B02 塑料射出成型产品之双折射预测

1. 前言 

随着塑料工业的不断发展，光学塑料的材料特性逐日提升，而制程的技术也持续在进步，越来越多射出成型之光学产品已经被运用到各种光学应用产业，如光电产业常见的光学镜头与导光板等。

射出的光学组件，主要有收缩变形与双折射等问题，收缩变形目前可透过制程参数的调配与模具补偿加以改善，作用原理与仿真预测均被大家所广为熟悉。但是双折射问题影响整体光学系统之光程差，对成像质量造成不良的影响，实务上不容易做像差矫正，且在模拟预测的发展上较为缓慢，尚未发展出成熟与可信赖的模拟工具供业界参考。

双折射是光线穿透过透明性材料时，分解为两道有快慢差异之光线。光线速度快慢的不同与经过厚度方向的累计后，会产生光路程相位上的落差，称之为光程差。当以偏振光观察双折射晶体材料时，由各光线亮度上的相互消长，产生明暗相间的光弹条纹，而其条纹级数与材料内部之主轴应力差值成正比，代表着材料受力之状况。

双折射现主要成因是由高分子的光学非等向所导致，微观下的高分子在轴向、背脊或侧链方向的光学偏振特性不同，因此空间上之分子排向不一致，双折射之程度也就不同。以现在光学组件逐渐轻薄短小之趋势下，在狭小的流动空间下，流动导致之非等向性将非常严重，因而流动导致之双折射预期将成为光学组件在以射出成型制造上的主要技术瓶颈。

本文之仿真方法是建立在三维实体的流动分析过程，以黏弹性分析所预测出的流动残余应力为出发，对于三度空间中的非等向性的分子排向而产生的双折射现象能有良好的掌握。再整合以体积收缩与冷却均匀性为考虑的热应力分析，将光学非等向性质区区分为流动影响与热影响两部分。此整合式之模拟工具希望在未来应用上，可以协助提供各影响光学性质的重要因子之详细信息，如几何外型、浇口设计、射速、保压、冷却系统等。

2. 数值模型

假设高分子熔胶行为为黏弹性流体，非恒温的三维流动之数学方程式可以表示如下：