一、前言 随着工业生产制程与技术的不断进步，加上产业整合与产品的创新研发，目前消费性产品不断朝向精密性、整合性、多功能性等高附加价值方向发展，尤其像3C消费性产品与电子及光电产品，也都是在设计端就朝向轻薄短小的产品方向来开发；因此在一些新产品的塑料射出件上，可以发现在产品厚度上有越来越薄型化的趋势。然而对于薄型件的产品射出加工上，传统的成型制程条件往往会衍生出许多成形上的问题，例如塑料充填流动不易，产品表面外观不良，表面浮纤现象严重，残留应力过大，结合线问题，成品翘曲问题等等，这些都会造成射出产品在组装上、后加工上或产品使用上的困难点。 传统的射出成型制程是利用设定一固定模温条件来冷却固化所成型的射出件产品，由于设定的冷却模温与塑料的料温相差极大，所以对于在充填阶段会产生许多问题；例如在充填流动阶段时发生过早的冷却固化现象，因为接触低模温的成品表面会形成固化层，其将会影响核心层塑料的充填流动，所以对于薄型件或流长比较大的成品，往往会有充填不足等问题发生。又例如光学透明产品，在利用传统射出条件成型时，也常常会因为低模温条件而造成塑料在充填阶段于产品表面附近容易产生分子定向效果，使得在成品表面发生雾化现象而影响到产品的透光度。另外像利用传统低模温条件下成型的射出件，也会常常在一些后加工制程场合中，发生了应力释放或后结晶收缩现象，进而造成产品尺寸变化等问题产生。 为了解决传统射出制程中，因低模温条件造成产品表面形成固化层，进而影响塑料充填不易及产品形成高应力或表面不良等问题。目前有许多学界单位及业界公司都积极投入在研开模具的可变模温技术或是模面温度能快速加热及快速冷却的相关技术，希望藉由模面温度的快速高、低温切换，来达到射出制程中充填及冷却阶段不同的模温需求。 所谓可变模温制程的技术重点，是藉由外部机构使模具在塑料的充填(filling)阶段，模具的表面温度可以尽量提高，甚至超过塑料的Tg或Tm温度，所以塑料熔胶在模穴充填流动时，将不会发生传统射出成型塑料在充填阶段，因为接触低温模面，而产生表面固化层而影响熔胶的流动情况；同时也可以避免流动波前的过早冷却，造成不良的冷料结合问题。可变模温制程其后在保压结束后的冷却阶段，模面温度可以藉由循环冷却系统，迅速降低到达材料的定型冷却温度。如果可变模温制程的温度切换可以精准加以稳定控制，则将可以在不影响成型周期时间的条件下进行经济规模生产。 本报告是针对气体式变模温制程技术内容加以说明，气体式变模温技术是由先特精密公司所发展的新型制程，主要是利用将氮气钢瓶中的氮气加温后，在射出充填动作开始前将高温氮气注入模穴中来加热模穴表面，使模具表面可以在瞬间加热，使得后续的射出充填熔胶可以在一较高模温条件下进行流动，此高模温条件下除可增加塑料之流动性，也可减少因低模温条件所引发之表面缺陷及快速冷却所造成的应力及不均匀收缩等问题，可有效解决传统低模温射出条件下成型品的一些成型问题。 二、为何使用高温高压气体加热模面 变模温技术由于在充填阶段的高模温要求及冷却阶段的快速热交换机制，所以模具钢材须承受高温低温的快速变动。如果制程上无法控制模具钢材因温度变动差异造成的膨胀及收缩的均匀变化，则会影响模具的定位与配合度。尤其对于模具有滑块机构或精密定位有要求的情况，也需要考虑不同模材高低温收缩变异量的配合度，若无法使其有相同的膨胀与收缩变异量，则往往会造成生产稳定性及成品尺寸精度上的问题。而本研究所使用的气体式变模温制程，因气体的比热(N2 比热约为75J/M3-0C)和模具钢材比热(Stavax比热约为460J/Kg-0C)数级上的差异，所以高温气体所导入的热量，可以迅速被高热传系数的模具钢材所吸收导出，但是所导入的气体热量却只能加热模具钢材表面极小厚度的区域，因此利用气体式变模温方式只会瞬间加热模具表面，约只加热模具表面深度0.1mm的钢材区域，并不会加热整个模仁或模座温度。另外对于外型较复杂的成品，藉由高温气体的注入模穴，可以藉由气体的高扩散性而有效加热整个复杂模穴表面，这也是藉由模座外部加热方式较难达到的效果。 三、气体式表面变模温技术之操作方式 气体式变模温制程技术的操作方式，相对上比较简单，与传统射出制程上的主要差异是需要增加一套气体加温灌注设备，此灌注设备可以将钢瓶里的高压气体在短时间内迅速加热到极高温度(一般可以达到6000C)，且能在每一次射出周期行程中作精密的气体剂量及灌注高温气体；在射出成型周期中于合模后射出前将高温气体以20kgf/cm2压力定量灌注于模穴中,一般高温气体的灌注孔会选择在分模线的适当位置,所以针对模具部分并不需要做太大修改，当将600oC高温气体注入于模穴中，因气体体积的膨胀气体温度会降至约300oC左右，当此高温气体与模面相接触会瞬间加热模具表面，且因为气体和模具钢材比热上的差异，所以模具钢材加热的区域厚度约只有0.1mm的深度，所以此气体模面加热方式只会加热模面厚度约10条的距离，并不会影响整体模座的温度。 四、应用实例 本制程技术实验案例是藉由塑料光学镜片模具来进行不同塑料的模穴表面加温效果，其中PC材料射出成型件，模温条件设定为1200C，使用高温N2气体变模温制程可以提升模面温度至2300C；而ABS材料射出件，模温条件设定为700C，使用高温N2气体变模温制程将可以提升模面温度到1300C。除可有效改善成品表面外观，提升射出件机械物性，也可降低成品的成型残留应力。本气体加热变模温制程主是适用的产品以薄型件为主，尤其本变模温制程适用于具微型结构之射出件。薄型产品或是表面外观有要求之成品，或是对于表面光学性质有要求的光学产品都适用本气体式变模温技术，可以有效提高模面温度降低产品成形应力及提高产品的尺寸安定性与表面外观质量。 五、结论 气体式变模温技术是目前变模温技术中可以有效只针对模具表面加热，而不大幅影响整体模座温度的加热技术。可以针对射出成型制程中因为低模温条件所造成之产品质量问题加以改善，使用气体式变模温技术可以改善产品表面外观，解决成品表面结合线、浮纤等问题，可以有效降低成品残留应力，及降低产品翘曲量提升产品尺寸安定性。 |
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