塑胶射出-模具设计培训教材

塑膠射出模具設計實務PART(一)國立高雄應用科技大學模具工程系黃俊欽教授內容„模具設計„模具的種類„標準零件及安裝„流道系統設計„頂出系統設計„冷卻系統設計„模具死角(under-cut)處理„模具強度計算„與射出成形機的配合„實例說明„特殊模具(氣輔及雙色)„塑膠才料介紹„塑膠的定義及特性„塑膠的來源、分類„塑膠的受熱變化歷程„塑膠的物性„塑膠的加工性„塑膠加工的注意事項„塑品設計„塑品開發流程„塑品特徵設計原則塑膠材料介紹塑膠的定義„塑膠的定義(美國塑膠工業協會):「主要由碳、氫、氧、氮及其他有機及無機元素所構成，在成品階段為固體，在製造過程中常是熔融狀的液體，因此可藉加熱使其熔化、加壓力使其流動、冷卻使其固化，而形成各種形狀。符合此敘述之材料族類中的任何一種，均可稱為塑膠。」塑膠的一般特性優點：(1)重量輕─塑膠的比重大約在0.9-2之間。(2)耐用性佳─一般塑膠皆有長久的耐用性，尤其是玻璃纖維強化塑膠(FRP)更是強韌無比。(3)電絕緣性優異─塑膠為電之不良導體。(4)耐蝕性強─耐水、耐油、耐酸、耐化學藥品，而且不生銹。(5)成形容易─具有加熱軟化及易成形的性質，且成形法簡單並可做大量生產，大部份的塑膠加工溫度約在200-300℃之間。(6)原料豐富,價格低廉─原料取得容易，大部份的塑膠價格約在20-100元/KG之內。(7)著色容易─適當加入著色劑,可改變其色澤。缺點:(1)耐熱性差─大部份的塑膠耐熱溫度約在150℃以下。(2)機械強度差─承受負荷，易生變形。(3)低溫時易變脆性。(4)大都為易燃物，且燃燒有毒性氣體產生。各種塑膠的比重比較材料名稱說明原材比重玻纖強化材PS聚苯乙烯(一般級)1.05HIPS聚苯乙烯(耐衝擊級)1.05AS苯乙烯-丙烯睛共聚物1.081.4ABS苯乙烯-丙烯睛-丁二烯1.06PMMA壓克力樹脂1.18CA醋酸纖維素1.30PA-66尼龍66聚醯胺樹脂1.141.4PA-6尼龍6聚醯胺樹脂1.141.4PBT熱塑性聚酯1.411.5PET聚酯樹脂1.351.5PPO聚苯撐氧1.061.3PC聚碳酸酯1.201.3PB聚丁烯0.9151.4LDPE低密度聚乙烯0.92HDPE高密度聚乙烯0.96PP聚丙烯(單聚物)0.9051.3PVCs聚氯乙烯(軟質)1.201.6PVCr聚氯乙烯(硬質)1.391.8POM聚縮醛(塑膠鋼)1.411.6PU聚尿酯樹脂1.17物性ABSPA6PA66POMPC變性PPEPBTGFPETPPSPARPSFPESPEEKPEIPAI輕量性●○○△○●△△△○○△△△△成形性●○△○△○○△△△△△╳╳╳低成形收縮率●○○○●●●○○○●●○●●低吸水性△╳╳○●●●●○○○○●△△耐煮沸水性╳△△○○○╳╳○╳●●●○△低溫物性○○○○●△○○△○●●●●●強韌性○●○○●○○△△●●△○○●耐潛變性△△△●●○○○●●●●●●●耐溶劑性△●●●╳△●●●○○●●●●耐候性╳△△╳○○○●●●○○●●●難燃性○○○╳●○○○●○●●●●●電氣特性○△△○●●●●●●●●●●●耐磨耗性△○○○△△○○●●○●●●●表該項性質優劣程度：●＞○＞△＞╳塑膠的一般特性塑膠的來源與構造石油提煉聚合反應添加劑成形單體聚合物塑膠原料塑膠產品人工合成(1)其中聚合方式有下列兩種方式：a.一種單體聚合：PEHHHH||||n[C=C](C-C)nn:聚合度(一般在數百~數千)||||HHHHa.安定劑─避免塑膠因受光、熱、空氣、溼氣而發生變色或劣化，尤其在加工過程中，避免高溫產生熱劣解。b.可塑劑─增加塑膠的柔軟性(降低玻璃轉移點)，可讓塑膠更具有耐寒性。c.潤滑劑─增加流動性，易於成形且不黏模。d.難燃劑─增加塑膠抵抗燃燒的能力。e.著色劑─改變塑膠顏色。f.填充劑─降低成本(如加碳酸鈣)，增加物性(如加玻纖增加機械強度)。g.靜電防止劑─避免靜電集中於表面。h.發泡劑─產生內部氣泡，降低重量。塑膠添加劑的種類常見添加劑a.安定劑─硬脂酸鈣b.可塑劑─鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)c.潤滑劑─脂肪酸d.阻燃劑─三氧化二銻e.著色劑─二氧化銻f.填充劑─碳酸鈣g.靜電防止劑─硬脂醯氨丙基二甲基-B-羫乙基銨硝酸鹽h.發泡劑─偶氮二甲醯氨i.紫外線吸收劑─二苯甲酮類j.抗氧化劑─酚類塑膠分子的特性„由重複單位(單體)所構成的長鏈狀分子„每條長鏈狀分子的聚合度(長度)不一，分子的質量不一，常以平均分子量來表示„分子量的大小及分佈的寬或窄對塑料性質會有密切影響。分子量大：分子長度比較長，流動性較差，機械性質較佳分子量小：分子長度比較短，流動性較佳，機械性質較差-(C2H4-C2H4-C2H4-C2H4-…..-C2H4)-or(C2H4)若n=1000表示該長鏈狀分子是由1000個單體所夠成，則分子量=28000n由n個單體所聚合而成例如聚乙烯(PE)分子量的分佈分子量分子數目大分子小分子分佈寬分佈窄分佈寬：分子長度有長有短，彼此差異大分佈窄：每條分子的長度較接近依溫度效應分類熱塑性塑膠─加熱熔化，冷卻固化，可反覆為之。可溶於一定的溶劑，具有可熔可溶的性質，熱塑性塑膠易於成型加工，但耐熱性較低，易於蠕變（潛變，creep），其蠕變程度隨承受負荷、環境溫度、溶劑、濕度而變化。熱固性塑膠─加熱一旦產生交連反應硬化後，即不再因強加熱而熔化。並形成具有不熔不溶的固化物。硬化反應是其樹脂分子由線型結構交聯成網狀結構，若再加強熱則會分解破壞。它們具有耐熱性高、受熱不易變形等優點。熱塑熱固依機械性質分類泛用型塑膠熱塑性塑膠PE,PP,PVC,ABS,PS熱固性塑膠UF工程型塑膠熱塑性塑膠PA,POM,PPO,PC,PBT熱固性塑膠PF,EP,UP,MF以拉伸應力─應變曲線圖分類塑膠在彈性區，彈性模數(斜率)愈大(陡)，表示剛性愈高，不易被拉伸。斜率愈小(水平)，表示剛性差，容易受力被拉伸。)降伏點(a)高表示材質較強，能夠抵抗高拉力而不會產生永久性變形(產生縮頸)，降伏點低表示材質較弱，容易產生永久性變形(產生縮頸)。曲線下面積表示斷裂時所吸收的能量，面積大表示韌性高，面積小表示性質較脆。工程型塑膠：一般指具有高剛性、降伏強度高、韌性高的塑膠。„在對任一塑膠材料而言，在點C之前是為彈性體，變形是立刻可回復的，且分子間沒有永久變形量發生。如圖(a)„當變形超過點C後，是近似分子鍵纏繞部份被打開，但沒有分子內滑動且變形無法立刻回復到原來狀態。如圖(b)„當延伸超過降伏點或材料的彈性極限時，物體本身所產生的變形，再也不會回復到原來的狀態，這是因為在分子間有實際的位移發生，分子發生位移後，再也不會回到原來的位置，也就是有永久變形產生了。如圖(c)泛用工程塑膠特性及用途品名特性用途聚碳酸酯(PC)●溫度特性佳，HDT高，耐低溫-100℃亦佳●透明度特優(光線透過率92%)●耐衝擊性特優，13~21kg.cm/cm●電氣特性佳，耐電壓30kv/mm●有自熄性、耐燃性UL94-V2●奶瓶：耐溫、透明、耐衝擊●安全玻璃：透明、耐衝擊、隔熱、強韌。●電器零件如接瓶、照明裝置、吹風機：剛韌性、耐溫●車零件如透鏡、車燈罩、儀表板：透明度、強韌性、耐溫●運動器材(安全護鏡、安全頭盔)：耐衡擊、透明、質輕聚對苯二甲酸丁酯(PBT)●結晶速度快、成型性佳、模具溫度特低(65℃)●溫度特性佳，加玻纖後HTD高。●加玻纖後之各物性均衡佳，其耐衝擊性、耐熱性、強韌性、耐酸性、耐油性、耐磨性、電氣特性、尺寸安全均佳，但耐鹼性及熱水較差。●廣泛用於射出成型製品：為工程塑膠中最易加工者●電子電機零件如感應器、開關、繼電器係利用其耐溫及電氣特性、尺寸安定性●車零件如點火線圈、分電盤、齒輪、點火開關、暖氧開關：耐溫、電氣特性、尺寸安定性●機械類如幫浦零件、齒輪零件：耐溫、尺寸安定性、耐磨性、強韌性。耐隆6-6(PA-66)●機械強度特優、強韌性大、一般工程塑膠中最佳。●耐溫佳，加玻纖強化後HDT高●耐磨性佳(CS-17：1000rpm6~12mg)●吸水性大(1.0~1.8%)●機械零件、機械滑軌、拉鏈：強韌、耐磨、耐油●汽車零件之雨刷桿、齒輪、冷卻風扇、管件：電氣特性、耐溫、強韌耐隆6●同耐隆6-6，但尺寸安定性與耐溫較耐隆6-6稍差。但比耐隆6-6具有較佳的堅韌性和比較易於加工。●耐隆6.6略同聚縮醛(POM)●溫度特性佳、能耐廣泛的高低溫範圍●電氣特性佳，介電強度20~23kv/mm●成性性佳、流動性佳、成品表面光澤佳。●不耐酸、不透明、耐鹼性佳、耐藥品性佳。●耐磨性佳、磨擦係數小●電器零件：開關、電話、計算機零件、家電機器(如電子爐、冰箱、洗衣機、風扇)之零件，應用其耐溫、電氣特性。●汽車零件如輪圈零件、水泵、油箱蓋、油泵、化油器、冷暖氣機零件、剎車零件、亦應用其耐溫、電氣特性、耐磨性、耐藥品性佳●瓦斯錶、水鏡、管件、打火機利用其成型性.耐藥品性及耐溫特殊工程塑膠特性及用途品名特性用途聚苯硫醚(PPS)•耐熱性佳、HDT高、高溫下機械強度仍高•結晶速度快，結晶度達60~65%•尺寸安定性、電氣特性佳、熔融粘度低.•耐化學性佳、耐藥品性皆極優，與TEFLON相當，且200℃下，無任何溶劑可溶解PPS，耐衝擊性較差.•汽車零件(閥、電子控制零件，高溫、耐藥品性、成型容易，電氣特性)﹕(20%)•電機零件如錄影機、連接品器、採用其耐高溫、電氣特性、機械強度、成型性：(50%)•塑膠泵採其耐化學性、耐藥品性、成型容易、耐高溫、電氣特性.•軟性印刷電路板材料、採其耐溫、電氣特性、尺寸安定性聚颯(PSF)•在-100~150℃，它之機械強度高，電氣特性保持穩定•耐溫、UL746，HDT均為l50℃以上.•耐藥品性佳，耐熱水及水蒸氣最突出，在溫度變化下，均能保持優良之電氣特性.•高溫下可耐氧及臭氧之劣化.•無毒、FDA及衛生規格均可符合，琥珀色透明•電器零件：連接器、線圈、PC基板，用其電氣特性、尺寸安定性、耐溫、難燃.•汽車、飛機零件、保險線、燈具、電氣零件採其耐熱、尺寸安定性、耐龜裂、電氣特性.•精密機器零件、手錶外殼、鐘錶零件、照相機零件；用其尺寸安定性、透明、耐龜裂.•食品機器零件：酪農機械、冷解凍系統、熱水開關；用其衛生性、耐水蒸氣、耐藥品性.•醫療：義齒、注射筒、人工心臟、用其衛生耐水蒸氣、透明性.特殊工程塑膠特性及用途品名特性用途聚苯醚醚酮(PEEK)•耐溫、熱安定性佳.•耐衝擊、耐磨.而潛變.耐疲勞特性等機械強度高.•耐藥品性、耐熱水性最佳.•耐γ射線、難燃，射出、押出加工性皆佳.•高溼、高溫下，電氣特性亦極優•電機零件：連接器、影印機零件採其耐磨耗性、耐熱性、耐疲勞性、電氣特性.(30%.)•工業零件：齒輪、閥、軸承、軸承套、(活塞環用其耐熱性、耐藥品性、滑耗性.(38%)•汽車零件活塞套、軸承套、用其耐熱性、耐藥品佳、耐磨、電氣性(l%)•軟質PC板、電線、光纖被覆、粉體塗裝用其適合押出成型、難燃、耐熱、電氣特性.聚醯胺醯亞胺(PEI)•用射出成型加工，拉力強度最高.•高耐潛變性最佳(常溫-l50℃)•難燃.UL-94V0.耗氧指數42.•耐磨、耐溫、耐油、耐化學品均佳.•電機零件：基座、連接器、開關、IC電路基板、電子微波爐、複印機零件、用其電氣特性、耐溫、耐燃、機械強度、尺寸安定性.•汽車、機械用、軸承、軸承套、封止材用其機械強度、耐磨性、耐高溫、耐油、耐化學品.熱塑性的塑膠受熱歷程使用範圍加工範圍玻璃態(脆性)橡膠態(彈性)熔融態熱劣解玻璃轉移點熱變形溫度熔點熱劣解溫度„例如某塑料的玻璃轉移點-10℃，熱變形溫度80℃，熔點150℃，熱劣解溫度280℃。表示該塑料：處在-20℃時會脆化；處在30℃時具有彈性；處在100℃時雖是固體但機械性質已大幅降低，處在180℃時已熔化成液態熔膠；高過280℃會因熱劣解造成分子鏈斷裂。常見熱可塑性聚合物之熱性質耐熱變形溫度℃材料名稱18.6kg/cm24.6kg/cm2PVC54~7957~82838721266~79PS(耐熱級)85~90~102100,105~6