收缩-模流分析教程
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7-2 收缩
射出成形塑件从制程温度降到室温，体积收缩率(shrinkage)可以高达 20,。当结晶材料和半结晶材料冷却到玻璃转移温度以下，分子呈现比较
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的方式排列，并形成结晶，特别容易产生热收缩;不定形材料于相变化时并没有微结构变化，热收缩比较小。所以结晶材料和半结晶材料在熔融相和固相(结晶)之间的比容差异比不定形材料的比容差异大，如图7-7所示。此外冷却速率也会影响结晶材料与半结晶材料的PvT行为。
图7-7 不定形与结晶性聚合物之PvT曲线。从制程状态(A点)到常压室温
状态造成比容变化?υ。注意:当压力升高时，比容减小。
塑件产生过量收缩的原因包括射出压力太低、保压时间不足或冷却时间不足、熔胶温度太高、模具温度太高、保压压力太低，而收缩量与制程参数、肉厚的关系说明图7-8:
射出成形时，假如没有补偿塑件的体积收缩量，会导致塑件表面凹陷或是内部的气孔，所以设计模具时必须考虑到塑件收缩问题，塑件收缩率的控制对于塑件设计、模具设计、制程条件设定非常重要，组合的塑件更是如此。紧接在充填
模穴后进行保压，可以减少,消除凹痕和气孔，以确定塑件尺寸。模流分析软件可以预测塑件的收缩，提供正确设计模具的指导方针。
图7-8 影响塑件收缩的制程与设计参数
7-3 翘曲
翘曲(warpage)是塑件未按照设计的形状成形，却发生表面的扭曲，塑件翘曲导因于成形塑件的不均匀收缩。假如整个塑件有均匀的收缩率，塑件变形就不会翘曲，而仅仅会缩小尺寸;然而，由于分子链,纤维配向性、模具冷却、塑件设计、模具设计及成形条件等诸多因素的交互影响，要能达到低收缩或均匀收缩是一件非常复杂的工作。
塑件因收缩不均而产生翘曲，收缩率变化的原因包括:
, 塑件内部温度不均匀。
, 塑件凝固时，沿着肉厚方向的压力差异和冷却速率差异。
, 塑件尚未完全冷却就顶出，或是顶出销变形，倒勾太深，顶出方式不
当，脱模斜度不当等因素都可能造成塑件翘曲。
, 塑件肉厚变化导致冷却速率的差异。
, 塑件具有弯曲或不对称的几何形状。
, 塑件材料有、无添加填充料的差异。
, 流动方向和垂直于流动方向之分子链,纤维配向性差异，造成不同的
收缩率。
, 保压压力的差异(例如浇口处过度保压，远离浇口处却保压不足)。
塑件材料添加填充料与否，会造成收缩的差异，如图7-9所示。当塑件具有收缩差异，其肉厚方向与流动方向产生不等向收缩，造成的内应力可能使塑件翘曲。由于强化纤维使塑件的热收缩便小和模数变大，所以添加纤维的热塑性塑料可以抑制收缩，它沿着添加纤维的排列方向(通常是流动方向)之收缩比横向之收缩小。同样地，添加粒状填充物的热塑性塑料比无添加物的塑料之收缩率小很多。另一方面，假如无添加填充材料的塑件具有高度的分子链配向性，则为非等向性之收缩，它在分子链排列方向有比较大的收缩率。液晶聚合物具有紧密规则排列的自我强化结构，其收缩倾向于非等向性。
图7-9 塑件添加填充料与否，造成不同方向的收缩率差异。
不均匀冷却以及塑件在公模、母模之间肉厚方向的不对称冷却都会导致收缩差异，如图7-10所示。材料从模壁到中心层发生不均一的冷却与收缩，结果会在顶出以后造成翘曲。
图7-10 塑件翘曲，导因于(a)不均匀冷却;和(b)不对称冷却。
塑件之收缩量随着肉厚增加而增加。不均匀肉厚所造成的收缩差异是无添加强化填充材料之热塑性塑料塑件发生翘曲的主要原因。更具体地说，塑件剖面肉厚的变化通常造成冷却速率差异与结晶度差异，结果就造成收缩差异与塑件翘曲，如图7-11所示。
图7-11 低冷却速率区域的高度结晶使塑件产生较大的收缩量
不对称的几何形状会导致冷却不均匀和收缩差异，造成塑件翘曲，例如图7-12所示，在平板件的一侧加设一排补强肋即为不对称的几何形状。
图7-12 塑件带肋一侧冷却较差，导致翘曲。
残留应力也会造成翘曲，加长成形品在模具内的冷却时间可以改善此类翘曲。不均匀的冷却也会造成翘曲。顶出时成形品温度太高，顶针使成形品翘曲。另外，当热的成形品掉入集料箱也会造成翘曲。
塑件温度分布不均匀会造成塑件翘曲。造型复杂的组件也会造成不均匀的冷却，尤其没设置冷却系统的模具更是如此。
7-4 收缩与翘曲的设计规则
藉由适当的塑件设计、模具设计、成形条件及选择材料，可以减少或控制收缩与翘曲。以下的设计规则所考虑因素可以协助开发低收缩率与无翘曲的塑件。
(1) 肉厚
避免不均匀的肉厚，或是将肉厚变化区的变化长度设计为薄肉厚处肉厚的三倍，如图7-13所示。
图7-13 肉厚变化区的设计
塑件具有明显的收缩、凹陷或气孔时，将这些区域变更设计成均匀薄肉厚和肋之组合，以提供均匀的收缩、良好的(强度,重量)比值、及良好的成本效率，如图7-14之建议。
图7-14 对于大多数应用而言，薄肉厚和肋之设计优于粗厚件。
(2) 平衡充填
应尽量设计出能够以固定熔胶波前速度产生平衡充填模式的熔胶传送系统。
(3) 保压压力
虽然高保压压力有助于减少收缩，却可能增加塑件的残留应力和射出成形机的锁模力。更好的设计是使用适当的保压压力和充足的保压时间，并且在浇口凝固后就解除保压压力。而且，采用的保压压力必须能够传送额外塑料，以补偿塑件之体积收缩。
(4) 冷却系统
设计冷却系统，使整个塑件和塑件剖面方向都具有均匀且平衡的冷却效应。
(5) 残留应力
增加熔胶温度、模壁温度、充填时间、和模穴厚度，或是缩减保压压力和流动长度等，都有助于降低残留应力与分子链,纤维配向性。
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