塑膠制品翹曲原因及解決對(duì)策

1、塑膠製品翹曲原因及解決對(duì)策一、前言：塑件成型後尺寸的歪扭即稱爲(wèi)翹曲(warpage)它直接與塑膠的收縮有關(guān),亦 即塑件的收縮增大時(shí)愈容易發(fā)生翹曲。同時(shí)，塑件內(nèi)若有異方向性質(zhì)(a ni sotropicproperties),例如某些充填物，也會(huì)助長(zhǎng)翹曲現(xiàn)象。此篇文章討論的目的是希望 設(shè)計(jì)師及成型師在遭遇到因不均勻收縮引起翹曲的問(wèn)題時(shí)，提供一些解決的對(duì)J策o二、成品設(shè)計(jì)(part design)因成品設(shè)計(jì)所引起的翹曲最令人棘手，因爲(wèi)此時(shí)幾乎無(wú)法利用射出條件的控 制來(lái)克服，所以在設(shè)計(jì)成品時(shí)即須預(yù)防翹曲。因爲(wèi)收縮(shrinkage)與塑件肉厚 (wall thick ness)成正比例的關(guān)係，所以

2、肉厚也與翹曲有關(guān)聯(lián)，也就是說(shuō)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(huì)導(dǎo)致翹曲經(jīng)應(yīng)力釋放 (stress-relief)或成型應(yīng)力(molded-in stress)。下面為一些因肉厚不均勻?qū)е鲁善仿N曲的例子。例1:例2:塑件有肋(rib)及boss時(shí),由於模具中的熱傳狀況改變也會(huì)影響成品的幾何形三、模具設(shè)計(jì)(mold design)在模具設(shè)計(jì)中，對(duì)於結(jié)晶性塑件，其與翹曲最有關(guān)聯(lián)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(shuō)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(duì)於普通無(wú)充填料的結(jié)晶性塑膠，流動(dòng)方向

3、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(qiáng) 化塑膠與前述剛好相反，流動(dòng)方向的收縮較其垂直方向小，這是由於纖維在流動(dòng)方向的排列方位(orientation)所致，至於說(shuō)兩者收縮相差多少，相當(dāng)難以指出(依肉厚、澆口尺寸、纖維長(zhǎng)度等)，一般平均差距50%左右(流動(dòng)方向較小)，最好向 塑膠供應(yīng)商詢問(wèn)以決定適當(dāng)?shù)氖湛s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(wèn)題來(lái)看，即使完美的成品也會(huì)受這些因素影響而發(fā)生翹曲，例4&例5為普通的塑件，若是強(qiáng)化塑件剛好相反。欲減低流動(dòng)方位所引起的翹曲的修

4、正方式，乃是給予塑流縱的流動(dòng)。例4:例 5(b):對(duì)於圓形塑件如例6所示，若中心有破孔時(shí)，其他種澆口也可得到均一的流 動(dòng)（例7、8所示）。例7:例6：III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(tǒng)有時(shí)也會(huì)因排 列方位而引起輕微的偏擺或翹曲。如果可能的話，採(cǎi)用環(huán)形澆口（ring gate）或盤形澆口 （disk gate）。與灌點(diǎn)有關(guān)係的另種翹曲形式乃是模穴內(nèi)的壓力分佈狀況。可參考例6,而且假設(shè)圓盤塑件具有均一肉厚。請(qǐng)記住下面三件事：（1）翹曲乃是同一塑件收縮不均的結(jié)果。（2）壓力影響收縮（高壓低收縮）。流動(dòng)愈長(zhǎng)，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

5、位的收縮 比澆口部位大（雖然肉厚均一）。假如發(fā)生應(yīng)力釋放必會(huì)產(chǎn)生翹曲。經(jīng)由射出條件控制以使此塑件保持平坦的技術(shù)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(yīng)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(huì)減少，邊緣得到較有效的壓力，邊緣收縮率會(huì)減少，同時(shí)中 央較厚処收縮率也會(huì)提高。這樣導(dǎo)致第二個(gè)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(chǎn)

6、生最大壓力，此部位收縮即 會(huì)最小，而導(dǎo)致翹曲?？傊瑵部诒仨毼混度夂褫^厚部位，則此處有最大壓力， 以使因肉厚不一而產(chǎn)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(jìn)入模穴的流量，並 且控制了填飽塑膠時(shí)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(huì)減低有效壓力及不適儅的填充（packi ng）而導(dǎo)致較大的收縮，成品 除了尺寸較小外，高收縮也會(huì)擴(kuò)大可能翹曲的傾向。其他在模具設(shè)計(jì)會(huì)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(zhì)不同，假如靜側(cè)與動(dòng)側(cè)使用兩種材料，具較低熱傳係數(shù)之材料，慾使其 降至同一溫度時(shí)，時(shí)間較長(zhǎng)；若兩材料同時(shí)冷卻，則

7、其模溫會(huì)較高，因此動(dòng)靜側(cè)產(chǎn)生溫度差；既然模溫提高會(huì)提高收縮率，塑件即會(huì)彎向較熱一側(cè)，其結(jié)果就是： 翹曲。例11所示為使用鋼鐵及鈹銅構(gòu)成模穴的例子。例11：PL因爲(wèi)鈹銅比鋼熱發(fā)散較快，雖兩側(cè)吸收相等的熱量，其模溫會(huì)較冷，要解決 此情形乃是兩側(cè)個(gè)別模溫控制，使兩側(cè)同時(shí)間內(nèi)降至溫度一致，或是在鋼鐵側(cè)加 冷卻管路以得到兩側(cè)平衡。最後，有關(guān)模具設(shè)計(jì)的是模具散熱不均勻的問(wèn)題， 此情形可能是翹曲塑件的第二大要因，但開模設(shè)計(jì)時(shí)常被疏忽。當(dāng)模具一側(cè)傳熱比另一側(cè)快時(shí)即會(huì)發(fā)生熱 傳不均問(wèn)題，此情況視塑件幾何形狀，及與樹熱脂接觸的鋼鐵而定，rib(肋)boss是溫度不均發(fā)生的主要原因。如例12及例13。例12：例13

8、：M 1 U t 1 I L 11 1 ”/ / 1卜VI 1 J + 1/ 1、1.'.“ A ”板有較大的散熱區(qū) 域結(jié)果“B”較熱而引起更 多的收縮。散熱不均使得一側(cè)趨向較熱一側(cè)，而且對(duì)於熱塑性塑膠當(dāng)模溫提高時(shí)收縮增 加，模具較熱一側(cè)發(fā)生較大的收縮，伴隨的翹曲乃無(wú)法避免，要改善此情況有下 列幾點(diǎn)：(a) 在需要散熱最多之処，提供更多的冷卻管路。(b) 利用熱傳能力之差距，在需要較大散熱部位使用高熱傳係數(shù)的金屬，例12之動(dòng)心可使用Be-Cu。在玻璃纖維塑件之彎角処，纖維可能會(huì)形成捆成一束的現(xiàn)象，這些纖維沒(méi)有正常流動(dòng)方向的排列方位，由於非均等方向的收縮，發(fā)生向鄰近壁側(cè)扯拉的作用例14示

9、此種可能性，例15&例16為改善情形。例14：例15:例16:-ilbb I. 1 liE塑件不適儅的頂出亦可能會(huì)引起明顯的翹曲，例如塑件有倒勾(u ndercut)時(shí)，或是頂出系統(tǒng)精度差時(shí)。四、射出條件(molding conditions)射出條件會(huì)影響翹曲，因此我們必須知曉影響成型塑膠及其後收縮行爲(wèi)的各 種機(jī)器操作條件(功能)，逐一於下面説明。(A) 射出速度：射速主要以澆口大小為關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)；但是，若澆口是正確時(shí)，還 是盡可能快速注射的好，快速注射保證在模穴內(nèi)的塑膠溫度均一，而有均一 的收縮。(B) 模具溫度:對(duì)於慾獲得最佳的塑件性質(zhì)或表面光澤度來(lái)講，模溫較高較好； 如此，塑件冷

10、卻會(huì)較慢，成型壓力較易釋放；但這會(huì)導(dǎo)致翹曲的傾向發(fā)生(假 若因塑件形狀而發(fā)生不均勻的收縮)，若是這樣，模具溫度須降低以抑制收 縮。模溫可降低至塑件不會(huì)有“因應(yīng)力釋放而翹曲”的狀況(無(wú)論在後收縮或裝配使用時(shí))。假如塑件要在高溫環(huán)境中使用，建議下面的試驗(yàn)：使用一小批量在8090C溫度，經(jīng)過(guò)1012小時(shí)在慢慢冷卻至室溫，若發(fā)生翹曲，表示當(dāng)初的模溫太 低；逐一調(diào)高模溫再重復(fù)上述的試驗(yàn)，直到塑件仍保持平坦的模溫爲(wèi)止。(C) 塑膠溫度：料溫設(shè)定至高到足以均勻熔融塑膠爲(wèi)止，若料溫太低，未完全熔融，會(huì)發(fā)生收縮不均而導(dǎo)致翹曲(壓力傳遞不均)。相同的情況也會(huì)發(fā)生於料筒內(nèi)有局部性的過(guò)熱，或機(jī)臺(tái)容量(capacity

11、)太大， 因此必須檢查有否塑膠滯留之 処，並且射出容量不要超過(guò)機(jī)器的75%以上。(D) 成型周期：冷卻太短，塑件未冷卻到足夠的結(jié)構(gòu)性穩(wěn)定時(shí)，即有導(dǎo)致頂出變 形的麻煩，更由於時(shí)間的縮短，後收縮率將會(huì)跟隨應(yīng)力釋放而較大，當(dāng)應(yīng)力 釋放時(shí)，任何不均的收縮將導(dǎo)致翹曲。射出機(jī)的活塞(ram)前進(jìn)時(shí)間太短亦會(huì)導(dǎo)致翹曲問(wèn)題，若澆口未封閉前退 回，塑膠會(huì)從模穴倒流，模穴內(nèi)低且不均勻的壓力引起較大且不均勻的收縮 。(E) 射出壓力：射壓低則收縮率大，除了尺寸變小且易變動(dòng)外，若此塑件本身就有益於產(chǎn)生收縮不均的傾向，則此增加的收縮率會(huì)擴(kuò)大翹曲的發(fā)生。另方面，太高的射壓，會(huì)導(dǎo)致模穴內(nèi)局部性的充填過(guò)飽，引起收縮不一及可能

12、的 翹曲。模具設(shè)計(jì)或射出條件所引起的翹曲有時(shí)可藉退火或夾具加以矯正 ，但因成品 結(jié)構(gòu)所引起的翹曲，藉退火會(huì)更糟。因此，必須強(qiáng)調(diào)的一件事是：成品須經(jīng) 良好的設(shè)計(jì)以預(yù)防翹曲，使得成型時(shí)可以矯正。下列為引起塑件翹曲的原因及其對(duì)策一覽表。原 因?qū)Σ?、成品設(shè)計(jì)A、肉厚變化*B、肋及boss2、模具設(shè)計(jì)A、澆口位置(1) 流動(dòng)方位*(2) 壓力分佈B、澆口大小C、模具材料D、散熱不均*3、射出條件A、射出速度B、模具溫度C、塑膠溫度D、成型周期E、射出壓力心型加大肉厚。採(cǎi)用塑膠廠商提供的推薦肉厚。澆口置於使塑膠具均一排列方位之 処。澆口置於肉厚較厚之 処。加大或減小澆口，澆口太小提早封閉，太大會(huì)局部性過(guò)渡充填， 然而一般是大澆口比小澆口較好。使用能均一散熱的材料。必要時(shí)擴(kuò)充較多的冷卻管路，使用不同的材料。在