A02 微小射出件之充填流动可视化技术

一、前言

流动观察是在热流领域中常用的实验方法，运用透明窗口配合影像撷取设备纪录实验中流体的流动影像以作为实验分析之根据，是一种简单且有效的实验方法。

在塑料加工实验中，流动观察的使用也具有相当的历史，常被使用来探讨融胶于螺杆或模穴内的流动行为，除了透明窗口及影像撷取系统等基本设备外，为使融胶的流动分析更加清晰，常于融胶内加入微小的色粒，以作为融胶流动的追踪标的。在相关的文献方面，有许多的研究团队使用流动观察的方法探讨流动平衡、浇口喷流、气辅射出的诸多现象 (Gilmore and Spencer 1951 [1]; White and Dee 1974[2]; Yang et al. 2002 [3,4]; Yokoi et al. 2002 [5-7])。

本实验以创新之染色射料之填料方法，在实验中使用预铸好之透明及加黑色射粒搭配，依不同顺序放入射出套管内，藉由透明及黑色融胶的流动图纹以追踪融胶于涡线模穴中的流动状态，并对记录下来之流动图纹加以分析。

二、实验设置

2-1 冲击式微射出机

冲击式微射出成型机(图一 长、宽、高各为1400 mm、200 mm、300mm)的初期发展主要为因应微量射出实验之需求，进而设计一简单的融胶、射出及锁模机构。其原理主要是将预铸的射出料粒置入套管内加热融化后，启动加速气缸(1)气压缸使保压气缸(2)加速一小段距离后，冲锤(3)撞击射出柱塞，将融胶瞬间高速射入模穴。在机械的操作上可藉由调整机器的加速气缸气压（Pa）、保压气缸气压(Pp)及冲锤重量达到不同的射出要求。

2-2影像撷取系统

图二为本实验之影像撷取系统配置图，此系统以最高每秒2000张影像之高速摄影机(MotionScope PCI 2000s, Mass, U.S.A)，配合厚度10mm之强化玻璃构成之观测窗，结合反射镜片与计算机影像储存及处理系统，成为融胶流动观察之影像纪录及分析系统。

2-3 实验模具与实验参数设定

本实验所使用之涡线模具的母模设计图如图三所示，而公模则以一片10mm厚之强化玻璃取代，以形成流动观察时之观测窗。

在变模温系统的设计上在母模钻出六道6.5mm之加热孔及四道5mm直通式冷却水道，中间四道加热孔置入四根250W之弹筒式电热管(power flux of 25W/cm2，with 80﹪efficiency)作为加热之热源，冷却水道则通以常温之冷却水并与空气压缩机相连结。在模具的排气方面，本实验舍弃抽真空的方式，改以在涡线模穴末端铣削与模穴断面相同之大排气通道进行排气，以简化实验之流程。

本实验之涡线模穴设计共有50μm、100μm、200μm及300μm等四种深度，及涡线宽度1.2mm光滑面(W1.2 Ss)(Ra：0.34μm)、涡线宽度1.2mm放电面(W1.2 Se) (Ra：5.08μm)、涡线宽度2mm光滑面(W2 Ss)三种模穴型态，共十二种组合进行实验，参数设定如表一所示。

2-4实验材料

实验所用的塑料原料采用聚苯乙烯树脂(PS)(台达，GPS-951N)，其特性为流动性佳，且透明无色，易于观察光弹应力分布。填料及色粒预铸大小为直径2mm长度3mm或4mm，色粒使用相同PS塑料，加上黑色色母。

2-5 冲击式微射出成型之作动流程

图四为冲击式射出成型机结合电热管加热/冷却水道冷却之变模温系统及流动观察系统的作动流程示意图，其作动流程如下：

1. 将塑料置入射出套管内。

2. 射出套管后退将塑料带至热浇道内加热，电热管作动加热模具。

3. 当模具温度加热到射出模温时，将模具合模并将射腔套管前进深入射出模具内，准备射出。

4. 加速气缸作动，带动冲击撞锤撞击射出柱塞以推动融胶射入模穴，射出完成后将冷却水阀打开，冷却水进入冷却水道进行模具冷却。

5. 当模具温度冷却到开模模温时，将模具打开，取出成品，冷却水道打入高压空气排除模具内之冷却水，加速气缸后退，准备进行下一周期。