A02 微小射出件之充填流动可视化技术

四、操作参数对冲击射出之影响

4-1 模穴深度对冲击射出的影响

图十为冲击射出于模穴深度50μm、100μm、200μm、300μm的融胶前进位移时间图。由实验之结果显示随着模穴深度的增加融胶的流动长度及流动时间会大幅增加。不同宽度、粗糙表面模具(W1.2 Ss、W1.2 Se、W2 Ss)都有相同之趋势。

此外我们可以在模穴100μm深的流动上发现有融胶停滞(W1.2 Ss 0.0018~0.0038秒)及再流动的现象，但在50μm深模穴的流动观察上并未发现有二次流动的现象，其原因为50μm深之模穴流动阻力太大且冷却速度太快，导致融胶于再次撞击前已固化，使得二次撞击无法推动融胶再次流动。综合以上之实验可归纳出以下数点结论：

1. 融胶流动长度及流动时间随着模穴深度的增加而大幅增加。

2. 模穴深度越浅流动的阻力较大，射出压力的提升速度及峰值也越大。

3. 模穴深度越浅冲锤反弹的能量越大，冲锤反弹的距离及再撞击的能量也越大。

4. 随着模穴深度的增加，冲锤运动平缓的速度也随之增加。

4-2 加速气缸压力对冲击射出的影响

图十一为在不同加速气缸压力设定下撞击前之实际撞击速度，由动能守恒估算出之撞击后速度也一同标于其上。

图十二为冲击射出于不同加速气缸压力设定下的融胶流动的流长变化，其保压气缸压力随着加速气缸压力调变。在整体的比较上，由于冲击射出于较高的压力设定下有较高的冲击速度及压力，所以具有较高的充填速度及较长的流长，且其影响几乎都成倍数的增加。

在融胶的流动模式方面，可以看出在某些参数条件下会有二次流动的现象产生，以100μm深的融胶流动曲线为例，Pa0.8 Pp0.6及Pa0.6 Pp0.4两个条件皆会有流动停滞及再流动的现象产生，但两者之流动停滞时间却有所差异，以Pa0.8 Pp0.6之流动停滞时间较短。

为得到单纯的冲击速度对冲击射出的影响，图十三为固定保压气缸压力(0.2MPa)只调变加速气缸压力(0.8MPa及0.4MPa)之融胶流动变化，由图形之观察可看出冲击速度对冲击射出的总流长及充填速度的影响非常大，尤其是模穴较深的模具(D300μm)其流长更可达到4.5倍的差距(8mm : 36mm)。综合以上之实验可归纳出以下数点结论：

1. 冲击速度越高，射出压力的提升速度越高，融胶充填的速度也越高。

2. 冲击速度越高，融胶的最大射出压力越高，融胶充填的流长也随之大幅增加。。

3. 随着冲击速度的增加，冲锤反弹的距离及再撞击的机会及能量也随之增加。

4-3 保压气缸压力对冲击射出的影响

图十四为冲击射出于不同保压气缸压力设定下的融胶流动的流长变化，其加速气缸压力固定为0.8MPa。

实验结果显示融胶的流动时间随着保压气缸压力的增加而延长，且其充填的长度也随着保压气缸压力及模穴深度的增加而延长。50μm的模穴因冷却太快导致融胶的流动时间变化不明显。综合以上之实验与模拟之探讨可归纳出以下数点结论：

1. 融胶的流动时间及充填的长度随着保压气缸压力的增加而增加。

2. 保压气缸压力的增加会对融胶之最高射出压力造成微幅之增加。

3. 保压气缸压力并不会对融胶冲击阶段的流动速度造成太大的影响。

4. 保压气缸压力的增加能有效的减缓融胶压缩反弹所造成之影响，包括二次撞击机会的减小及冲击平缓速度的增加

4-4 冲锤质量对冲击射出的影响

图十五为50g及75g冲锤重量下的融胶流动的流长变化。在实验之融胶流动状态的分析上显示较重的冲锤质量会在冲击的瞬间产生较大的流动速度及充填长度，其余位于转折点后的融胶流动曲线呈现较为一致的状态，而形成两条近似平行的曲线。综合以上之实验与模拟之探讨可归纳出以下数点结论：

1. 充填压力的最大值随着冲锤质量的增加而增加，并使得融胶有较长的流动长度。

2. 随着冲锤质量的增加压力提升速度也会随之小幅增加，并使得融胶有较快的流动速度。

3. 冲锤质量的增加使得融胶的压缩反弹具有较大的位移量，也因此具有较大的冲锤脱离机会及二次撞击能量。

4. 随着冲锤质量的增加，冲锤运动的波动幅度及平缓时间也随之增加。

4-5 模具温度对冲击射出的影响

图十六为各模温设定下的融胶流动变化。基本上较高的模温能得到较长的流动长度，但流动的长度不因模温的提高而等比增加，模温80℃及60℃之间融胶流长有着显著的差异而形成较大的落差，但当模温设定超过80℃以上时，模温的增加对流长的增加帮助不大，而且80℃至120℃的流长差异会随着模穴深度的增加而递减，在模穴深度300μm时此三个模温的流动几乎没有什么差异。基于以上的结果我们认为在模温的设定上不宜超过材料的软化温度(PS-951N，94℃)，因为模温的设定超过材料的软化温度不但对融胶的流动没有帮助，太高的模温反而容易导致操作窗的缩减并发生表面缩痕。

在模穴深度与模温的关系方面，在300μm的模穴深度下80℃及60℃的流动长度只差了10% (50mm： 45mm )，而在50μm的模穴深度下流动长度却差了一倍(40mm：20mm)，由此可以得知模温对冲击射出的影响会随着模穴深度的减小而倍增。综合以上之实验探讨可归纳出以下数点结论：

1. 较高的模温能得到较长的流动长度。

2. 模温对冲击射出的影响会随着模穴深度的减小而倍增。

3. 流动的长度不因模温的提高而等比增加。

4. 模温的设定上不宜超过材料的软化温度。

4-6 融胶温度对冲击射出的影响

融胶温度的高低决定了融胶射出时之初始黏度，无论是在传统射出、薄壳射出或是微射出成型皆会对融胶的充填有明显之影响。

图十七为各融胶温度设定下的融胶流动变化。实验结果显示融胶温度对各模穴深度的融胶流动均有重大影响，较高的融胶温度会得到较长的流动时间及流动长度，尤其对于模具深度较浅之融胶流动其影响性更大。不同融胶温度设定下之融胶流动速度于流动的初始即呈现与融胶温度成正比之方式前进，融胶温度越低时流动速度越慢、流动阻力越大，使得流动的长度于一开始即有明显的差距，其余位于转折点(约0.0012~0.002 sec )后的融胶流动曲线呈现一致的状态，而形成三条近似平行的曲线。此外在模穴深度100μm的融胶流动上，三个融胶温度设定下皆有二次流动的现象产生，融胶温度越低时二次流动的现象越明显。综合以上之实验与模拟之探讨可归纳出以下数点结论：

1. 融胶温度越低融胶之黏度及流动阻力越大。

2. 融胶温度越高流动的速度越快、流动时间及流动长度也越长。

3. 融胶温度对各模穴深度的融胶流动均有重大影响，模具深度越浅其影响性更大。

4. 融胶温度越低融胶射出之压力越大。

5. 融胶温度越低冲锤前进的距离与回弹的时间越短。

6. 融胶温度越低冲锤回弹的距离与再撞击的强度也越大，冲锤运动的平缓时间也越长。

4-7 模穴宽度及表面粗糙度对冲击射出的影响

图十八为融胶在不同模穴宽度及表面粗糙度下的流动变化。

在模穴粗糙度的影响方面，实验的结果显示模具的表面粗糙度对较深的模穴(200μm、300μm)几乎没有影响，其融胶流动曲线几乎重迭在一起，但在较浅的模穴下(100μm)模具的表面粗糙度影响就显得非常重要，光滑面(Ra 0.34μm)比粗糙面(Ra为5.08μm)在冲击的瞬间拥有较长的充填长度，而且在二次流动的比较上，粗糙面的二次流动较光滑面剧烈，由以上结果可知模面粗糙度的增加会对融胶的充填造成影响，粗糙模面具有较大的流动阻力。

在模穴宽度的影响方面，模穴宽度对100μm的模穴有较大的影响，而在较深的模穴(200μm、300μm)中其影响程度较小。虽然2mm宽的模穴在200μm及300μm模穴中的总流长和1.2mm宽的模穴相差不多，但流动的过程却有所差异，2mm宽的模穴于冲击瞬间的融胶速度明显低于1.2mm宽的模穴，而且流动速度的转折变化较晚也较不明显。在深度100μm的实验中，相较于线宽1.2mm的融胶流动，线宽2mm的融胶流动不但冲击瞬间的流动速度较低，流动长度也大幅的落后(10mm：15mm)，但在二次充填的比较上，线宽2mm的融胶流动具有较长的二次流动流长，导致最后的总流长差异不大。在原因的探讨方面，我们认为在相同的流长下，较宽的涡线线宽需要较多的融胶填入，所以会导致流速的降低，而流速的降低在模穴厚度较厚的流动影响不大，但在模穴厚度较薄的模穴内就会导致剪切热的下降及融胶与模具间热传时间的增加，导致黏度及流阻的增加，所以冲击充填的流长变化在薄的模穴内会有较大的变化。而在二次流动的分析上，由于2mm宽的模穴在第一次流动的流长较短，再次流动的阻力较小，而有较长之二次流动。综合以上之实验与模拟之探讨可归纳出以下数点结论：

1. 表面粗糙度对较深的模穴(200μm、300μm)几乎没有影响，但在较浅的模穴(100μm)下模具的表面粗糙度会增加流动之阻力。

2. 随着模穴宽度的增加，融胶流动的速度会随之降低。

3. 随着模穴宽度的增加，融胶流动的总长度会随之小幅降低

4. 模穴宽度对较浅的模穴有较大的流动影响。

5. 较窄的模穴宽度具有较快之压力提升速度及较大的射出压力。

6. 较宽的模穴有较大的冲击能量损耗，及较缓和的冲锤运动波形。

7. 在200μm深的模穴，填料量的增加会加大模穴宽度对融胶流动速度的影响，但对总体之流动长度则没有太大的变化。

4-8 填料量对冲击射出的影响

图十九为50μm模穴在不同填料量下的融胶流动变化，实验中发现填料量的差异会在50μm模穴造成重大的影响，当填料长度由6.5mm增加到8.5mm时流长会由原来的4mm遽减到只有0.4mm，而将填料长度减至4.5mm时流长增大到8mm，故冲击射出之融胶量于超薄模穴的射出时需精确计量，以避免射出的质量变异过大。综合以上之实验探讨可归纳出以下数点结论：

1. 填料长度的影响会随着模穴深度的缩减而大幅增加。

2. 填料长度对融胶流动的速度有明显之影响，填料长度的增加会减缓融胶流动的速度。

3. 较短的填料长度有较尖锐之压力波形，最高压力也较高。

4. 较长的填料长度会导致较大的冲锤位移，冲锤反弹的位移量也较大，而波动平缓的速度也较慢。

4-9 冲击射出成型之参数设定基准

本节将就冲击射出成型之参数设定基准作一简单之整理，针对各种射出状况提出参数设定之建议。表二为经整理后之表列。