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科盛科技研究發展處 科學家 曾煥錩 |
射出成型是最常用於生產塑膠製品的製程，此技術發展至今已日趨成熟，然而產業長期以來仍面臨了一個亟需解決的問題：即便是最先進的預測工具，至今仍無法得到令人滿意的「耳流」分析結果。耳流現象即是指塑料流至模穴時，其流動波前的中心點會明顯慢於兩端，如圖一所示。並非所有的高分子聚合物都一定會產生耳流；而在某些特定的聚合物上，則可清楚看到厚件對於流動的影響。耳流多出現在薄件產品上，較厚的產品則並未觀察到此現象。此外，較快的注射速度也相對較容易產生耳流。這些現象一直都是產業希望能透過模擬技術釐清的問題。
圖一 耳流示意圖
過去流動行為的模擬，多只針對剪切效應：然而真實的流動行為其實是剪切與拉伸流動之綜合效應。Moldex3D研發團隊持續努力，開發出新的黏度模型，稱之為eXtended GNF (GNF-X)模型，可根據剪切與拉伸流動的綜合效應，推導出加權黏度。本文即嘗試利用導入GNF-X方程式後的Moldex3D流動求解器，模擬材料為純聚碳酸酯(PC)的射出成型圓盤，以獲得可靠的耳流分析結果。[U. S. Patent Pending in USPTO with Application No. 62/886,539 (2019)]
本案例目標即為比較Moldex3D新研發的模型及GNF模型所得到的耳流分析差異。首先根據Beaumon的研究，以Moldex3D進行射出成型圓盤產品之PC流體在模穴中的充填模擬。其熔膠溫度和模具溫度分別為293.3 oC and 82.2 oC；射出時間為10秒。圖二為GNF剪黏度的交叉模型分析結果，當模穴填滿50%及90%時，分別呈現出凹面和平坦的流動波前，與真實情形有所差異。接下來在Moldex3D的流動計算中，採用新的GNF-X模型與拉伸黏度，結果呈現出模穴中心的流前推進速度明顯慢於邊緣，即所謂的「耳流」(圖三)，達到了令人滿意的預測結果，證實Moldex3D新的拉伸黏度函數可成功解決長期存在的耳流模擬問題。
圖二 以GNF黏度模型模擬射出成型PC圓盤
