成型条件对残留应力的影响──流动篇

ACMT协会 2月20日浏览：794

■ 全链管理 / 蔡颖玫博士

前言

残留应力为「温度」、「压力」及「充填时流场的速度变化」等成型条件对塑胶高分子链形态的综合影响结果，本篇文章我们就来讨论在产品与模具设计都没有变动下，成型条件──「流动」对残留应力的作用。

首先，我们先理解射出程序包含充填及保压动作，两阶段目的不同，对分子链的影响也不同：

充填：极短时间内对塑料高速挤压，高剪切率作用下分子链排向程度高；
保压：塑料几乎充满模穴的条件下持续填料，剪切率极低但高压作用于分子链而提升排向程度与被压缩程度。

流动对残留应力的影响

为了更具体地观察高分子链在充填流场中的变化，让我们对模穴内的厚度方向做一剖面，可以看到熔胶在厚度中心有最快的流动速度，其波前就像喷泉般地流动，越靠近模壁流动速度越慢，并在塑件表面也就是模壁处形成不流动的固化层。

探究厚度方向塑料流动速度差异的原因，是因为塑胶导热效果极差（约为金属的1/1000），当模具金属及冷却水管的热传作用已把壁面处熔胶的热量带走，但模穴内仍保有相当高的温度，由剖面的温度分布可看到，模壁处塑料处于固化温度，越往内部温度逐渐爬升，到达固化层厚度时温度最高，再往中心的塑料温度会稍降，但仍维持高温以持续完成充填保压程序。

在固化层厚度部位出现最高温的原因，是因为此为塑料固态与流动态的界面，界面一端为静止状态，但另一端仍保有移动性，两者速度差极大，两相接触时摩擦生热贡献出高温分布于此，充填速度越快此摩擦升温的程度越高。正因为界面两端的速度差异极大，此处也正是厚度方向上最大剪切率发生的部位，此处升温现象因而称作shear heating。