置flow deflector。

在下图以颜色表示厚度,红色区域比绿色区域厚，绿色区域比蓝色区域厚。

“flow leaders”和“flow deflectors”将会使各区域的充填时间更平衡，若精密的计算厚度会使流动更加平衡。

注意:假如可能，尽量使用”flow deflectors”代替”flow leaders”，如此可以达到相同的效果，又可以减少材料的使用。

三、浇口位置(Polymer injection location)
定义：
浇口位置即塑料射入模穴的位置。

在MPA中因无流道系统，所以在各浇口会以相同的压力将塑料注入模穴，这压力在射出的过程会以指数的方式增加。

浇口位置的主要考虑因素是流动平衡，也就是各流动路径在同一时间充填满。

这可以预防先充满的区域发生过保压的现象。

在下列的model中，这三个可能的浇口位置显示如何以改变浇口位置平衡塑料流动。

改变浇口位置也可以用来改变熔接线及气孔的位置，减少滞流现象及其它的成型问题发生。

在以上的范例中，浇口1及浇口2会在model的右方形成熔接
线，当浇口移到3的位置时则会在右下方造成熔接线。

在一些案例中也许可以选择一个以上的浇口，再将产品均匀划分成几个区域，再分别指定浇口使各区域同时充填满。

注意:在一般的规则中，浇口应该设定在较厚的区域，而不设定在较薄的区域。

其它方法也可能用来平衡流动路径，包括flow leaders 与flow deflectors。

四、脱模角度(Tapering Walls)
在射出成型的过程完毕后，为确保塑料件需顺利的顶出，平行于脱模方向的平面必须做斜角。

假如没有设脱模角度：
在图中蓝色圆圈里的部份没有设脱模角度。

当顶出针(绿色)尝试将完成的塑料件(红色)顶岀模穴时，必须克服模壁与塑料件之间的摩擦力。

摩擦力在顶出行程过程中，对塑料件顶出造成妨碍，并且造成变形及划伤。

假如设了脱模角度：
下面的范例为塑料件的相关平面加上脱模角度。

这表示摩擦力的妨碍:
一开始顶出的时候就减少了。

一旦塑料移动后摩擦力就消失了。

注意:一般而言1度的脱模角度就足够使塑料件顺利顶出。

五、结晶性(Crystallinity)﹕
塑料分子是由原子组成的长链。

下面的图标可知，长分子链能规则排列(结晶)，无规则排列(非结晶)，或是部分有规则(半结晶)。

收缩、翘曲与结晶﹕
如果产品在所有的区域和方向上保持收缩一致，则它就不会产生翘曲。

若产品在不同方向上收缩，就会产生翘曲。

通常，结晶材料比非结晶材料收缩要大。

这意味着产品在不同方向上结晶，也就会在不同方向上收缩，因此会产生翘曲。

结晶的产生﹕
半结晶材料有着结晶的倾向，但是在成型中，结晶度受熔体冷却速率的影响。

熔体冷却速率越快，结晶度就低，反之亦然。

如果产品的某个区域冷却速度慢，则这一区域有高的结晶性，因此收缩也会大一些。

两个主要因素将影响熔体的冷却速率﹕
模温
模温越高，维持高熔体温度的时间也越长，这将延迟熔体的冷却。

几何尺寸
肉厚薄的地方冷却快一点，因此收缩比较小。

这是由于在注射成型中，厚的区域比薄的区域冷却慢，于是结晶度会大一点，并有大的体积收缩。

另一方面，薄的区域冷却的较快，因此结晶度比较小，体积收缩也比用热力学数据(PVT)预测的要低。