熔胶管理与控制技术 MeltFlipper

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一直以来，射出成形业界都认为几何平衡流道设计已提供多模穴模具最佳的自然平衡(Natural Balanced)条件，因此各模穴彼此之间的性质可以达到一致(Consistency)( 图1A-D)。相同的自然平衡流道系统观念也同样应用于单一模穴多浇口的状况( 图1E)。然而，尽管流道系统已是几何平衡的状态下，靠近中心的内侧模穴与远离中心的外侧模穴仍然会有差异存在。在大部份情况下，此不平衡现象会在四模穴以上的模具才会显现。实际上此不平衡现象与流道系统分流数及流道配置方式有关，且有可能在单一模穴的状况下发生。
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在大部份八模穴 “H”型配置的流道设计下( 图1A)，通常最内侧(最靠近料头)的模穴所成形的产品较大且较重。可以预期其机械性质必不同于外侧模穴所成形的产品。在成形玻纤强化级材料时尤其是如此。此外，也常会发生当欲适当保压外侧模穴成品时，内侧模穴成品已产生毛边的两难状况。多年以来，这个问题已被错误地认为是模具中心区域温度较高或模板于射出成形时变形所致。 近几年来随着射出成形产品公差要求日趋精密，且对多模穴生产的整体质量日趋重视，此几何平衡流道系统的流动不平衡现象也越来越受到注意。而近来因节省材料而尽量缩小流道尺寸设计的做法已被发现将使此流动不平衡问题更形恶化。



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5 D7 |) e1 G* Q( [2 C3 x二、流动不平衡的原因
2 s0 B( a; x" d3 X/ E塑料在流道中流动的行为是非常复杂的，因为塑流延着流道路径与截面的剪切率(Shear Rate)与温度，黏度均有差异。在任何流速之下，最大剪切率发生于固化层稍内区域，在流道中心区域则趋近于零。在靠外层的高剪切区域对塑流黏度有复合的影响。


黏度在此区域会降低，因为(1)塑料非牛顿流体(Non-Newtonian)的特性与(2)塑料剪切产生的摩擦生热现象。此摩擦生热现象会导致流道外层塑料温度高于流道中心塑料( 图2， 图3， 图4)。在热浇道与热固性射出成形情况下，此流道外层摩擦生热现象亦会受到高温模具的影响。 当流道系统多于两个分流点时，模穴之间的流动不平衡现象即会产生。然而，即使在少于两个分流，甚至无分流情况下，单一模穴内仍然会有流动差异的现象存在。
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当塑流通过流道系统第一个分流点之后，塑料在流道截面的剪切率，温度，与黏度性质就会成为不对称的分布。主流道中外层较热的塑料(图5，B区)会靠第二流道”A”的左侧模壁流动，而主流道中心较冷的塑料会靠第二流道”A”的另一侧，即右侧模壁流动。同样地，主流道另一侧外层较热的塑料( 图5，A区)会靠第二流道”B”的左侧模壁流动，而主流道中心较冷的塑料会靠第二流道”B”的另一侧，即右侧模壁流动。这样的结果造成在第二流道中的塑流，有一边温度较高，另一边温度较低( 图6)。
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0 A9 `% K! M$ N  ]当塑流继续发展至进入第三流道时，模穴之间的不平衡流动现象于是产生。分流至内侧模穴及外侧模穴之塑流特性差异将更形明显。充填内侧模穴的塑流温度较高，粘度较低，流动阻力较低；充填外侧模穴的塑流温度较低，粘度较高，流动阻力较高；造成内侧模穴充填较快，外侧模穴充填较慢。流动不平衡的状况因此趋于明显( 图7~ 图8)。



三、解决方案
: m; [* v& d( l8 E5 ?# L. _安装MeltFlipperTM设计于主流道至次流道的分流处，可将塑料剪切所造成的性质差异分布旋转90度，达到重新分配塑流性质使其分布重达对称的状态。原先流至第二流道会靠内侧模壁流动的较高温，剪切较剧烈的塑料( 图9上，截面B-B)，经过MeltFlipperTM设计之后，将被重新配置为靠流道下侧模壁流动( 图9下，截面B-B)；原先流至第二流道会靠外侧模壁流动的较低温，剪切较轻微的塑料，经过MeltFlipperTM设计之后，将被重新配置为靠流道上侧模壁流动。
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' V8 y! }, a- s% `尽管塑料性质的分布仍属不对称，然而不同于之前温度左右分布的不对称，现在已变成上下分布的不对称状态。此状态在塑料流入第三流道时，已可提供对等平衡性质的塑料给各模穴，因此解决了流动不平衡的问题。依此观念演译，在16模穴，32 模穴以上设计，或不同模穴配置方式的情况下，可能须要不只一组的MeltFlipperTM设计，而各组MeltFlipperTM塑料性质分布旋转的设计角度也未必是90度。其设计复杂性与塑料性质，流道截面几何/尺寸与射出成形条件均有关系。


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9 N6 g9 m! T% z  P: k! L( U四、传统 H 型流道 vs. MeltFlipper
图10与图11显示在传统8模穴H型流道设计之下典型的流动不平衡状态。此不平衡现象亦可由短射样品观察到。如图所示，内侧模穴充填较外侧模穴快。此效应是因为塑料在充填流道阶段，流道截面局部塑料剪切，温度，黏度产生差异所致。此差异将造成各模穴之间的充填过程，保压效果，成品重量，尺寸，翘曲，毛边，短射等质量状况无法一致，造成生产控管困难。此塑流性质差异也造成生产效率低落，或模具设计无法向更高模穴数发展。

5 V# l' v+ h- f: K4 \. p( M  z7 c图12与图13显示在相同的8模穴H型流道模具上，采用MeltFlipperTM设计后的状况。结果可使各模穴的流动达到平衡状态。MeltFlipperTM设计可以直接加工在模具上，或是以崁件方式置于流道分流处。透过MeltFlipperTM设计可将塑流性质分布重新转置成对称的状态，再继续充填下游流道或进入模穴。透过MeltFlipperTM设计可以达成多模穴模具的真正平衡，消除传统流道设计所产生的流动不均(各模穴质量不一致)现象。这样的改善可使模具以两倍的模穴数进行设计与生产。