A12 塑料光学组件射出成型之残留应力与光弹分析

一、前言

射出成型产品中存在的残余应力主要由两个原因所导致，一为充填阶段之由流动残余应力所引发之分子排向，二为冷却阶段不均匀收缩所产生之热残余应力。流动残余应力主要受到在塑料充填流动的过程中高剪切率所导致，而在充填之后的冷却与脱模阶段持续被释放或冻结。热残余应力则由高温的塑料材料冷却到玻璃转移温度()后的不均匀的体积收缩与密度变化所生成。

分子排向与流动残余应力在充填阶段与保压阶段是属于高分子黏弹性的行为。在温度高于玻璃转移温度之下，塑料处于液态的阶段，高分子链将依据流动方向产生相应对的配向。而射出成型过程中高冷却率下的快速固化将使得这些应力与分子排向无法被完全的松弛及释放。 

流动残余应力一般认为比热残余应力小，然而流动残余应力与高分子的冻结排向息息相关，在现今的技术中利用流动残余应力提供与分子排向的关联是较为可行的方案。而高分子冻结排向影响了非等向性的机械性质、热性质与光学性质，并影响了之后的尺寸稳定度，因此流动残余应力之重要性是无法忽略。

流动残余应力在薄件成型中相对于热残余应力更是扮演主导性的角色，因为薄件的冷却太快使得分子排向不完全松弛的量增加，而薄件也将产生比较少的体积收缩率及较小的热残余应力。模穴表面的固化层将成为热的不良导体，使得在模穴核心的温度可以维持高温，使得分子排向在这区域可以被松弛释放。然而在在薄件中整个产品在很短的周期下冷却与冻结，因此流动残余应力在薄件中占有主导的地位，而热残余应力则在厚件中占有主导的地位。

本文整合真实三维热流求解核心与Giesekus黏弹性模型后，用来仿真熔胶在射出成型制程中的流动。本文以一薄板产品的模穴充填分析与预测流动残余应力作为探讨，最后再以一工业界的产品之实验与仿真的比较作为现有数值方法的可信度的展示，并进一步以流动残余应力之结果应用至光学性质的预测。