塑胶材料的收缩与翘曲(二)
塑胶材料的收缩与翘曲(二)
■ 型创科技/ 刘文斌 技术总监
纤维补强塑料
纤维补强塑料由于其纤维具有高度纤维排向效果，所以 此材料射出件也会因纤维排向造成不同方向具有不同 的特性。对于一无补强材添加的纯料塑料及一有纤维补 强的塑料，在相同产品设计下相互比较其翘曲方向，不 难发现可能对于相同射出件会产生出完全相反的翘曲趋 势，如(图1)所示。
图1: 未补强材料与纤维补强材料对射出件产品翘曲的影响
冷却效率对产品翘曲的影响 整体产品具有不均匀冷却(局部位置的冷却速率与大部 分区域不同)或是产品厚度方向具有不对称性的冷却， 都会造成产品有不一致的收缩量，同时也会衍生出翘曲 问题。所以经常会发现产品在冷却后开模顶出会有严重的翘曲现象。
一般射出件成品的翘曲原因
一般射出件成品的翘曲原因可以分为：(a)成品整体的冷 却不均匀，例如产品局部位置的冷却过快或过慢，尤其 常见的是冷却水路设计上水管的排列疏密度或冷却效率 差异，也会造成产品整体的冷却不均匀现象。 (b)针对 局部位置如果成品厚度方向上具有不对称性的冷却，也 会造成厚度方向的收缩量值不同，而衍生出翘曲现象。
产品厚度参数对产品翘曲的影响
射出产品的厚度越大其收缩量值会越大；由于大部份 射出件的厚度都不是均匀的，所以没纤维补强塑料的 产品大部分的翘曲问题，可能都是来自产品厚度的不 均匀性所造成。另外产品厚度的不均匀性，也会影响 到产品的冷却速率或是结晶程度的差异。高结晶程度 会伴随着较高的体积收缩量，而较慢的冷却速率通常 可以有较高的结晶度，所以产品在厚度上的差异，往 往就会因为其冷却速率不同，而造成结晶性材料的结 晶化程度不同，进而衍生收缩量值不一致而最后形成 产品的翘曲现象。
成品几何形状不对称性对产品翘曲的影响
成品的几何形状如果具有不对称性的设计，将会造成产品容易发生不均匀的冷却现象，所以也会因为局部 的不同收缩量，而造成产品容易发生翘曲问题。例如 一平板产品其背面具有数目很多的补强肋(rib)设计， 或是补强肋都设计在特定单方向上，此种设计的产品 就很容易发生翘曲问题。在图中的补强勒设计上，因 为在补强勒的内侧勒墙位置很难去设计冷却水路，所 以在此位置是属于冷却效果较差的区域。冷却效果不 良将会造成此区域会有较高的收缩量，所以会导致如 下图右边所显示的翘曲趋势。
图2: 不同厚度将影响产品的冷却与结晶而造成翘曲 ;
翘曲现象的形成原因
翘曲现象的形成原因，主要是射出件产品的不同区 域，产生了不一致的收缩量值。对于产品厚度的变化、 不均匀的模温分布、由成品厚度较薄区域充填到较厚 区域以及射出充填所产生的分子定向及纤维补强材的 定向效果都会影响射出件产品的翘曲变形。
图3: 不良的补强肋设计所造成的翘曲问题
塑胶材料 在射出成行加工过程中进行冷却固化时将会产生收缩 现象，而整体射出成品的收缩变化将会造成射出产品 的翘曲及变形。影响射出产品翘曲的因素有模具的冷 却效果、定向效果、保压效果及成品的厚度变化。不 均匀的模具冷却效果，将会造成产品不同区域的收缩 速率不同，进而所产生的收缩量值也不同。而纤维补 强塑料一般会表现，在垂直流动方向上的收缩量值会 大于流动方向的收缩量值的趋势。不均匀的纤维定向将导致在成品中产生不同的收缩量。成品中较厚区域 的收缩量值会高于成品中厚度较薄的区域，且较厚区 域因为冷却速率慢，相对的持续的保压效果也有限。
所以相对较厚区域的保压效果不足也会使较厚区域的 收缩量值更大。要减少射出产品的翘曲现象，可藉由 下列注意事项调整来达成：
⇒射出产品的厚度设计要尽量均匀
⇒模具的冷却水路设计要能均匀冷却产品
⇒对于产品的弯角或导角部位其内侧的冷却水路设计 需仔细考虑的
⇒加纤塑料成品的浇口位置选定，以使纤维在产品长 度方向产生均匀纤维定向排列为佳
⇒浇口设计要适当，浇口的大小及厚度设计要有利于 饱压作用的传递
⇒对于必须有厚度差异设计的射出件，射出浇口位置 应选择在产品的较厚区域
参考数据
http://www.bayermaterialsciencenafta.com/ checklist/shrinkage.html 2.http://www.bayermaterialsciencenafta.com/ checklist/warpage.html 3.http://www.dsm.com/en_US/html/dep/Warpage. htm。■
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