注塑成型基礎(chǔ)2

1、圖3-2 塑膠之加工製程塑膠通常具有下列特性 低強度與低韌性（玻纖強化塑料則可以達到高強度與高韌性） 原料豐富，價格低廉。 有最高使用溫度限製。 色彩鮮明，著色容易。 受外力作用時會產(chǎn)生連續(xù)變形(潛變現(xiàn)象)。 易加工程複雜形狀。(i.e. 容易成形，可以量產(chǎn)。) 低密度。(i.e.重量輕，塑膠比重0.92，鋁2.7，鐵7.8) 耐腐蝕性佳。 良好的絕緣性和隔熱性。可以具有其它特殊性質(zhì)，例如透明性、可彎曲性等。塑膠材料與金屬材料比較，金屬材料通常包括下列特性；高密度、寬廣的使用範(fàn)圍、高熱傳導(dǎo)性、高導(dǎo)電性、剛性(rigidity)、高強度(strength)、不透明、易生鏽、精密加工費用高昂。相對

2、地，塑膠材料則具有良好的機械阻尼、良好的熱膨脹性、加工週期短而且可以減少穿孔等二次加工的成本、密度低、增加產(chǎn)品設(shè)計的空間與選擇、料頭可以回收以節(jié)省成本、可以提升產(chǎn)品壽命、亦可能獲得很高的架構(gòu)強度。鋼的模數(shù)為210 GPa。一般而言，塑膠的模數(shù)比金屬小數(shù)十倍到數(shù)百倍。模數(shù)的定義E = 應(yīng)力0應(yīng)變0，單位是Pa(= N/m2)。塑膠材料與金屬、陶瓷材料之特性比較如表3-1。表3-1 塑膠材料與金屬、陶瓷材料之特性比較特性優(yōu)點缺點低熔點容易加工成形使用溫度範(fàn)圍窄高拉伸率Low brittleness高潛變強度和低降伏強度低密度成品輕架構(gòu)強度低低熱傳導(dǎo)性隔熱性佳散熱性差低導(dǎo)電性優(yōu)良的絕緣體不導(dǎo)電著色容

3、易不必在成品著色顏色比對不易溶劑之敏感性可應(yīng)用為溶液(solution)可能被溶劑(solvent)影響可燃性廢料可以燃燒可能產(chǎn)生煙害(fumes or fire hazards)透光性可以產(chǎn)生透明塑件因陽光照射而劣化將數(shù)種聚合物混合，或是將聚合物與其它材料、補強劑複合，可以改變其物理性質(zhì)、機械性質(zhì)和材料之成本。這些混合製程造就了下列聚合物系統(tǒng)(1) 聚合物合金及混合物聚合物合金(polymer alloys)及聚合物混合物(polymer blends)是將兩種或更多種聚合物混合的系統(tǒng)。當(dāng)混合結(jié)果產(chǎn)生融合效應(yīng)(synergistic effect)而具有單一的玻璃轉(zhuǎn)移溫度，稱為聚合物合金，其

4、性質(zhì)比各別的聚合物更佳。當(dāng)混合結(jié)果具有多重的玻璃轉(zhuǎn)移溫度，稱為聚合物混合物，其性質(zhì)是各別聚合物的平均。ABS是最早期的一種成功混合物，它結(jié)合了各個成分聚合物的耐化學(xué)性、韌性(toughness)以及剛性(rigidity)。(2) 聚合物複合材料聚合物複合材料(polymer composites)是將強化物質(zhì)添加到聚合物內(nèi)，以增加所需的性質(zhì)。單晶須晶、黏土、滑石、雲(yún)母等低長寬比（aspect ratio）之片狀填充料可以提升材料的勁度（stiffness）；然而，纖維、玻璃纖維、石墨、硼等高長寬比的填充料可以同時提升拉伸強度和勁度。3-1 塑膠之分類根據(jù)分子聯(lián)結(jié)的聚合回應(yīng)種類，塑膠可以區(qū)分為

5、熱塑性塑膠(thermoplastics)和熱固性塑膠(thermosets)。表3-2列出熱塑性塑膠與熱固性塑膠相關(guān)的架構(gòu)與性質(zhì)之整理。熱塑性塑膠根據(jù)分子架構(gòu)或鏈的架構(gòu)可以再細(xì)分為不定形(amorphous)、半結(jié)晶(semi-crystalline)或液晶(liquid crystalline)聚合物。聚合物的微架構(gòu)及加熱與冷卻的效應(yīng)如圖3-3。其它類別的塑膠包括彈性體(elastomers)、共聚合物(copolymers)、複合物(compounds)、商用塑膠和工程塑膠。添加物填充料和補強劑是直接與塑膠性質(zhì)和性能相關(guān)的其它分類方法。表3-2熱塑性塑膠與熱固性塑膠的架構(gòu)與性質(zhì)微架構(gòu)線性

6、或分枝分子鏈，分子間無化學(xué)作用?；瘜W(xué)回應(yīng)后，分子鏈產(chǎn)生交聯(lián)網(wǎng)狀架構(gòu)。對熱的回應(yīng)可以再軟化（屬于物理相態(tài)變化）。無裂解時，交聯(lián)后無法再軟化。一般性質(zhì)較高的耐衝擊強度。加工較容易。對于複雜設(shè)計有較佳的適應(yīng)性。較好的機械強度。較好的尺寸穩(wěn)定性。較佳的耐熱性及濕氣絕緣性。3-2 熱塑性塑膠一般而言，熱塑性塑膠聚合度較高，分子量也較大。線狀或分枝狀的長分子鏈有側(cè)鏈或官能基，而且不與其它聚合物分子相連接，結(jié)果，熱塑性塑膠可以重複地加熱而軟化，冷卻而凝固。這種以物理回應(yīng)之相變化為主的程式允許將塑膠廢料回收。雖然熱塑性塑膠可以回收，但在成形時仍可能有小程度的化學(xué)變化，回收塑膠的性質(zhì)可能不會與原始塑膠的性質(zhì)完全

7、相同。熱塑性塑膠占所生產(chǎn)塑膠的70%，熱塑性塑膠以小球狀或顆粒狀販?zhǔn)?，它們在壓力下加熱熔化成黏稠狀流體，冷卻時形成所需的成品形狀。與熱固性塑膠比較，熱塑性塑膠通常具有較高的耐衝擊強度，容易加工，對複雜設(shè)計有較好的適應(yīng)性。圖3-3 不同塑膠的微架構(gòu)，及製程中加熱或冷卻對于為架構(gòu)的影響。在熱塑性塑膠中，商用塑膠占了90%，例如高密度聚乙烯（HPPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等。然而，工程塑膠諸如縮醛(acetal)、ABS、耐隆、聚碳酸脂(PC)等提供了高機械強度、較佳的耐熱性、較高的衝擊強度等改善性能，因此價格也比較昂貴。實用上，經(jīng)常會提及

8、合金塑膠和工程塑膠等熱塑性塑膠的術(shù)語。合金塑膠指其構(gòu)造由不同的單體或聚合體之物理混合(而非聚合)。製造合金塑膠的理由大都是要適應(yīng)某種要求之物理性質(zhì)、有利于價格及性能指數(shù)、改進加工之可能性這三種原素，例如PC/ABS和ABS/PVA。而工程塑膠是指在機械裝置中取代其它金屬材料用途之塑膠，亦即使用為機械材料的塑膠，屬于高性能的塑膠，一般具有較大的溫度使用範(fàn)圍( 40300)、高強度與高剛性、耐衝擊性、低潛變性、耐磨損、優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性及絕緣性。熱塑性塑膠中又可以區(qū)分為不定形塑膠和結(jié)晶性塑膠，其架構(gòu)與性質(zhì)如表3-3。表3-3不定形塑膠與結(jié)晶性塑膠的架構(gòu)與性質(zhì)之比較不定形塑膠結(jié)晶性塑膠常用的材料丙烯

9、晴丁二烯苯乙烯共聚合物（ABS）、壓克力（例如PMMA、PAN）、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、苯乙烯丙烯系聚合物(SAN)。聚縮醛樹脂(POM)、耐隆(PA, 聚醯胺)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、熱塑性聚脂(例如PBT、PET)。微架構(gòu)分子在液相和固相都呈現(xiàn)雜亂的配向性。分子在液相呈現(xiàn)雜亂的配向性，在固相則形成緊密堆砌的晶體。熱之回應(yīng)具有軟化溫度範(fàn)圍，但沒有明顯的熔點。具有明確的熔點。性質(zhì)l 透明l 抗化學(xué)性差l 成形時體積收縮率低l 通常強度不高l 一般具有高熔膠黏度l 熱含量低l 半透明或不透明l 抗化學(xué)性佳l 成形時體積收縮率高l 強度高l 熔膠黏度低l

10、 熱含量高3-2-1 不定形聚合物在無應(yīng)力作用下加熱，不定形塑膠熔膠之分子鏈雜亂地相互糾纏在一起，分子鏈僅以微弱的凡得瓦爾力維系。不定形塑膠維持這種糾纏雜亂的配向性而無視于狀態(tài)的改變。不定形塑膠具有明確的玻璃轉(zhuǎn)移溫度和寬廣的軟化溫度範(fàn)圍，沒有明確的熔點。當(dāng)熔膠溫度降低，不定形塑膠開始呈現(xiàn)橡膠狀態(tài)，當(dāng)溫度繼續(xù)降低到玻璃轉(zhuǎn)移溫度以下，它將呈現(xiàn)玻璃狀態(tài)。不定形塑膠的透明度高、耐熱性中等、耐衝擊性好、收縮量低。充填模穴時，不定形塑膠的分子鏈會沿著熔膠流動方向拉伸，分子鏈與冷模壁接觸急冷而凍結(jié)；凝固層將塑件內(nèi)層與模壁隔離，使塑件內(nèi)層冷卻速率較慢，有足夠時間將分子鏈回複捲曲。也就是說，表層的分子鏈有較好的

11、配向性，較小的收縮量；內(nèi)層的分子鏈較無配向性，收縮量較大。所有的不定形塑膠的線性收縮率(linear shrinkages)都很接近，所以考量塑件尺寸時，同一塑件可以使用不同的不定形塑膠取代，例如以ABS取代苯乙烯，以PC取代壓克力，射出成形的尺寸應(yīng)該會維持在相當(dāng)精度以內(nèi)，只是性質(zhì)會有所變化。3-2-2 （半）結(jié)晶性聚合物結(jié)晶性材料是不具有大側(cè)基、旁枝或交聯(lián)的聚合物，熔融的結(jié)晶性塑膠黏滯性低，容易流動。當(dāng)冷卻到熔點以下時，分子形成規(guī)則的晶體架構(gòu)，使其流動性變差。隨著溫度繼續(xù)降低，其結(jié)晶度增加，強度也增加，透明度澤降低。結(jié)晶程式停止于玻璃轉(zhuǎn)移溫度。因為在正常的加工程式很難獲得100%結(jié)晶，結(jié)晶性

12、塑膠通常呈現(xiàn)半結(jié)晶，它同時具有結(jié)晶與不定形兩種相態(tài)，其結(jié)晶度則決定于聚合物的化學(xué)架構(gòu)和成形條件。（半）結(jié)晶性塑膠就像冰塊一樣具有明確的熔點，玻璃轉(zhuǎn)移溫度則不明顯，通常低于是溫，抗化學(xué)性及耐熱性佳、潤滑性良好、吸濕性低、收縮率高。半結(jié)晶性塑膠具有相當(dāng)大的線性收縮率，無法用以取代不定形的塑膠的射出成形；否則，會造成尺寸精度上很大的問題。3-2-3 液晶聚合物液晶聚合物在液態(tài)與固態(tài)都呈現(xiàn)高度規(guī)則的分子排列，如圖3-3所示，其棒狀的分子鏈形成平行數(shù)組。液晶聚合物具有低黏度、低成形收縮率、抗化學(xué)性、高勁度，抗?jié)撟儯罢w尺寸穩(wěn)定性等加工與性能的優(yōu)勢。3-3 熱固性塑膠 熱固性塑膠也稱為熱硬化塑膠，于加熱

13、之初會軟化，而后分子間產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)，造成高度連聯(lián)的網(wǎng)狀架構(gòu)，如圖3-3所示。熱固性塑膠與熱塑性塑膠的最大差異就在于交聯(lián)程式，本質(zhì)上，熱固性塑膠具有較好的機械強度、強高的使用溫度和較佳的尺寸穩(wěn)定性。許多熱固性塑膠是工程塑膠，並且因為交聯(lián)程式而具有不定形架構(gòu)。在成形之前，熱固性塑膠和熱塑性塑膠一樣具有鏈狀架構(gòu)。在成形過程中，熱固性塑膠以熱或化學(xué)聚合回應(yīng)，形成交聯(lián)架構(gòu)。一旦回應(yīng)完全，聚合物分子鍵結(jié)形成三維的網(wǎng)狀架構(gòu)，這些交聯(lián)的鍵結(jié)將會阻止分子鏈之間的滑動，結(jié)果，熱固性塑膠就變成了不熔化、不溶解的固體。假如沒有發(fā)生裂解，即使加了熱也不能將它再軟化或再加工。熱固性塑膠的性質(zhì)可以想像成煮熟的蛋，蛋黃從液體

14、變成固體，卻無法再轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。熱固性塑膠通常以液態(tài)的單體聚合物混合料，或部份聚合的成形複合物販?zhǔn)?。從尚未固化的狀態(tài)將熱固性塑膠注入模穴，于加壓或未加壓條件下，以加熱或以化學(xué)混合物催化聚合以定形。熱固性塑膠通常添加礦物質(zhì)、鍛石、玻纖等填充料或強化物質(zhì)以增強性質(zhì)，例如收縮量的控制、耐化學(xué)性、防震性、絕緣性、隔熱性或降低成本。其架構(gòu)之網(wǎng)目愈細(xì)，耐熱性和耐化學(xué)性也愈佳。環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂都是常見的熱固性塑膠。熱固性塑膠經(jīng)常應(yīng)用于IC等產(chǎn)品。表3-4提供了樹脂供貨商所建議的熔膠與模具之建議溫度值。3-4 添加劑、填充料與補強料添加劑(additives)、填充料(fillers)和補強料(reinfor

15、cements)是用來改變或改善塑膠的物理性質(zhì)和機械性質(zhì)，其影響列于表3-5。通常，強化纖維可以提升聚合物的機械性質(zhì)，而特定的填充料則用來增加模數(shù)。一般而言，塑膠是不良導(dǎo)體，許多填充料可以影響其電氣性質(zhì)，例如添加導(dǎo)電性填充料可以讓塑膠產(chǎn)生電磁遮敝性質(zhì)；添加抗靜電劑可以用來吸濕氣，降低靜電荷的累積；添加耦合劑可以改善塑膠與強化纖維之間的鍵結(jié)；有些填充料可以用來降低材料成本；其它的添加劑包括降低燃燒傾向的抗燃劑、降低熔膠黏度的潤滑劑、增加材料柔軟性的塑化劑、和提供耐顏色的著色劑。填充料可以改善塑膠的性質(zhì)和成形性。假如添加低值長寬比的填充料，其底材的性質(zhì)改變較小，此類填充料的好處如下( 降低收縮量。

16、( 改善耐熱性。( 改善強度，特別是壓縮強度。( 降低耐衝擊性。( 改善耐溶劑性。表 3-4 常用樹脂的建議熔膠溫度與模具溫度材料名稱流動性質(zhì)熔膠溫度(CF)模具溫度(CF)頂出溫度(CF)MFR g/10min測試負(fù)荷 kg測試溫度C最小值建議值最大值最小值建議值最大值建議值A(chǔ)BS 3510220200/392230/446280/53625/7750/12280/17688/190PA 12 955275230/446255/491300/57230/8680/176110/230135/275PA 6 1105275230/446255/491300/57270/15885/185110

17、/230133/271PA 66 1005275260/500280/536320/60870/15880/176110/230158/316PBT 352.16250220/428250/482280/53615/6060/14080/176125/257PC 201.2300260/500305/581340/64470/15895/203120/248127/261PC/ABS125240230/446265/509300/57250/12275/167100/212117/243PC/PBT 465275250/482265/509280/53640/10460/14085/18512

18、5/257PE-HD 152.16190180/356220/428280/53620/6840/10495/203100/212PE-LD 102.16190180/356220/428280/53620/6840/10470/15880/176PEI 155.00340340/644400/752440/82470/158140/284175/347191/376PET 275290265/509270/518290/554 80/176100/212120/248150/302PETG 235260220/428255/491290/55410/5015/6030/8659/137PMM

19、A 103.8230240/464250/482280/53635/9060/14080/17685/185POM 202.16190180/356225/437235/45550/12270/158105/221118/244PP 202.16230200/392230/446280/53620/6850/12280/17693/199PPE/PPO 4010265240/464280/536320/60860/14080/176110/230128/262PS 155200180/356230/446280/53620/6850/12270/15880/176PVC 5010200160/

20、320190/374220/42820/6840/10470/15875/167SAN 3010220200/392230/446270/51840/10460/14080/17685/185高值長寬比的填充料(例如25以上)可以稱為纖維(fiber)。纖維補強料可以相當(dāng)程度地影響塑膠性質(zhì)。假設(shè)聚合物與纖維之間具有良好的結(jié)合力，則沿著纖維方向的強度會大幅提升。假如多數(shù)纖維有相同的配向性，則沿著纖維配向性與垂直于纖維配向的彈性模數(shù)會有很大差異，在垂直方向的模數(shù)會與無添加纖維的塑膠之模數(shù)接近。添加的纖維也相當(dāng)程度地影響材料的收縮性質(zhì)，在纖維配向方向的收縮率會比剖面方向的收縮率低許多。因為纖維的配向

21、性隨著流動方向、肉厚方向、縫合線位置而變化，為了預(yù)測塑件的性質(zhì)，預(yù)測這些配向性就愈顯重要。表3-5添加劑、填充料與補強料對于聚合物性質(zhì)的影響添加劑、填充料及補強料常用村料對聚合物性質(zhì)的影響強化纖維碳素、碳、礦物質(zhì)纖維、玻璃、kevlarl 增加拉伸強度l 增加彎曲模數(shù)(flexural modulus)l 提升熱變形溫度l 提升抗收縮與抗翹曲能力導(dǎo)電性填充料鋁粉、碳纖維、石墨l 提升電氣性質(zhì)l 提升熱傳導(dǎo)性耦合劑Silanes、titanatesl 改善聚合物與纖維界面之鍵結(jié)力抗燃劑氯、溴、硫、金屬鹽l 降低燃燒發(fā)生率及擴散速度混合填充料碳酸鈣、矽、黏土l 降低材料成本塑化劑單體液體、低分子量

22、材料l 改善熔膠的流動性l 加強撓曲性著色劑（色料或染料）金屬氧化物、鉻酸鹽、碳黑l 提供耐久的顏色l 防止熱裂解或紫外線造成裂解發(fā)泡劑氣體、氮複合物、聯(lián)氨衍生物l 造成孔穴組織以降低材料密度第四章 塑膠如何流動？熔融的熱塑性塑膠呈現(xiàn)黏彈性行為(viscoelastic behavior)，亦即黏性流體與彈性固體的流動特性組合。當(dāng)黏性流體流動時，部分驅(qū)動能量將會轉(zhuǎn)變成黏滯熱而消失；然而，彈性固體變形時，會將推展變形的能量儲存起來。日常生活中，水的流動就是典型的黏性流體，橡膠的變形屬于彈性體。除了這兩種的材料流動行為，還有剪切和拉伸兩種流動變形，如圖4-1 (a)與(b)。在射出成形的充填階段，

23、熱塑性塑膠之熔膠的流動以剪切流動為主，如圖4-1(c)所示，材料的每一層元素之間具有相對滑動。另外，當(dāng)熔膠流經(jīng)一個尺寸突然變化的區(qū)域，如圖4-1(d)，拉伸流動就變得重要多了。圖4-1 (a)剪切流動；(b)拉伸流動；(c)模穴內(nèi)的剪切流動(d)充填模穴內(nèi)的拉伸流動熱塑性塑膠承受應(yīng)力時會結(jié)合理想黏性流體和理想彈性固體之特性，呈現(xiàn)黏彈性行為。在特定的條件下，熔膠像液體一樣受剪應(yīng)力作用而連續(xù)變形；然而，一旦應(yīng)力解除，熔膠會像彈性固體一樣恢復(fù)原形，如圖4-2 (b)與 (c)所示。此黏彈性行為是因為聚合物在熔融狀態(tài)，分子量呈現(xiàn)雜亂捲曲型態(tài)，當(dāng)受到外力作用時，將允許分子鏈移動或滑動。然而，相互糾纏的聚

24、合物分子鏈?zhǔn)瓜到y(tǒng)于施加外力或解除外力時表現(xiàn)出彈性固體般的行為。譬如說，在解除應(yīng)力后，分子鏈會承受一恢復(fù)應(yīng)力，使分子鏈回到雜亂捲曲的平衡狀態(tài)。因為聚合物系統(tǒng)內(nèi)仍有分子鏈的交纏，此恢復(fù)應(yīng)力可能不是立即發(fā)生作用。圖4-2 (a)理想的黏性液體在應(yīng)力作用下表現(xiàn)出連續(xù)的變形；(b)理想的彈性固體承受外力會立刻變形，于外力解除后完全恢復(fù)原形；(c)熱塑性塑膠之熔膠就像液體一樣，在剪切應(yīng)力作用下而連續(xù)變形。然而，一旦應(yīng)力解除，它就像彈性固體一般，部分變形會恢復(fù)原形。4-1 熔膠剪切黏度熔膠剪切黏度(shear viscosity)是塑膠抵抗剪切流動的阻力，它是剪切應(yīng)力與剪變率的比值，參閱圖4-3。聚合物熔膠

25、因長分子鏈接構(gòu)而具有高黏度，通常的黏度範(fàn)圍介于23000 Pa（水為 10-1 Pa，玻璃為1020 Pa）。圖4-3 以簡易之剪切流動說明聚合物熔膠黏度的定義水是典型的牛頓流體，牛頓流體的黏度與溫度有關(guān)係，而與剪變率無關(guān)。但是，大多數(shù)聚合物熔膠屬于非牛頓流體，其黏度不僅與溫度有關(guān)，也與剪切應(yīng)變率有關(guān)。聚合物變形時，部份分子不再糾纏，分子鏈之間可以相互滑動，而且沿著作用力方向配向，結(jié)果，使得聚合物的流動阻力隨著變形而降低，此稱為剪變致稀行為（shearing-thinning behavior），它表示聚合物承受高剪變率時黏度會降低，也提供了聚合物熔膠加工便利性。例如，以兩倍壓力推展開放管線內(nèi)

26、的水，水的流動速率也倍增。但是，以兩倍壓力推展開放管線內(nèi)的聚合物熔膠，其流動速率可能根據(jù)使用材料而增加215倍。介紹了剪切黏度的理念，再來看看射出成形時模穴內(nèi)的剪變率分佈。一般而言，材料的連接層之間的相對移動愈快，剪變率也愈高，所以，典型的熔膠流動速度曲線如圖4-4（a），其在熔膠與模具的界面處具有最高的剪變率；或者，假如有聚合物凝固層，在固體與液體界面處具有最高的剪變率。另一方面，在塑件中心層因為對稱性流動，使得材料之間的相對移動趨近于零，剪變率也接近零，如圖4-4（b）所示。剪變率是一項重要的流動參數(shù)，因為它會影響熔膠黏度和剪切熱（黏滯熱）的大小。射出成形製程的典型熔膠剪變範(fàn)圍在102 1

27、05 1/s之間。圖4-4 （a）相對流動元素間運動之典型速度分佈曲線； ( b)射出成形之充填階段的剪變率分佈圖。聚合物分子鏈的運動能力隨著溫度升高而提升，如圖4-5所示，隨著剪變率升高與溫度升高，熔膠黏度會降低，而分子鏈運動能力的提升會促進較規(guī)則的分子鏈排列及降低分子鏈相互糾纏程度。此外，熔膠黏度也與壓力相關(guān)，壓力愈大，熔膠愈黏。材料的流變性質(zhì)將剪切黏度表示為剪變率、溫度與壓力的函數(shù)。圖4-5 聚合物黏度與剪變率、溫度、及壓力的關(guān)係4-2 熔膠流動之驅(qū)動-射出壓力射出機的射出壓力是克服熔膠流動阻力的驅(qū)動力。射出壓力推展熔膠進入模穴以進行充填和保壓，熔膠從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，就如同水從高處往低

28、處流動。在射出階段，于噴嘴蓄積高壓力以克服聚合物熔膠的流動阻力，壓力沿著流動長度向聚合物熔膠波前逐漸降低。假如模穴有良好的排氣，則最終會在熔膠波前處達到大氣壓力。壓力分佈如圖4-6所示。圖4-6 壓力沿著熔膠輸送系統(tǒng)和模穴而降低模穴入口的壓力愈高，導(dǎo)致愈高的壓力梯度（單位流動長度之壓力降）。熔膠流動長度加長，就必須提升入口壓力以產(chǎn)生相同的壓力梯度，以維持聚合物熔膠速度，如圖4-7所示。圖4-7熔膠速度與壓力梯度的關(guān)係根據(jù)古典流體力學(xué)的簡化理論，充填熔膠輸送系統(tǒng)（豎澆道、流道和澆口）和模穴所需的射出壓力與使用材料、設(shè)計、製程參數(shù)等有關(guān)係。圖4-8顯示射出壓力與各參數(shù)的函數(shù)關(guān)係。使用P表示射出壓力

29、，n 表示材料常數(shù)，大多數(shù)聚合物的n值介于0.150.36 之間，0.3是一個適當(dāng)?shù)慕浦?，則熔膠流動在豎澆道、流道和圓柱形澆口等圓形管道內(nèi)所需的射出壓力為熔膠流動在薄殼模穴之帶狀管道內(nèi)所需的射出壓力為熔膠的流動速度與流動指數(shù)(Melt Index, MI) 有關(guān)，流動指數(shù)也稱為流導(dǎo)flow conductance），流動指數(shù)是熔膠流動難易的指標(biāo)。實際上，流動指數(shù)是塑件幾何形狀（例如壁厚，表面特徵）及熔膠黏度的函數(shù)。流動指數(shù)隨著肉厚增加而降低，但是隨著熔膠黏度增加而上升，參閱圖4-9。射出成形時，在特定的成形條件及塑件肉厚下，熔膠可以流動的長度將根據(jù)材料的熱卡性質(zhì)與剪切性質(zhì)而決定，此性質(zhì)可以表

30、示為熔膠流動長度，如圖4-10所示。圖4-8 射出壓力與使用材料知黏滯性、流動長度、容積流率和肉厚的函數(shù)關(guān)係圖4-9流動指數(shù)相對于壁厚與黏度關(guān)係圖4-10熔膠流動長度決定于塑件厚度和溫度將射出成形充填模穴的射出壓力相對于充填時間畫圖，通常可以獲得U形曲線，如圖4-11，其最低射出壓力發(fā)生在曲線的中段時間。要採用更短的充填時間，則需要高熔膠速度和高射出壓力來充填模穴。要採用較長的充填時間，可以提供塑膠較長的冷卻時間，導(dǎo)致熔膠黏度提升，也需要較高的射出壓力來充填模穴。射出壓力相對于充填時間的曲線形狀與所使用材料、模穴幾何形狀和模具設(shè)計有很大的關(guān)係。圖4-11射出壓力相對于充填時間之U形曲線4-2-

31、1 最後必須指出，因為熔膠速度（或剪變率）、熔膠黏度與熔膠溫度之間交互作用，有時候使得充填模穴的動力學(xué)變得非常複雜。注意，熔膠黏度隨著剪變率上升及溫度上升而降低。高熔膠速度造成的高剪變率及高剪切熱可能會使黏度降低，結(jié)果使流動速度更加快，更提升了剪變率和熔膠溫度。所以對于剪變效應(yīng)很敏感的材料本質(zhì)上具有不穩(wěn)定性。4-2-24-2-3 影響射出壓力的原素圖 4-12針對影響射出壓力的設(shè)計與成形參數(shù)進行比較。參數(shù)需要高射出壓力可用低射出壓力塑件設(shè)計肉厚塑件表面澆口設(shè)計澆口尺寸流動長度成形條件熔膠溫度模壁（冷卻劑）溫度螺桿速度選擇材料熔膠流動指數(shù)圖4-12 射出壓力與設(shè)計、成形參數(shù)、材料的關(guān)係4-3 充

32、填模式充填模式(Filling Pattern)是熔膠在輸送系統(tǒng)與模穴內(nèi)，隨著時間而變化的流動情形，如圖4-13所示。充填模式對于塑件品性有決定性的影響，理想的充填模式是在整個製程中，熔膠以一固定熔膠波前速度(melt front velocity, MFV)同時到達模穴內(nèi)的每一角落；否則，模穴內(nèi)先填飽的區(qū)域會因過度充填而溢料。以變化之熔膠波前速度充填模穴，將導(dǎo)致分子鏈或纖維配向性的改變。圖4-13 計算機仿真之熔膠充填模式的影像4-3-1 熔膠波前速度與熔膠波前面積熔膠波前的前進速度簡稱為MFV，推進熔膠波前的剖面面積簡稱為 MFA，MFA可以取熔膠波前橫向長度乘上塑件肉厚而得到，或是取流道

33、剖面面積，或者視情況需要而取兩者之和。在任何時間，容積流動率 = 熔膠波前速度(MFV) 熔膠波前面積(MFA)對于形狀複雜的塑件，使用固定的螺桿速率並不能保證有固定的熔膠波前速度。當(dāng)模穴剖面面積發(fā)生變化，縱使射出機維持了固定的射出速度，變化之熔膠波前速度仍可能先填飽模穴的部份區(qū)域。圖 4-14 顯示在鑲埋件(insert)周遭熔膠波前速度增加，使鑲埋件兩側(cè)產(chǎn)生高壓力和高配向性，造成塑件潛在的不均勻收縮和翹曲。圖4-14 熔膠波前速度(MFV)和熔膠波前面積(MFA)。MFV之差異會使得塑膠分子(以點表示)以不同模式伸展，導(dǎo)致分子與纖維配向性的差異，造成收縮量差異或翹曲。在射出成形的充填階段，

34、塑膠材料的分子鏈或是填充料會依照剪應(yīng)力之作用而發(fā)生配向。由於模溫通常比較低，在表面附近的配向性幾乎瞬間即凝固。分子鏈和纖維的配向性取決于熔膠之流體動力學(xué)和纖維伸展的方向性。在熔膠波前處，由於剪切流動和拉伸流動的組合，不斷強迫熔膠從肉厚中心層流向模壁，造成噴泉流效應(yīng)(fountain flow effect)，此效應(yīng)對塑件表層的分子鏈纖維配向性的影響甚巨。請參閱圖4-15之說明。圖4-15 塑件表層與中心層之纖維配向性塑件成形之MFV愈高，其表面壓力愈高，分子鏈配向性的程度也愈高。充填時的MFV差異會使得塑件內(nèi)的配向性差異，導(dǎo)致收縮不同而翹曲，所以充填時應(yīng)盡量維持固定的MFV，使整個塑件有均勻的

35、分子鏈配向性。MFV和MFA是流動平衡的重要設(shè)計參數(shù)。不平衡流動的MFA會有突然的變化，當(dāng)部分的模穴角落已經(jīng)充飽，部分的熔膠仍在流動。對于任何複雜的幾何形狀，應(yīng)該將模穴內(nèi)的MFA變化最小化，以決定最佳的澆口位置。流動平衡時，熔膠波前面積有最小的變化，如圖 4-16所示。4-4 圖4-16 (a) MFA變化導(dǎo)致的平衡與不平衡流動；及(b)其對應(yīng)的充填模式。4-54-6 流變理論流變學(xué)(rheology)是探討材料受力后變形和流動的加工特性，包括剪變率、剪切黏度、黏彈性、黏滯熱、拉伸黏度等等。熔融塑膠大多呈現(xiàn)擬塑性行為，即根據(jù)指數(shù)律(power law)，n 1塑膠受剪應(yīng)力而運動時，其黏度隨剪變

36、率增加而降低，此現(xiàn)象稱為高分子材料的剪稀性(shear thinning)。通常廠商比較常提供的塑膠特性指標(biāo)是流動指標(biāo)MI (Melt index)，一般塑膠的MI值大約介于125之間，MI值愈大，代表該塑膠黏度愈小，分子重量愈?。环粗琈I值愈小，代表該塑膠黏度愈大，分子重量愈大。MI值僅僅是塑膠剪切黏度曲線上的一點。(注黏度單位1 cp = 0.001 Pas， cp = centipoise, Pa = N/m2)其它影響塑膠性質(zhì)的原素包括分子量的大小及分子量分佈、分子配向性、玻璃轉(zhuǎn)移溫度和添加物等。(1) 分子量的大小及分子量分佈塑膠的特性之一就是分子量很大，分子量分佈曲線和其聚合的方

37、法及條件對于所製造出來的成型品有密切影響。分子量大者璃轉(zhuǎn)移溫度Tg較高，機械性質(zhì)、耐熱性、耐衝擊強度皆提升，但是黏度亦隨分子量增大而提升，造成加工不易。就分子量分佈而言，短分子鏈影響拉伸及衝擊強度，中分子鏈影響溶液黏度及低剪切熔膠流動，長分子鏈的量影響熔膠彈性。(2) 玻璃轉(zhuǎn)移溫度(glass transition temperature, Tg)其意思即高分子鏈開始具有大鏈接移動，也就是脫離硬綁綁的玻璃態(tài)，開始較具延展性的溫度。而Tg的大小對于塑膠性質(zhì)有很大的影響，所以往往成為判斷塑膠性質(zhì)的重要指標(biāo)，玻璃態(tài)時顯現(xiàn)出類似玻璃的剛硬性質(zhì)，但于橡膠態(tài)時，又變成較軟之橡膠性質(zhì)。(3) 分子配向性(4

38、) 塑膠材料原來的性質(zhì)會隨著外來的原素和作用力而改變，例如聚合物熔膠的黏度(表示材料流動阻力)隨分子量增加而增加，但隨溫度增加而減少。更進一步，作用于材料的高剪應(yīng)力所造成的分子配向性也會降低塑膠熔膠的黏度。(5)添加劑、填充材料、及補強材料對于聚合物的影響第五章 包括安定劑、潤滑劑、塑化劑、抗燃劑、著色劑、發(fā)泡劑、抗靜電劑、填充材料、及補強材料等等可以用來改變獲改善塑膠的物理性質(zhì)和機械性質(zhì)。第六章第七章材料性質(zhì)與塑件設(shè)計5-1 材料性質(zhì)與塑件設(shè)計塑膠材料的多樣性使得塑膠射出成形比金屬成形更具有設(shè)計的自由度。然而，塑件的機械性質(zhì)受到負(fù)荷種類、負(fù)荷速率、施加負(fù)荷期間長短、施加負(fù)荷的頻率、以及使用環(huán)

39、境溫度變化與濕度變化等原素的影響，所以設(shè)計者必須將這些使用條件列入考慮。5-1-1 應(yīng)力-應(yīng)變行為材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為決定其強度或勁度。影響材料強度的原素包括塑件的幾何形狀、負(fù)荷、拘束條件、成形製程導(dǎo)致的殘留應(yīng)力和配向性。根據(jù)施加在塑件的負(fù)荷或拘束條件的不同，必須考慮不同種類的強度性質(zhì)，包括拉伸強度、壓縮強度、扭曲強度、撓曲強度和剪變強度等。設(shè)計塑件時，應(yīng)該根據(jù)塑件承受的主要負(fù)荷來決定材料相關(guān)的強度。將其使用環(huán)境溫度及應(yīng)變率下的主要負(fù)荷所相關(guān)的應(yīng)力應(yīng)變行為列為重要考慮。然而，由於拉伸試驗以外的其它測試程式先天上都有準(zhǔn)確性的問題，使得塑膠材料往往只提供短期的拉伸試驗(tensile test)結(jié)

40、果。讀者如果有其它負(fù)荷狀態(tài)的應(yīng)用，應(yīng)參閱相關(guān)的文獻數(shù)據(jù)。圖5-1說明拉伸試驗棒和預(yù)設(shè)固定負(fù)荷下的變形量，其中，應(yīng)力()與應(yīng)變()的定義為圖5-1 (a) 拉伸實驗棒截面面積A，原始長度L0；(b) 于固定負(fù)荷下拉長至長度L。圖 5-2熱塑性塑膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以獲得楊氏模數(shù)、比例極限，彈性極限、降伏點、延展性、破壞強度和破壞之伸長量等材料性質(zhì)。圖5-2 典型熱塑性塑膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖楊氏模數(shù)是應(yīng)力應(yīng)變曲線起始直線部份的斜率。定義為楊氏模數(shù)經(jīng)常被用作材料強度指標(biāo)。楊氏模數(shù)實際上是材料剛性(rigidity)的指標(biāo)，它可以應(yīng)用于工程上簡化的線性運算，例如決定塑件的勁度(stiffness)。比例

41、極限是圖 5-3上的 P 點，曲線從這點開始偏離其線性行為。彈性極限是圖 5-3的 I 點，它是材料承受應(yīng)變而仍能夠回復(fù)原形的最大限度。假如應(yīng)變量超過彈性極限，並且繼續(xù)增加，則材料可能發(fā)生拉伸現(xiàn)象而無法回復(fù)原形，或者可能發(fā)生破壞，如圖 5-2所示。圖 5-3 局部之應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中，P點是比例極限， 經(jīng)常用作設(shè)計上的應(yīng)變限度。I 點是彈性極限。圖 5-4顯示相同基底樹脂材料的兩種熱塑性複合物之應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中一者添加了30%玻纖，另一者無填充料。玻纖填充料使得塑膠的破壞強度、降伏應(yīng)力、比例極限應(yīng)力及楊氏模數(shù)都明顯地提升，並且承受較低的應(yīng)變量就產(chǎn)生破壞。無填充料的熱塑性塑膠在降伏點以上產(chǎn)生拉

42、伸現(xiàn)象，使應(yīng)力減小。拉伸造成剖面面積的縮小量可以根據(jù)蒲松比計算。負(fù)荷速率（或應(yīng)變率）及溫度對于塑膠的應(yīng)力應(yīng)變行為有很大的影響。圖 5-5是半結(jié)晶塑膠受負(fù)荷速度及溫度影響時之拉伸實驗應(yīng)力應(yīng)變曲線。通常，在高負(fù)荷速率和低溫條件時，塑膠材料顯得剛且脆；低負(fù)荷速和高溫條件時，受到其黏滯性的影響，塑膠材料較具有撓性和延展性。從圖 5-5可以觀察到，高負(fù)荷速率使得材料的破壞應(yīng)力和降伏應(yīng)力大幅提升。然而，提升溫度會使得破壞應(yīng)力和降伏應(yīng)力降低。圖5-4 添加30%玻纖與無添加物之熱塑性樹脂的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖5-5 負(fù)荷速率與溫度對于典型聚合物之應(yīng)力應(yīng)變圖的影響加熱半結(jié)晶性塑膠使之透過玻璃轉(zhuǎn)移溫度（Tg），則負(fù)荷

43、速度、溫度等相關(guān)的效應(yīng)更加明顯，結(jié)果導(dǎo)致塑膠產(chǎn)生全然不同的運動行為。不定形塑膠透過軟化區(qū)后呈現(xiàn)黏性流。5-1-2 潛變與應(yīng)力鬆弛設(shè)計承受長期負(fù)荷的塑件時，應(yīng)非常注意潛變效應(yīng)及應(yīng)力鬆弛。不論所施加負(fù)荷的大小，只要持續(xù)地施加一定量負(fù)荷在塑膠材料上，塑膠材料就會連續(xù)地變形，這種長期間、永久性的變形稱為潛變(creep)，如圖5-6所示。圖5-6 典型的潛變曲線，其潛變量根據(jù)負(fù)荷及時間而變化。要設(shè)計承受長期負(fù)荷的塑件，必須使用潛變量據(jù)以確保塑件不會在壽命週期內(nèi)產(chǎn)生破壞、產(chǎn)生降伏、裂縫或是過量的變形。雖然大多數(shù)塑膠擁有在相當(dāng)時間內(nèi)、特定應(yīng)力及溫度條件下的潛變量據(jù)，但是每個塑件設(shè)計仍需對其特定的負(fù)荷與使用

44、條件來調(diào)整設(shè)計值。由於要針對各別設(shè)計塑件進行長期間的試驗並不可行，而且塑件將來使用期間的應(yīng)力與環(huán)境條件不容易進行長期間的預(yù)測，所以，往往必須從較短的潛變試驗數(shù)據(jù)執(zhí)行內(nèi)插和外插。通常，工程師使用樹脂供貨商提供的潛變數(shù)據(jù)庫獲得應(yīng)變相對于時間之?dāng)?shù)據(jù)，再進行內(nèi)插和外插，以獲得同一時間之應(yīng)力應(yīng)變非線性曲線，如圖 5-7。這些曲線將取代短期的應(yīng)力應(yīng)變曲線，應(yīng)用于長期靜負(fù)荷之塑性設(shè)計。圖5-7 在固定應(yīng)變下，應(yīng)力隨著經(jīng)歷時間而遞減的情形。潛變模數(shù)(creep modulus, Ec)可以應(yīng)用于固定應(yīng)力或應(yīng)力鬆弛計算。潛變模數(shù)與時間、溫度有關(guān)係，它與固定應(yīng)力()以及隨時間、溫度變化的應(yīng)變(t, T)之間的關(guān)係

45、式定義如下 其它與潛變有關(guān)連的原素包括隨著溫度的上升，潛度速率與應(yīng)力鬆弛速率都會上升。只要施加負(fù)荷的時間夠久，就可能發(fā)生破壞，此稱為應(yīng)力破裂(stress crack)。內(nèi)壓力（殘留應(yīng)力）應(yīng)該與外應(yīng)力一並考慮。應(yīng)力鬆弛是潛變的一種推論現(xiàn)象。假如變形量固定，則抵抗變形的應(yīng)力會隨著時間而遞減。塑膠材料發(fā)生潛變的物理機構(gòu)也可以應(yīng)用于應(yīng)力鬆弛。圖 5-7說明在固定應(yīng)變下，應(yīng)力隨著經(jīng)歷時間而遞減的情形。5-1-3 疲勞當(dāng)設(shè)計的塑件承受週期性的負(fù)載時，就應(yīng)考慮疲勞效應(yīng)(fatigue)。承受週期性負(fù)荷之塑膠應(yīng)該使用比例極限進行設(shè)計。假如施加時間間距短，而且為長期的反覆性負(fù)荷，應(yīng)該使用S-N曲線進行設(shè)計。S

46、-N曲線是在固定頻率、固定溫度和固定負(fù)荷條件下，施加彎矩、扭力和拉伸應(yīng)力于材料，測試而得。隨著反覆性負(fù)荷的頻率數(shù)目增加，造成塑件因疲勞而破壞所須的應(yīng)力會降低。許多材料存在一特定的應(yīng)力忍受限度，在應(yīng)力低于忍受限度時，材料不會因反覆性負(fù)荷造成疲勞而破壞，參閱圖 5-8。即使只施加很小的應(yīng)力，根據(jù)施加應(yīng)力的大小，材料承受反覆性負(fù)荷時，可能在週期結(jié)束后無法恢復(fù)原狀。當(dāng)施加負(fù)荷與解除負(fù)荷的頻率增加，或是施加負(fù)荷與無負(fù)荷的間隔時間縮短，塑件表面可能應(yīng)為疲勞而產(chǎn)生微小裂縫或其它瑕疵，造成韌性降低。圖5-8 典型的撓曲疲勞S-N曲線具有一個應(yīng)力忍耐限度，在此限度以下的應(yīng)力不會造成破壞。5-1-4 衝擊強度因為

47、塑膠具有黏彈性，其性質(zhì)與使用時間、負(fù)荷速率、負(fù)荷頻率、施加負(fù)荷期間長短、使用溫度都有密切的關(guān)係。塑膠的衝擊強度（或韌性）表示其抵抗脈波負(fù)荷的能力。圖 5-5顯示塑膠材料的衝擊強度隨著負(fù)荷速率的增加而增大。塑膠材料承受高速的負(fù)荷時，會表現(xiàn)出脆性而沒有拉伸的傾向。低溫時，塑膠應(yīng)亦呈現(xiàn)脆性。塑膠材料承受衝擊時，對于凹痕很敏感。尖銳的轉(zhuǎn)角半徑會造成應(yīng)力集中，也會降低其衝擊強度，如圖 5-9所示。圖5-9 塑膠應(yīng)力集中是其濃度與圓角半徑的函數(shù)5-1-5 熱機械行為熱膨脹系數(shù)是溫度從一特定值上升時，材料尺寸變化的量度。塑膠的熱膨脹系比金屬大510倍。溫度變化對于塑件的尺寸和機械性質(zhì)會造成可觀的影響，所以設(shè)

48、計塑件時必須考慮到使用塑件的最高溫度和最低溫度。假如使用于大溫度範(fàn)圍大的塑件與金屬件緊密結(jié)合，強度較差的塑件會因熱膨脹或收縮而破壞。根據(jù)塑件強度及上升溫度情況，此破壞可能立刻發(fā)生或延后發(fā)生，所以設(shè)計塑件與金屬組件組合時，必須將其尺寸變化的安全裕度列入考慮。使用于室溫以上的塑件應(yīng)考慮下列原素( 塑件尺寸增長的傾向正比于其長度、溫度上升量、及熱膨脹系數(shù)。l( 當(dāng)塑件溫度從室溫上升時，其強度及楊氏模數(shù)會降低，如圖 5-5所示。l( 低模數(shù)材料可能會呈現(xiàn)橡膠般的拉伸現(xiàn)象。分子鏈的配向性和添加纖維的配向性會造成塑件尺寸不等向的變化，其在流動方向比截面方向具有更大的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)塑件長期存在于高溫，應(yīng)考慮

49、l( 存放時承受內(nèi)應(yīng)力或外應(yīng)力的塑件，應(yīng)考慮潛變和應(yīng)力松弛。l( 塑件因分子裂解而變脆。l( 有些複合物會釋放成分。塑件長期存放于低溫時，應(yīng)考慮原素l( 塑件尺寸縮減正比于其長度、溫度下降量、及熱膨脹(熱收縮)系數(shù)。l( 模數(shù)上升。l( 塑件變脆。5-2 塑件強度設(shè)計設(shè)計塑件時，其破壞性質(zhì)控制的成功與否，往往取決于對于塑件強度（或勁度）的準(zhǔn)確預(yù)測。根據(jù)塑件承受負(fù)荷或拘束條件的不同，可以區(qū)分為拉伸強度、壓縮強度、扭曲強度，撓曲強度和剪切強度。塑件的強度與材料、幾何形狀、拘束條件、成形的殘留應(yīng)力和配向性有關(guān)。表 5-1列出五種典型的負(fù)荷條件及設(shè)計者應(yīng)考慮的材料性質(zhì)。表5-1 典型的負(fù)荷條件及設(shè)計者

50、應(yīng)考慮的材料性質(zhì)負(fù)荷條件設(shè)計者應(yīng)考慮的材料性質(zhì)短期負(fù)荷應(yīng)力-應(yīng)變行為長期負(fù)荷潛變反覆性負(fù)荷疲勞高速和衝擊性負(fù)荷衝擊強度極端溫度之負(fù)荷熱應(yīng)力應(yīng)變行為5-2-1 短期負(fù)荷短期負(fù)荷是指塑件于搬運、組合、和使用時，偶而施加的負(fù)荷，其設(shè)計應(yīng)採用應(yīng)力-應(yīng)變圖的比例極限值。使用肋或角板等強化架構(gòu)，可以改善塑件的強度。應(yīng)考慮使用寬幅的肋，以提升架構(gòu)強度；增加肋的高度或減小肋的間距也會改善架構(gòu)強度。另外，在需要的方向添加強化玻璃纖維也可以改善架構(gòu)強度。5-2-2 長期負(fù)荷長期負(fù)荷指在比例極限以內(nèi)，塑件長時間承受高外力負(fù)荷，以及塑件在成形和組合製程中造成的高內(nèi)應(yīng)力或殘留應(yīng)力。其于設(shè)計上應(yīng)考慮l( 使用潛變模數(shù)，以

51、避免應(yīng)力破裂破壞，維持接點緊密結(jié)合和塑件功能。l( 設(shè)計壓合連接或搭扣連接之組合，以減少組裝造成的應(yīng)力。l( 使用固定組件(fasteners)以減低應(yīng)力，強化結(jié)構(gòu)。l( 設(shè)計塑件與塑件接合時，使用幾何特征或保留安全裕度，以防止塑件因 組合而過度緊密配合。5-2-3 反覆性負(fù)荷當(dāng)塑件承受反覆性負(fù)荷，應(yīng)考慮在其壽命內(nèi)預(yù)計承受負(fù)荷的次數(shù)，下列數(shù)字提供典型反覆性負(fù)荷的範(fàn)例。負(fù) 荷 種 類負(fù) 荷 次 數(shù)反覆組合和拆解少于 1,000 次 齒輪之各齒承受反覆性負(fù)荷 大于 10,000 次 彈簧組件 大于 10,000 次塑件承受反覆性負(fù)荷時，應(yīng)考慮下列建議l( 長間距之周期性負(fù)荷可以采用比例極限進行設(shè)計

52、。l( 塑件承受短間距和長期間的反複性負(fù)荷，應(yīng)使用S-N曲線進行設(shè)計。l( 高度拋光的光滑模面可以降低產(chǎn)生微小裂縫的傾向。l( 注意圓角的設(shè)計以避免應(yīng)力集中。l( 塑件承受高頻或高振幅的周期性負(fù)荷時，會生熱而縮短壽命。改用薄壁 設(shè)計和耐疲勞的導(dǎo)熱性材料可以改善塑件的散熱功能。5-2-4 高速負(fù)荷及衝擊負(fù)荷高速負(fù)荷指施加負(fù)荷的速度高于1 m/s，衝擊性負(fù)荷指負(fù)荷速度高于 50 m/s。應(yīng)避免在高應(yīng)力區(qū)施加高速負(fù)荷和衝擊性負(fù)荷。當(dāng)設(shè)計之塑件承受此類負(fù)荷時必須牢記以下建議l( 在預(yù)期的負(fù)荷速率之內(nèi)，使用比例極限進行設(shè)計之計算。l( 使用較大的圓角半徑及較和緩的肉厚寬度變化，以避免應(yīng)力集中。l( 長時間處于高熔融溫度的樹脂會裂解變脆。要使高溫對于熔膠的影響最 小化，就必須選用適當(dāng)熔點的塑膠和適當(dāng)?shù)纳涑隽贤瞾磉M行射出成形。5-2-5 極端溫度施加負(fù)荷塑件之儲存、搬運和使用溫度很容易就高出或低于室溫2030，應(yīng)用于極端溫度的塑件必須能適應(yīng)環(huán)境。設(shè)計塑件將應(yīng)用于極端溫度條件，建議注意事項如下l( 應(yīng)用比例極限進行計算，以避免塑件永久變形。l( 避免將不同熱膨脹系數(shù)之材料設(shè)計為緊迫組合，而且應(yīng)該在自由端面保 留允許塑件膨脹之裕度。常見的高于室溫