塑胶制品翘曲原因及解决对策

1、塑膠製品翹曲原因及解決對策一、前言：塑件成型後尺寸的歪扭即稱爲翹曲(warpage)它直接與塑膠的收縮有關,亦 即塑件的收縮增大時愈容易發生翹曲。同時，塑件內若有異方向性質(a ni sotropicproperties),例如某些充填物，也會助長翹曲現象。此篇文章討論的目的是希望 設計師及成型師在遭遇到因不均勻收縮引起翹曲的問題時，提供一些解決的對J策o二、成品設計(part design)因成品設計所引起的翹曲最令人棘手，因爲此時幾乎無法利用射出條件的控 制來克服，所以在設計成品時即須預防翹曲。因爲收縮(shrinkage)與塑件肉厚 (wall thick ness)成正比例的關係，所以

2、肉厚也與翹曲有關聯，也就是說肉厚必須 均一才能提供均一的收縮，同一塑件肉厚不均必會導致翹曲經應力釋放 (stress-relief)或成型應力(molded-in stress)。下面為一些因肉厚不均勻導致成品翹曲的例子。例1:例2:塑件有肋(rib)及boss時,由於模具中的熱傳狀況改變也會影響成品的幾何形三、模具設計(mold design)在模具設計中，對於結晶性塑件，其與翹曲最有關聯性的乃是澆口(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。對於普通無充填料的結晶性塑膠，流動方向

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 化塑膠與前述剛好相反，流動方向的收縮較其垂直方向小，這是由於纖維在流動方向的排列方位(orientation)所致，至於說兩者收縮相差多少，相當難以指出(依肉厚、澆口尺寸、纖維長度等)，一般平均差距50%左右(流動方向較小)，最好向 塑膠供應商詢問以決定適當的收縮率。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題來看，即使完美的成品也會受這些因素影響而發生翹曲，例4&例5為普通的塑件，若是強化塑件剛好相反。欲減低流動方位所引起的翹曲的修

4、正方式，乃是給予塑流縱的流動。例4:例 5(b):對於圓形塑件如例6所示，若中心有破孔時，其他種澆口也可得到均一的流 動（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所示的澆口系統有時也會因排 列方位而引起輕微的偏擺或翹曲。如果可能的話，採用環形澆口（ring gate）或盤形澆口 （disk gate）。與灌點有關係的另種翹曲形式乃是模穴內的壓力分佈狀況。可參考例6,而且假設圓盤塑件具有均一肉厚。請記住下面三件事：（1）翹曲乃是同一塑件收縮不均的結果。（2）壓力影響收縮（高壓低收縮）。流動愈長，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）。假如發生應力釋放必會產生翹曲。經由射出條件控制以使此塑件保持平坦的技術乃是降低收縮率 （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，如此壓力損失會減少，邊緣得到較有效的壓力，邊緣收縮率會減少，同時中 央較厚処收縮率也會提高。這樣導致第二個考慮，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

6、生最大壓力，此部位收縮即 會最小，而導致翹曲。總之，澆口必須位於肉厚較厚部位，則此處有最大壓力， 以使因肉厚不一而產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入模穴的流量，並 且控制了填飽塑膠時有效的壓力傳遞。若澆口太小，可能在塑膠完全充滿前即凝 固封死，這樣會減低有效壓力及不適儅的填充（packi ng）而導致較大的收縮，成品 除了尺寸較小外，高收縮也會擴大可能翹曲的傾向。其他在模具設計會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不同，假如靜側與動側使用兩種材料，具較低熱傳係數之材料，慾使其 降至同一溫度時，時間較長；若兩材料同時冷卻，則

7、其模溫會較高，因此動靜側產生溫度差；既然模溫提高會提高收縮率，塑件即會彎向較熱一側，其結果就是： 翹曲。例11所示為使用鋼鐵及鈹銅構成模穴的例子。例11：PL因爲鈹銅比鋼熱發散較快，雖兩側吸收相等的熱量，其模溫會較冷，要解決 此情形乃是兩側個別模溫控制，使兩側同時間內降至溫度一致，或是在鋼鐵側加 冷卻管路以得到兩側平衡。最後，有關模具設計的是模具散熱不均勻的問題， 此情形可能是翹曲塑件的第二大要因，但開模設計時常被疏忽。當模具一側傳熱比另一側快時即會發生熱 傳不均問題，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 域結果“B”較熱而引起更 多的收縮。散熱不均使得一側趨向較熱一側，而且對於熱塑性塑膠當模溫提高時收縮增 加，模具較熱一側發生較大的收縮，伴隨的翹曲乃無法避免，要改善此情況有下 列幾點：(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的金屬，例12之動心可使用Be-Cu。在玻璃纖維塑件之彎角処，纖維可能會形成捆成一束的現象，這些纖維沒有正常流動方向的排列方位，由於非均等方向的收縮，發生向鄰近壁側扯拉的作用例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引起明顯的翹曲，例如塑件有倒勾(u ndercut)時，或是頂出系統精度差時。四、射出條件(molding conditions)射出條件會影響翹曲，因此我們必須知曉影響成型塑膠及其後收縮行爲的各 種機器操作條件(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聯的基礎；但是，若澆口是正確時，還 是盡可能快速注射的好，快速注射保證在模穴內的塑膠溫度均一，而有均一 的收縮。(B) 模具溫度:對於慾獲得最佳的塑件性質或表面光澤度來講，模溫較高較好； 如此，塑件冷

10、卻會較慢，成型壓力較易釋放；但這會導致翹曲的傾向發生(假 若因塑件形狀而發生不均勻的收縮)，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有“因應力釋放而翹曲”的狀況(無論在後收縮或裝配使用時)。假如塑件要在高溫環境中使用，建議下面的試驗：使用一小批量在8090C溫度，經過1012小時在慢慢冷卻至室溫，若發生翹曲，表示當初的模溫太 低；逐一調高模溫再重復上述的試驗，直到塑件仍保持平坦的模溫爲止。(C) 塑膠溫度：料溫設定至高到足以均勻熔融塑膠爲止，若料溫太低，未完全熔融，會發生收縮不均而導致翹曲(壓力傳遞不均)。相同的情況也會發生於料筒內有局部性的過熱，或機台容量(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機器的75%以上。(D) 成型周期：冷卻太短，塑件未冷卻到足夠的結構性穩定時，即有導致頂出變 形的麻煩，更由於時間的縮短，後收縮率將會跟隨應力釋放而較大，當應力 釋放時，任何不均的收縮將導致翹曲。射出機的活塞(ram)前進時間太短亦會導致翹曲問題，若澆口未封閉前退 回，塑膠會從模穴倒流，模穴內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外，若此塑件本身就有益於產生收縮不均的傾向，則此增加的收縮率會擴大翹曲的發生。另方面，太高的射壓，會導致模穴內局部性的充填過飽，引起收縮不一及可能

12、的 翹曲。模具設計或射出條件所引起的翹曲有時可藉退火或夾具加以矯正 ，但因成品 結構所引起的翹曲，藉退火會更糟。因此，必須強調的一件事是：成品須經 良好的設計以預防翹曲，使得成型時可以矯正。下列為引起塑件翹曲的原因及其對策一覽表。原 因對策1、成品設計A、肉厚變化*B、肋及boss2、模具設計A、澆口位置(1) 流動方位*(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，太大會局部性過渡充填， 然而一般是大澆口比小澆口較好。使用能均一散熱的材料。必要時擴充較多的冷卻管路，使用不同的材料。在