进浇位置之选择模穴填充过程.ppt

進澆位置之選擇 模穴填充過程,塑發室 2002/05/22,進澆位置之選擇,進澆位置對制成品的影響 影響分子鏈配向性之其它因素 進澆位置選擇之依據,進澆位置對制成品的影響,（一） 機械性質方面 （二） 收縮翹曲方面,（一）機械性質方面-1,未流動前，分子鏈各部分受力均勻，各向同性。 流動後，分子鏈受力，沿流動方向配向，各向異性。 平行流動方向機械強度高於垂直於流動方向者。,（一）機械性質方面-2,模具的進膠位置影響充填流場，而流場又決定樂分子鏈的配向。 各種不同的進膠位置所造成的分子鏈順向性不同及其對制品機械性質的影響。如下圖：,（二）收縮翹曲方面-1,模具內塑膠之配向性不同 貼近模壁表面層，塑膠固化快，來不及配向即固化，配向性差； 次表面層，固化教慢，且剪切應力大，配向性最厲害； 趨向中間方向，剪切應力變低，配向性又變差；而中間處配向性最混亂。,（二）收縮翹曲方面-2,塑膠分子鏈的收縮率：配向方向大於垂直方向 配向性高的部分大於配向性差的部分 由於各部分配向性不同，收縮率就不同，從而容易造成翹曲變形。,（二）收縮翹曲方面-3,有例外的情況：配向方向收縮量小於其垂直方向 結晶高分子塑膠 結晶造成的收縮大於分子鏈回復之收縮量 摻入短纖維之塑膠,短纖維,硬質纖維不易變形，吸收部分收縮應力，防止該方向之收縮,影響分子鏈配向性之其它因素,1、溫度效應 高模溫及高熔膠溫度降低配向性 2、壓力效應 壓力增加剪切應力，提高配向性 3、螺桿前進時間效應 較長之螺桿前進時間保持模具於高壓狀態， 提高配向性,影響分子鏈配向性之其它因素,4、肉厚效應 肉厚越厚之塑件其中心部分維持高溫的時間較長，降低配向性。 若其澆口很大，則因維持較長時間之射壓而增加配向性。 5、澆口封合時間 澆口封合後，熱運動即開始破壞配向，從而澆口封合時間短，降低配向性。 6、流量之效應 相同流量，越厚之塑件其流速越低，降低配向性。,進澆位置選擇之依據,（一） 塑件幾何形狀 澆口應位於塑件最厚處 使塑膠分配較均勻 同時應保持各部分 流動長度（即阻力）相同 防止噴流，並考慮排氣,（二） 塑件強度考量 進膠位置應使塑件之 抗張強度及沖擊強度 最大方向恰與流動 方向一致， 以保証成型品強度,進澆位置選擇之依據,(三) 外觀之考量 (澆口殘痕，熔接線，凹痕) 澆口應位於較不顯眼處， 避免熔接線或 使熔接情形最適宜,(四) 尺寸要求 進膠位置應考慮均勻收縮問題 防止成型品翹曲變形 進膠位置應避避免過高的 殘余應力產生。,模穴填充過程,三種基本流動方式 模穴充填現象 （恆溫情況與非恆溫情況） 填充過程中引發的各種效應,復雜的流動可以視作此三種基本方式的組合,模穴充填現象-1,恆溫流動（模溫與料溫相同，且射出速率低） 例：PS與LDPE比較，PS黏度大於LDPE之黏度,模穴充填現象-2,恆溫充填矩形模具之理論分析,入口處 由於澆口狹窄 塑料大約呈徑向 輻射式流動 流動有很強的 拉伸特性,發展流區 二邊角落填滿完畢後 出現過渡區 波形由圓形漸變為扁平形,全展流區 扁平波前不斷前移 直至模穴充滿 除接近模壁之前端 有些彎曲外 其它部分之流動波前大致保持扁平之形狀,模穴充填現象-3,非恆溫流動（模溫與料溫不相同，且射出速率低） 例：PS與LDPE比較，PS黏度大於LDPE之黏度,PS的流動波前較LDPE者曲率大，這是因為PS黏度對溫度的敏感度較PE高，因此其黏度變化隨模溫變化較為明顯，速度分布也較為顯著。,模穴充填現象-4,非恆溫充填矩形模具之理論分析,冷卻固化之塑料層,由澆口經模穴中心到塑料前沿的溝道效應較大。 溝道效應即在模壁附近溫度低黏度高，流動阻力大，造成塑料在中間流動較快。,塑料在模穴中心之溝道效應，又模穴壁上固化層使流動區域變窄，造成流動波前曲率較大,PE在模壁附近有變黃現象,流動引發結晶現象 例如PE塑料,模穴充填現象-5,中心部分剪切率為零，無剪切應力，分子配向性差，不易產生結晶,靠近固化層壁處，由於剪切率高，剪切應力大，分子鏈配向性最整齊，有利於結晶。,模穴充填現象-6,另外，冷卻速度也是影響結晶的一個重要因素 結晶速度為晶核產生速度與晶核生長速度的乘積。 晶核產生速度越低溫越快 晶核生長速度越高溫越快 所以，結晶產生之位置與速度是由流動與熱傳導兩種因素相互競爭所決定的。,填充過程中引發的各種效應,一、固化層 二、噴泉效應 三、熔接線或 縫合線 四、熔混線 五、噴流或 水沖現象,六、賽馬場效應 七、潛流效應 八、遲滯效應 九、過度充填或 過度保壓 十、多向流動 十一、三角洲效應,填充過程中引發的各種效應-固化層,非恆溫充填時熱的高分子熔膠接觸到冷模壁後即行固化，產生固化層。,進膠口附近塑料最熱，接觸少量模壁，固化量少。,剪切流動除將分子鏈沿流動方向配向外，尚造成粘滯生熱。,接近塑料前沿，由於噴泉效應，壁側之塑料為來自中心之熱塑料，因此固化量較少,固化層厚度分析,填充過程中引發的各種效應-固化層,固化層厚度取決於： 塑料本身熱量+粘滯生熱 熱散逸 （於數十分之一秒內達成平衡） 粘滯生熱：因摩擦產生，與黏度及剪切率的平方成正比。,粘滯生熱對固化層厚度的影響,流量相同 模穴厚度薄 剪切率大 固化層厚度薄,流量相同 模穴厚度大 剪切率小 固化層厚度厚,填充過程中引發的各種效應-固化層,模穴厚度分布方向之溫度分布,塑料本身熱量： 不流動狀況下溫度為線性分布，中央料溫最高，模壁溫度最低。,摩擦或粘滯生熱： 粘滯生熱量正比於剪切率之平方，為非線性分布,流動塑料之熱量為以上兩者之和，最高溫出現區域決定於以上兩溫度之實際分布。,填充過程中引發的各種效應-固化層,固化層對充填過程的影響,高速充填 高分子熔膠切變致稀，粘度低，流動阻力小，又因薄邊所需塑料量少，固化層薄，因此優先填滿薄邊。此為粘滯流動控制。,低速充填 剪切率低，固化層厚，黏度高，流動阻力大，填充薄邊阻力太大，因此優先填滿厚邊。此為熱傳控制。,填充過程中引發的各種效應-固化層,在充填過程中希望壓制固化層的生成 主要方法有： 1、增加射速提高剪切率 2、增加模溫 3、提高料溫 提高塑料流動性，減緩固化效應。,填充過程中引發的各種效應-噴泉效應,模穴中，塑料前緣以中間塑料向兩側湧出固化而不斷前進的方式充填，這種局部的流動現象被稱做噴泉流動，即噴泉效應。 噴泉效應決定成型品表面品質，影響塑件之熔合線。,噴泉效應示意圖,1）最初四個流動元素 2）前二個元素開始加 速前進 3）加速流動元素受波 前拉伸變形為長條 4）變形之流動元素配 向與波前一致,填充過程中引發的各種效應-熔接線,熔接線或縫合線指二個或多個熔融塑料前緣相接觸時所形成之接合區域。,熔接線在微觀上是具有限尺寸， 復雜的三維區域，稱為熔接區。 熔接線對成型品之 外觀和機械性能 均有不利影響。,填充過程中引發的各種效應-熔接線,熔接線的產生,一、多點進膠,二、含有嵌件,多點進膠時，不同波前 交會所造成， 稱為冷熔接(cold weld),嵌件造成流路分割， 形成之熔接線稱為熱熔接,填充過程中引發的各種效應-熔接線,熔接線的產生,三、噴流現象,手風琴效應使彎角相互接觸形成熔接線,填充過程中引發的各種效應-熔接線,熔接線之防止 控制熔接線的兩個基本概念： 1、盡量避免產生熔接的二股熔膠性質或在模具中之熱力歷程相差太多。 2、盡量使熔接的區域發生於高溫區，如此可增加熔合性。,填充過程中引發的各種效應-熔接線,熔接線之防止 實務上的一些經驗法則： 1、進膠位置的選擇應使流過嵌件之流動越少越好； 2、在熔接線線處應提供排氣，避免包封之空氣形成表面缺口造成應力集中； 3、在熔接線處增加塑件厚度； 4、增加射出溫度、螺桿背壓、螺桿轉速； 5、增加射出壓力、射出速率； 6、澆口設計不可對流動限制過大； 7、在熔接部分附近加設散流道，將熔接線移至此處再事後切除。,填充過程中引發的各種效應-熔接線,散流道示意圖,未加設散流道，熔接線在制成品上,加設散流道，熔接線在制品外，可切除,填充過程中引發的各種效應-熔混線,熔混線近似於熔接線，但系二流向平行之流動塑料界面接觸，籍混合而形成。,並排平行接觸界面相混造成熔混線,熔混線強度較熔接線高，但其仍為應力集中點,填充過程中引發的各種效應-噴流現象,噴流（或稱水沖現象）系指當射出過程加工條件選擇不當，導致澆口射入之塑料並非均勻前進，而是形成一條蛇紋沖到對面之模壁，而後自對面冷模壁開始堆疊塑料，使模填充過程變得混亂而難以控制。 噴流對模穴充填有不良影響，表現在： 造成成型品表面之熔接線及表面缺陷 成型品殘余應力高,填充過程中引發的各種效應-噴流現象,噴流現象的發生： 1、不論是恆溫或非恆溫射出成型，均可能發生噴流現象； 2、在恆溫操作時，低射出率造成噴流，反而在高射出率時可 正常填充，故射速的高低不是造成噴流的絕對因素； 3、在非恆溫操作時，某些塑料如PS，隻有中速度射出率時才會正常填充，而且材料本身的性質亦與噴流發生與否有關。 4、恆溫時判別是否發生噴流，可將噴流視為一種模口膨脹現 象，當模口膨脹大到足以碰到模壁時即不發生噴流。,填充過程中引發的各種效應-噴流現象,實務上防止噴流的方法： 1、調整進膠位置，使塑料射入模穴時能撞到臨近之模壁； 2、使用耳式澆口，增加塑料流動面積，減小其動量； 3、接近澆口處設立障礙； 4、減慢射速，擴大澆口斷面積； 5、升高模溫，防止過早固化。,填充過程中引發的各種效應-賽馬場效應,賽馬場效應指塑料在肉厚較厚部分之流動蓋過較薄部分，以致於造成包封或內部縫合線的現象。,塑料前緣觸及薄邊阻力增加即減速,厚邊流動之塑料所受阻力小迅速超越薄邊者,厚邊流動迅速繞過薄邊，並回填，產生包封或空洞,示意圖1,填充過程中引發的各種效應-賽馬場效應,示意圖2,塑料波前碰到最近的厚邊,因厚邊阻力較小，塑料沿周圍厚邊先行填充,賽馬場效應造成未填充滿之死角及熔接線,死角,熔接線,填充過程中引發的各種效應-賽馬場效應,避免賽馬場效應的措施： 1、單點進膠該為多點進膠 2、修改進膠位置 3、使用流動轉向器或使用導流器,填充過程中引發的各種效應-賽馬場效應,流動轉向器：將某些部分變薄,流動轉向器使肉厚變薄，流動較慢，減緩縱向流動,圓形流動波前變為矩形流動波前，節省材料，但所需壓力較高，殘余應力較大，不會改變澆口和冷卻時間,填充過程中引發的各種效應-賽馬場效應,導向器：使某些部分增厚,導流器使肉厚較厚，流動較快，加速了對角線方向的流動。,圓形波前變為矩形波前，比較浪費材料，所需壓力較低，能減緩翹曲現象，但會增加澆口冷卻時間。,填充過程中引發的各種效應-潛流效應,潛流效應：因不同進膠流動相互幹擾而產生之流動逆向行為。 改善方法 ：平衡流道系統 提高熔膠溫度模溫調節射速以改善流動性,強勢流動波前壓迫弱勢流動波前造成逆流現象,填充過程中引發的各種效應-遲滯效應,遲滯效應是指在填充初期塑料肉薄處因阻力太大發生遲滯，造成充填不完全的現象。,由於厚邊阻力小，塑料在薄邊產生遲滯,一旦遲滯效應發生，由於流速慢，溫度將迅速降低，塑料固化並將薄邊入口封死,流動在薄邊處躊躇的結果造成充填不完全,填充過程中引發的各種效應-遲滯效應,克服遲滯效應的方法： 1、增加肉薄處厚度 2、增加塑料溫度，防止過早固化封口 3、減少充填時間，增加射壓 4、重新設計進膠位置，使肉薄處盡可能接近填充終點，可以利用充填壓力填滿。,填充過程中引發的各種效應- 過度充填或過度保壓,兩種因素：1進膠位置設計不良 2不平衡之澆道系統,進膠位置設計不良,過度充填區域固化層 逐漸增加，配向性增 加造成局部高應力場 成品脫模後容易發生 翹曲變形的現象,填充過程中引發的各種效應- 過度充填或過度保壓,不平衡之澆道系統,解決方法 調整澆道尺寸 修改澆口及模穴大小 採用多點進膠 採用熱流道系統,填充過程中引發的各種效應-多向