模擬退火分析 提升塑膠產品附加價值

塑膠產品往往在成型過程中會產生固有的內部殘留應力。尤其在射出成型過程的高變形率下,高分子鏈產生密集排向。經常而言,殘留應力會犧牲終端產品的品質,例如:減弱產品強度、抗化學腐蝕性、降低耐磨性、環境應力斷裂等,導致尺寸變形或是光學雙折射的不良特質(如圖一所示)。產業實際用於這類製造問題的解決方案稱為退火。退火是一種在塑膠玻璃轉移溫度及軟化點之下,透過慢慢加熱及冷卻塑件來釋放塑膠內部壓力過程。

adding-value-to-plastic-products-through-annealing-1圖一  模擬充填的延遲效果導致分子鏈排向及光測彈性

一般而言,退火製程包括以下幾個階段:(一) 將塑件放置於退火爐;(二) 以一定控制的速率(一般小於1 ºC /分)加熱塑件到退火溫度;(三) 將塑件停留在退火溫度一段時間,特定時間取決於聚合物的類型和塑件的厚度;通常會耗時幾小時到幾天;(四) 以小於0.5度/分的速率冷卻塑件至室溫。塑件的退火製程常見的有兩種:分批退火與持續退火製程。分批退火製程是最普遍的一種,塑件放置於一個溫控爐櫃/架上。Moldex3D應力模組提供退火模擬工具,幫助使用者了解該製程(如圖二所示)。

annealing-pic圖二  Moldex3D退火模擬

基於產品品質管理的需求,Moldex3D應力模組的翹曲及應力分析可以考量退火帶來的影響。另外,Moldex3D也可以評估因退火導致的塑件尺寸差異 (如圖三及圖四)。除了Moldex3D應力退火模擬解決方案之外,Moldex3D材料實驗室提供全方位的黏彈性應力分析材料檢測,使用者可以選擇線性彈性理論做快速分析,或是黏彈性理論取得較精準的分析。

Simulated residual stress before and after annealing process_ch圖三  退火製程模擬前跟後的殘留應力差異
adding-value-to-plastic-products-through-annealing-4圖四  利用退火應力分析和翹曲分析控制幾何精度


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圖五  可以選擇線性彈性理論及黏彈性理論退火應力分析

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