塑胶制品翘曲原因及解决对策.docVIP

塑膠製品翹曲原因及解決對策 一、前言： 塑件成型後尺寸的歪扭即稱爲翹曲(warpage)，它直接與塑膠的收縮有關，亦即塑件的收縮增大時愈容易發生翹曲。同時，塑件內若有異方向性質(anisotropic properties)，例如某些充填物，也會助長翹曲現象。此篇文章討論的目的是希望設計師及成型師在遭遇到因不均勻收縮引起翹曲的問題時，提供一些解決的對策。 二、成品設計(part design) 因成品設計所引起的翹曲最令人棘手，因爲此時幾乎無法利用射出條件的控制來克服，所以在設計成品時即須預防翹曲。因爲收縮(shrinkage)與塑件肉厚(wall thickness)成正比例的關係，所以肉厚也與翹曲有關聯，也就是說肉厚必須均一才能提供均一的收縮，同一塑件肉厚不均必會導致翹曲[經應力釋放(stress-relief)]或成型應力(molded-in stress)。 下面為一些因肉厚不均勻導致成品翹曲的例子。 例1： 例2： 塑件有肋(rib)及boss時，由於模具中的熱傳狀況改變也會影響成品的幾何形狀。 三、模具設計(mold design) 在模具設計中，對於結晶性塑件，其與翹曲最有關聯性的乃是澆口(gate)位置。其因素有幾種，包括塑膠本身的高收縮和異方向性等，後者乃是說塑膠流向方向(flow direction)與其垂直方向兩者之收縮程度不一樣。對於普通無充填料的結晶性塑膠，流動方向有較大的收縮，而垂直方向只有前者的70%-98%(依澆口尺寸及肉厚而定)，肉厚愈薄差距愈小。另外，有加入玻璃纖維(glass fiber)的強化塑膠與前述剛好相反，流動方向的收縮較其垂直方向小，這是由於纖維在流動方向的排列方位(orientation)所致，至於說兩者收縮相差多少，相當難以指出(依肉厚、澆口尺寸、纖維長度等)，一般平均差距50%左右(流動方向較小)，最好向塑膠供應商詢問以決定適當的收縮率。 從上面所討論的異方向性及因澆口位置而引起的排列方位問題來看，即使完美的成品也會受這些因素影響而發生翹曲，例4例5為普通的塑件，若是強化塑件剛好相反。 欲減低流動方位所引起的翹曲的修正方式，乃是給予塑流縱的流動。 例4： 例5(a)： 例5(b)： 對於圓形塑件如例6所示，若中心有破孔時，其他種澆口也可得到均一的流動(例7、8所示)。 例6： 例7： 例8： 玻璃纖維塑膠由於其異方向性程度頗大，例8所示的澆口系統有時也會因排列方位而引起輕微的偏擺或翹曲。如果可能的話，採用環形澆口(ring gate)或盤形澆口(disk gate)。 與灌點有關係的另種翹曲形式乃是模穴內的壓力分佈狀況。可參考例6，而且假設圓盤塑件具有均一肉厚。 請記住下面三件事：(1)翹曲乃是同一塑件收縮不均的結果。(2)壓力影響收縮(高壓 低收縮)。(3)流動愈長，壓力愈小。 由上述之事可知，圓形塑件外緣的壓力比澆口部位小，所以外徑部位的收縮比澆口部位大(雖然肉厚均一)。假如發生應力釋放必會產生翹曲。經由射出條件控制以使此塑件保持平坦的技術乃是降低收縮率(亦即降低模具及塑膠溫度，並降低射出速度，提高射出壓力、周期及加大澆口等)，如此即可將應力鎖住而保持塑件的正確形狀。 由上述之三原理，慾得此良好塑件的方式是使肉厚由中央較厚逐漸至外緣變薄，如此壓力損失會減少，邊緣得到較有效的壓力，邊緣收縮率會減少，同時中央較厚処收縮率也會提高。 這樣導致第二個考慮，即盡量使壓力差最小，也就是把澆口置於最厚処。再提出控制收縮的因素一次：肉厚愈厚之処收縮愈大，並且壓力愈高部位收縮愈小，因此若是澆口位於肉厚較薄部位，此鄰近部位產生最大壓力，此部位收縮即會最小，而導致翹曲。總之，澆口必須位於肉厚較厚部位，則此處有最大壓力，以使因肉厚不一而產生的收縮不一的收縮差減至最低。 最後，還須考慮到澆口大小，澆口大小不但控制了塑膠進入模穴的流量，並且控制了填飽塑膠時有效的壓力傳遞。若澆口太小，可能在塑膠完全充滿前即凝固封死，這樣會減低有效壓力及不適儅的填充(packing)而導致較大的收縮，成品除了尺寸較小外，高收縮也會擴大可能翹曲的傾向。 其他在模具設計會遇到招致翹曲的情形是使用不同的模具材料。不同的材料熱傳性質不同，假如靜側與動側使用兩種材料，具較低熱傳係數之材料，慾使其降至同一溫度時，時間較長；若兩材料同時冷卻，則其模溫會較高，因此動靜側產生溫度差；既然模溫提高會提高收縮率，塑件即會彎向較熱一側，其結果就是：翹曲。 例11所