注塑工艺设计-第六章 保压过程12

5.塑料平均温度分布可用来评估可能发生热点所在，作为冷却水管安排的参考。配合冷却分析，设计适切的冷却水管路安排。

四、塑料容积温度(Bulk Temperature)

以不同颜色显示保压结束瞬间，肉厚方向考虑速度加权的平均温度分布情形。代表动态的平均温度。由于静止区域(速度u=0)加权为零，代表忽略静止区域对平均温度的贡献，因此可以看出热对流对于温度分布的效应，滞流区域及黏滞加热区域的温度分布情形。一般而言，充填过程中之体积温度分布情形应反映出塑料充填流动的趋势，如图39所示。

图39

判图重点:

1. 若容积温度高于料温设定，显示有黏滞加热(viscous heating)的放热现象。

2. 若局部容积温度过高，显示有局部热点(hot spot]产生，使塑件有烧焦裂解之虞。

3．容积温度较高的区域代表塑料持续流动，热融胶不断注入。反之，容积温度接近均匀的区域或低温区域，代表塑料几乎不再流动。4．由容积温度分布可以判别塑件在充填过程中，热塑料对流传热的效应大小，辨别滞料区域所在，预测短射现象及发生位置。

五.塑料压力分布(Pressure Distribution)

以不同颜色显示保压结束瞬间模穴各处压力分布情形，如图40、图41所示。

图40

图41

判图要点:

1.压力分布是否均匀?显示压力传递效果。

2．评估模具中肉厚及温度对于压力分布及损耗的影响。

3．压力损耗情形。流道、浇口、模穴损耗压力情形。以判别流道、浇口是否过小，损耗过度压力?

4.多点进浇时可评估各浇口压降情形，以找出占优势之浇口位置(压降较小者);淘汰多余之浇口(压降过大、流量较小者)。

5.多模穴模具可以评估各模穴浇口/模穴内部压力分布是否均匀，以进行流动平衡。

六.塑料剪切应力分布(Shear Stress Distribution)

以不同颜色显示保压结束瞬间模穴各处剪切应力分布情形。剪切应力代表塑料在加工过程中由于剪切流动造成的应力大小。可由图判别塑

料流动应力是否过高，以作为是否使塑料产生裂解及过度残余应力(residual stress)的参考。

判图要点:

1.剪切应力分布情形是否均匀，值大小为何?若分布不均是为应力集中(stress concentration)，亦使成形品发生翘曲变形问题。

2.若剪切应力过高(如大于1MPa),有可能使塑料遭受过大应力，影响强度。

3.充填结束瞬间，由于充填体积变少，流量固定时射速相对增加，加上料温较冷，黏度较高，因此最后充填位置的剪切应力偏较高。七.塑料剪切率分布(Shear Rate Distribution)

以不同颜色显示保压结束时间模穴各处剪切率分布情形。剪切率代表塑料在加工过程中被剪切变形的速率，也是速度变化大小的度量。剪切速率越大，代表塑料被变形的速率越高，分子链遭受激烈之变形速率。因此剪切率分布与速度梯度(velocity gradient)变化有关，也与分子链配向性(molecular orientation)有关。可由图判别塑料流动剪切率是否过高，扯断塑料高分子链，产生裂解，影响成品强度。同时可判断是否有过度黏滞加热(Viscous heating)的现象。

判图要点:

1．剪切率分布情形是否均匀，值大小为何?一般而言剪切率较大区域见于浇口、以及肉厚较薄的位置。

2．若剪切率过高(如大于10,000 1/sec)，有可能使塑料高分子链遭受过大变形而断裂，影响强度。

八、塑料体积收缩率分布(Volumetric Shrinkage Distribution)

以非晶性塑料为例，在加工过程中压力、温度及体积变化关系如图42所示。

图42

以下针对图42作一说明:

1 : 塑料开始填人模具，压力逐渐升高。

1-2 : 模穴充填阶段，模穴压力逐渐增加至设定之射压。

2 : 模穴充填结束，压力切换至保压压力。

2-3 : 模穴保压/压缩(compression)阶段，模穴压力上升至设定保压压力值。

3 : 模穴压力达到最高值(30-1OOMPa左右)。

3-4 : 保压阶段由压缩切换至静置段(holding stage)。由于塑料部份回流(backflow)，造成模穴背压稍微下降。

4 : 保压/静置阶段开始。

4-5 : 静置阶段，由于冷却造成压力下降。固化层厚度逐渐增加，塑料继续补偿收缩造成比容降低。

5 : 浇口封口(gate freeze-off)，保压/静置阶段结束。

5-6 : 塑料继续冷却收缩，造成压力下降。

6 : 模穴压力降至常压(一大气压)。此时塑件体积与模穴体积相同。塑件开始模内收缩(mold shrinkage)。

6-7 : 定压冷却阶段(isobaric cooling)，塑件持续收缩。

7 : 开模及塑件脱模(demolding)。

7-8 : 脱模后定压冷却(post mold isobaric cooling)。

8 : 最后达热平衡(themal equilibrium)之塑件。

塑件收缩取决于其热膨胀与可压缩性，也就是塑件之PVT关系。若至温下模穴体积为Vc，塑件脱模后体积为V，则可定义塑件的体积收缩率(volumetric shrinkage)为:

塑件脱模后体积遵循PVT变化关系，随温度压力而变化。保压分析以不同颜色显示塑料在保压结束后，塑件冷却至室温时(25C)，由塑料压力-体积-温度(PVT)特性造成的体积收缩率分布情形。若塑料为不压塑料(incompressible material)，密度为固定值，则显示出来之体积收缩率为零,由PVT效应造成之收缩率为零。若塑料的密度或比容是温度及压力的函则将随塑料在模穴不同位置压力及温度的差异，其体积收缩率亦有分布情形。一般而言，在相同保压压力跟温度条件下，高温区的结晶性塑料要较非晶塑料高;在低温区则反较非晶性塑料低，比容变化较为明显。保压压力降低塑料比容较大。保压压力跟料温是控制塑件体积跟密度的重要程序变量，图43、图44所示。