模流分析入门电子版教程(12)

图4-14 熔胶波前速度(MFV)和熔胶波前面积(MFA)。MFV之差异会

使得塑料分子(以点表示)以不同方式伸展，导致分子与纤维

配向性的差异，造成收缩量差异或翘曲。

在射出成形的充填阶段，塑料材料的分子链或是填充料会依照剪应力之作用而发生配向。由于模温通常比较低，在表面附近的配向性几乎瞬间即凝固。分子链和纤维的配向性取决于熔胶之流体动力学和纤维伸展的方向性。在熔胶波前处，由于剪切流动和拉伸流动的组合，不断强迫熔胶从肉厚中心层流向模壁，造成喷泉流效应(fountain flow effect)，此效应对塑件表层的分子链／纤维配向性的影响甚巨。请参阅图4-15之说明。

图4-15 塑件表层与中心层之纤维配向性

塑件成形之MFV愈高，其表面压力愈高，分子链配向性的程度也愈高。充填时的MFV差异会使得塑件内的配向性差异，导致收缩不同而翘曲，所以充填时应尽量维持固定的MFV，使整个塑件有均匀的分子链配向性。

MFV和MFA是流动平衡的重要设计参数。不平衡流动的MFA会有突然的变化，当部分的模穴角落已经充饱，部分的熔胶仍在流动。对于任何复杂的几何形状，应该将模穴内的MFA变化最小化，以决定最佳的浇口位置。流动平衡时，熔胶波前面积有最小的变化，如图 4-16所示。

图4-16 (a) MFA变化导致的平衡与不平衡流动；及(b)其对应的充填模式。

4-4 流变理论

流变学(rheology)是探讨材料受力后变形和流动的加工特性，包括剪变率、剪切黏度、黏弹性、黏滞热、拉伸黏度等等。熔融塑料大多呈现拟塑性行为，即根据指数律(power law)，

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塑料受剪应力而运动时，其黏度随剪变率增加而降低，此现象称为高分子材料的剪稀性(shear thinning)。通常厂商比较常提供的塑料特性指标是流动指标MI (Melt index)，一般塑料的MI值大约介于1~25之间，MI值愈大，代表该塑料黏度愈小，分子重量愈小；反之，MI值愈小，代表该塑料黏度愈大，分子重量愈大。MI值仅仅是塑料剪切黏度曲线上的一点。(注：黏度单位1 cp = 0.001 Pa?s， cp = centipoise, Pa = N/m2)

其它影响塑料性质的因素包括分子量的大小及分子量分布、分子配向性、玻璃转移温度和添加物等。

(1) 分子量的大小及分子量分布

塑料的特性之一就是分子量很大，分子量分布曲线和其聚合的方法及条件对于所制造出来的成型品有密切影响。分子量大者璃转移温度Tg较高，机械性质、耐热性、耐冲击强度皆提升，但是黏度亦随分子量增大而提高，造成加工不易。就分子量分布而言，短分子链影响拉伸及冲击强度，中分子链影响溶液黏度及低剪切熔胶流动，长分子链的量影响熔胶弹性。

(2) 玻璃转移温度(glass transition temperature, Tg)

其意思即高分子链开始具有大链接移动，也就是脱离硬绑绑的玻璃态，开始较具延展性的温度。而Tg的大小对于塑料性质有很大的影响，所以往往成为判断塑料性质的重要指标，玻璃态时显现出类似玻璃的刚硬性质，但于橡胶态时，又变成较软之橡胶性质。

(3) 分子配向性

塑料材料原来的性质会随着外来的因素和作用力而改变，例如聚合物熔胶的黏度(表示材料流动阻力)随分子量增加而增加，但随温度增加而减少。更进一步，作用于材料的高剪应力所造成的分子配向性也会降低塑料熔胶的黏度。

(4) 添加剂、填充材料、及补强材料对于聚合物的影响

包括安定剂、润滑剂、塑化剂、抗燃剂、着色剂、发泡剂、抗静电剂、填充材料、及补强材料等等可以用来改变获改善塑料的物理性质和机械性质。

第五章 材料性质与塑件设计

5-1 材料性质与塑件设计

塑料材料的多样性使得塑料射出成形比金属成形更具有设计的自由度。然而，塑件的机械性质受到负荷种类、负荷速率、施加负荷期间长短、施加负荷的频率、以及使用环境温度变化与湿度变化等因素的影响，所以设计者必须将这些使用条件列入考虑。

5-1-1 应力--应变行为

材料的应力--应变行为决定其强度或劲度。影响材料强度的因素包括塑件的几何形状、负荷、拘束条件、成形制程导致的残留应力和配向性。根据施加在塑件的负荷或拘束条件的不同，必须考虑不同种类的强度性质，包括拉伸强度、压缩强度、扭曲强度、挠曲强度和剪变强度等。

设计塑件时，应该根据塑件承受的主要负荷来决定材料相关的强度。将其使用环境温度及应变率下的主要负荷所相关的应力应变行为列为重要考虑。然而，由于拉伸试验以外的其它测试程序先天上都有准确性的问题，使得塑料材料往往只提供短期的拉伸试验(tensile test)结果。读者如果有其它负荷状态的应用，应参阅相关的文献数据。

图5-1说明拉伸试验棒和预设固定负荷下的变形量，其中，应力(σ)与应变(ε)的定义为：

图5-1 (a) 拉伸实验棒截面面积A，原始长度L0；(b) 于固定负荷下拉长至长度L。 …… 此处隐藏：393字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……