热效应引发之残留应力 收缩与翘曲 模具设计

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热效应引发之残留应力 热效应引发残留应力的原因包括下列： 塑料从设定的制程温度下降到室温，造成收缩。 塑料凝固时，塑件从表层到中心层经历了不同的热力历程和机械历 程，例如不同的冷却时间和不同的保压压力等。 由于密度和机械性质变化导致压力、温度、
　　
4 N) k$ A9 g& x) l' I, l0 w热效应引发之残留应力
　　热效应引发残留应力的原因包括下列：
Ÿ 塑料从设定的制程温度下降到室温，造成收缩。
7 e4 f* N; X* Z( K& yŸ 塑料凝固时，塑件从表层到中心层经历了不同的热力历程和机械历
程，例如不同的冷却时间和不同的保压压力等。
Ÿ 由于密度和机械性质变化导致压力、温度、分子链配向性和纤维配向
性的改变。
Ÿ 模具的设计限制了塑件在某些方向的收缩。
5 I4 i: E0 q$ t  G# S9 X4 r/ ?　　塑料于射出成形的收缩可以用自由冷却的例子说明。假如温度均匀的塑件突然被两侧的冷模壁夹住，在冷却的初期，塑件表层冷却而开始收缩时，塑件内部的聚合物仍然呈高温熔融状态而可以自由收缩。然而，当塑件中心温度下降时，局部的热收缩受限于已经凝固的表层，导致中心层为拉伸应力，表层为压缩应力的典型应力分布，如图7-2所示。
: P) {8 q) D! n! Z% E$ k　　塑件从表层到中心的冷却速率差异会引发热效应之残留应力。更有甚者，假如模具两侧模壁的冷却速率不同，还会引发不对称的热效应残留应力，在塑件剖面不对称分布的拉伸应力与压缩应力造成弯曲力矩，使塑件产生翘曲，如图 7-3的说明。肉厚不均匀的塑件和冷却效果差的区域都会造成这种不平衡冷却，而导致残留应力。复杂的塑件由于肉厚不均匀、模具冷却不均匀、模具对于自由收缩的限制等因素，使得热效应引发之残留应力的分布变得更复杂。

% a/ G3 b/ U3 {; U* I8 [$ B之残留应力，使塑件翘曲。
保压之压力历程所造成的凝固层比容变化。其中，左图是塑件一个剖面的温度分布曲线。为了方便说明，将塑件沿着肉厚方向分为8层，曲线上显示着各层的凝固时间为t1~t8。注意，塑件从最外层开始凝固，越往中心层则需要越长的凝固时间。
　中间的图形显示各层固化的典型压力历程分别为P1~P8。充填阶段的压力通常逐渐上升，在保压初期达到最高压力，之后，因为冷却与浇口固化，压力逐渐下降。结果，塑件表层与中心层在低压时凝固，其它的中间各层在高保压压力时凝固。右图说明了第5层在PvT图上的比容历程，以及各层于最终凝固时的比容，并且以实心圆点标记。
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+ r, U: Q$ n' B. U　　　已知各层的凝固比容，塑件各层收缩行为会根据PvT曲线发生不同的收缩。假设各层是分隔开如图7-5，结果就收缩到中间图形的情形，2、5、6、7等中间层因为凝固比容低(或是凝固密度高)而收缩得较少。而实际上，各层是连接在一起，造成折衷的收缩分布，中间层受压缩，而外层与中心层则受拉伸。