射出成性玻璃纤维流动方向对物性的影响.ppt

1、射出成型玻璃纖維流動方向對物性影響,報 告 人:化材所在職專班 吳國生 指導教授:吳國梅老師 2020年8月8日,複合材料報告,短玻纖複合材料基本原理-1,短玻纖強化複合材，其強度與模數主要決定於: 玻纖體積分率(volume fraction) 外型比率(aspect ratio)(L/d) 方向性(orientation) 已經有許多理論用來印證體積分率與外型比率，但對於方向性卻是非常困難的，因為: a. 玻纖的方向是很難控制，它會因為加工方法與流動 條件而變化，例如射出成形產品。 b. 改變體積分率與外型比率將會影響玻纖的方向性。 c. 很難在實際成品中測量出玻纖方向的分散性。,短玻纖複

2、合材料基本原理-2,短玻纖複合材，只有基質是連續的。所以視為不連續纖維的複合材，其強度較差: 兩個玻纖之間距離有相當距離，因此應力由基質來承受。 玻纖末端為應力集中點。 玻纖無法互相重疊以強化材料。 無法得到均一方向排列。 作用於玻纖上的縱向拉伸應力是由基質的剪切應變而得，此剪切應變在玻纖末端為最大，而隨著遠離末段而逐漸減少到零。,短玻纖複合材料基本原理-3,玻纖的拉伸負荷在玻纖末段為零，然後逐增到中央處中央處為一定值。所以玻纖兩端所受到負荷比中間部分少，最大玻纖應力發生在玻纖中間長度(z= )。 玻纖應力有個極限值。,(f)max:軸方向玻纖最大應力 y:圓柱體玻纖/基質的降伏應力 Z: l

3、/2(玻纖中間值距離) r:玻纖半徑,短玻纖複合材料基本原理-4,lc: 臨界玻纖長度(Critical Fiber Length) 又稱玻纖極限強度(Fiber Ultimate Strength) fu 達到最大可允許應力時的最小玻纖長度。,lc:臨界玻纖長度 d: 玻纖直徑(=2r) fu: 玻纖極限強度 :圓柱體玻纖/基質的剪切力 r:玻纖半徑,欲得到玻纖的最大應力，玻纖長度最少為lc。 當llc，上面方程式將修正而得到複合材的抗 張強度。,短玻纖複合材料基本原理-5,由下表發現在射出成型，玻纖長度應該為玻纖直徑的10倍以上。,這是為什麼射出成型添加回收料加工後，除了材料本身裂解(de

4、gradation)外，物性變壞的原因。(因為經過押出機與射出機螺桿混煉，玻纖斷裂非常嚴重),短玻纖複合材料基本原理-6,兩個介面(基質與玻纖)的鍵結強度是決定複合材料強度的重要因素，尤其是對於橫向強度的影響。在短玻纖複合材，縱向抗張強度才會受介面鍵結的影響。 短纖複合材需要高的Vmin和Vcrit，因為短玻纖無法完全承載所有的負荷。 當玻纖發生斷裂情形，短纖複合材也不會發生破壞，因為斷面的基質仍然可以承載負荷；當基質發生破壞則材料就會發生斷裂。,射出成型機簡介-1,模具,射出單元,液壓單元,鎖模單元,控制單元,射出成型機簡介-2,烘料筒,液壓系統,料管與螺桿,噴嘴,射出成型作動說明-1,射出

5、,充填,保壓,冷卻,射出成型作動說明-2,射出成型螺桿說明,入料段(輸送塑料及入料)(塑料不可融化) 壓縮段(對塑料壓縮、融熔) 計量段(混合使塑料融熔均勻),壓縮比:入料段的容積與壓縮段的容積比較。 射出量(Kg/h)=2.3螺桿直徑(m)2 計量段深度(m) 塑膠密度螺 桿轉速。 R=2.3D2hdn,入料口(gate)設計要點,入料口的位置 流動長度 有效的保壓(holding pressure) 分模線(welding line) 排氣位置 入料平衡 由最厚部分入料 分模線要在最不緊要的位置,gate,塑膠在進澆口流動情形,塑膠料由射出機進澆口模具的流動方向,進澆口的位置與流動關係,不

6、良的設計 良好的設計,塑膠在成品內的流動,塑料在模具內流動情形(短射比較),主要的玻纖強化材,射出成型玻纖在塑料流動排列,玻纖在模具內的排列情形,玻璃纖維方向性探討,Halpin & Kardos 曾使用薄層(laminar)模式利用薄層中單一方向層其玻纖方向的分散性來探討。 (不吻合射出成形的玻纖分布現況，適用於BMC等產品) Halpin-Tsai eq. 導出(針對短玻纖),短纖複合材料,射出成型短玻璃纖維是亂排不定向排列。 玻纖有三種強度 縱向抗張強度(BL) 0050 橫向抗張強度(BT) 450 剪切應變強度(BS) 50450 與玻纖排列與施力角度有關 由經驗值可以預測平板亂 排的彈性模數與剪切模數,E random=3/8 EL+5/8ET G random=1/8 EL+1/4ET,玻纖方向對於物性的影響,射出成型影響玻纖流動的因素,料管(barrel)溫度:膠粒融熔程度影響玻纖流動 流道(runner)大小:太小不好流動，太大浪費材料 進澆口(gate)位置:亂流與噴痕。 進澆口(gate)大小:玻纖是否順利通過與剪切斷裂。 成品厚度:塑膠粒MI值。 模具(mold)溫度:模溫過低，不易流動。 射出速度(injection speed):太