第一篇 --- 塑膠設計初階
塑膠類型的分別 1 ) 主要分兩大類
?Thermosetting (固塑性塑料) ?Thermoplastic (熱塑性塑料)
T hermosetting ( 固塑性塑料 ) ---- 通常
用的如電木, polyester and Nylon 等都是結晶性材料, 它們之所以能夠結晶, 是由於分子的排列整齊 ( 見右圖 )。結晶性的塑料具有較高的強度, 及耐磨性好。亦因它們的分子結構關係, 只有達到它的熔點才會熔融, 而只能熔一次,固定后永不能再番熔。
T hermoplastic ( 熱塑性塑料 ) ---- 通常用
的如PC, ABS, Acrylic, Pet, PU, San, PVC etc. 因它們的分子結構是無定型的, 所以能透過從新再熔而作無限次改變現時之分子結構 ( 但如返熔過多, 將會影響其机械強度 ), 所以被市場廣泛使用
2)常用塑膠
a) 丙烯晴丁二烯一苯乙烯 ( Acrylonitrile- Butadience-Styrene), 俗稱是超不碎膠, 英文簡稱是ABS.
b) 苯乙烯,丙烯晴共聚物 ( Styrene-Acrylonitrile Copolymer ), 俗稱是SAN 料，英文簡稱是 SAN.
c) 聚甲基丙烯酸酯 ( Polymethyl Methacrylate ), 俗稱亞加力, 英文簡稱是 PMMA。
d) 聚甲醛樹脂 ( Polyformaldehyede Resin ), 俗稱縮醛, 英文簡稱是 POM。
e) 聚氯乙烯原樹脂 ( Polyvinyl Chloride Resin ), 俗稱PVC, 英文簡稱是 PVC.
f) 聚對苯二甲酸乙二醇酯 ( Polyethylene Terephthalate ),英文簡稱是 PET.
g) 高衝擊聚苯乙烯 ( High Impact Polystyrene ), 俗稱高衝擊硬膠, 英文簡稱是HIPS.
3) 一些熱塑料的机械資料
a) 屈服張應力 ( Yield Tensile Strength ) --- 指能令物質發生永久性變形所頇的最小應力; 當應力低於這個值時, 物質是富有彈性的。 同樣, 能令物質斷裂所頇的應力, 都稱之為最大應張力, 或斷時應力。
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b) 伸長面分率 ( Elongation ) --- 就是當物質承受應張力時, 其原本長度與伸長之比。 伸長屈服百份率; 就是在其屈服點求得之比率; 而最大伸長比, 則是在其折斷時所求得之比數。
c) 伸長模數 ( Tensile Modulus ) --- 以Y 表之, 即在彈性界限之內, Y等於張應力與應彎之比。粗略來說, 它可以表示物質對彎形的阻抗, 伸張係數越大, 物質的強度越大。
d) 撞擊強力 ( Izod Impact Strength) --- 是量度塑膠在規定的條件下受撞擊時破裂的阻抗, 為能使測驗物折斷, 我們故意把它做一個凹入處而令應力集中, 在試驗中該是垂直放好, 以一個鐘擺似的重物在固定的距離擺向實驗品, 使碰在有陷入面的同一面。一般而言, 撞擊強力是為机械設計時考慮物料應用於事故沖擊時之抵抗。
e) 縮水率與抗彎曲強度
下表列為一般塑膠縮水比率及其抗彎曲強度:
塑膠原料 HIPS SAN ABS PMMA POM PET PVC 縮水比率 (%) 2.2 0.2 – 0.5 0.4 – 0.6 0.1 – 0.2 1.5 – 3.5 2.0 – 3.0 0.1 – 0.4 抗彎曲強度 kg/ cm.cm 5 – 70 1000 – 1350 420 – 780 900 – 1300 980 – 1200 800 – 1100 700 – 1100 4)塑膠品質控制
?塑膠品質的优劣, 不但影響外觀, 更重要的是影響其使用壽命。為了降低廢品率, 應及時找出產品所出現的原因, 以下的方法可作參巧。
?可以用顯微鏡觀察塑件內的雜質、氣泡、塑件及工模設計形狀所產生的啤塑效果。另外亦可透過外觀檢查, 觀察表面之縮水情況、夾水紋、走膠不齊或外觀上之缺陷。
?另外用顯微鏡分析技術 ( 80 to 100倍 )，更可觀察空洞、應力、雜質及水份等等
5) 設計塑膠件前注意事項
設計計數机外殼前，必頇要注意下列各點:
設計時，塑膠互配之公差考慮亦十分重要。因為啤塑工序可導致成品變形、尺寸範圍內偏差等都有可能引致成品裝配后不良，所以應緊記考慮。
6) 設計考慮 ( Design Considerations ) 成品設計，如純粹依工程方式來設計的話，可能會不太經濟，或在實際生產程序上，很難達到設計上之要求。由下列這些簡單之成品設計和模具設計原
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則，將可使你對產品效能的一致性和完美的外觀、更具信心。 a) 分型面的選擇
為了塑料制品的脫模和安放嵌件的需要，模具型腔由兩部份或多個部份組成。一副塑料模具根據需要可能有一個或兩個以上分型面。 分型面可能是垂直于合模方向或傾斜於合模方向，也可能是平行於合模方向。所謂合模方向通常是指上、下模、動模與定模閉合的方向。 分型面的形狀有平面、斜面、梯面、曲面，如下圖示。
分型面應便於塑膠制品的脫模，為了便于塑料制品脫模，在考慮型腔的總体結构時，必頇注意制品在型腔中的方位，盡量只采用一個與開模方向垂直的分型面，設法避免側向分型和側向抽芯，以避免脫模困難和模具复雜化，例如下圖b 比a 合理。
為了便於制品脫模，在一般情況下應使制品在開模時留在下模或動模上，這是因為推出
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机構一般都設在下模或動模部份，對於自動化生產所用模具，正确确定塑料制品在開模時的留模問題更為重要。怎樣使制品留在動模或下模中，必頇具體分析制品與動模和定模的摩擦力關系，做到摩擦力大的朝動模或U模一方，但又不宜過大而造成脫模困難
b) 基本壁厚 ( Section thickness )
斷面厚度，經常視負荷狀況而定，但其他應考慮之因素如: 成型時生產之後之內應力，成品的形狀，外觀的均勻性，成型性或樹脂流動性與經濟性等很重要。在成品之外形上，斷面的變化，應儘量求其均勻、平滑，避免有任何的突變，以便樹脂的流動，更為暢順。
在任何之情況，都需將澆口 ( gate ) 設置在壁肉最厚的地方，以使材料由厚的部份流向薄的斷面。
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甚至如在成型上需用兩個澆口時，其中的一個也應設於厚斷面之處。
如經由薄的部份來填滿厚的斷面，將會使成品有凹陷 ( sink ) 和高內應力等不良現象。
厚斷面內部的氣孔 ( void )，雖然在有顏色的成品上看不出來，但它們都是應力集中之點、同斷面增厚，亦將使得成本提高。
所以設計作應儘可能以 3mm 為上限，在需用厚斷面之處，得以肋道 (rib )或其他補強結構，來維持與斷厚面相等之強度，當限於外形需要用大量材料來填滿時，可利用挖空 ( coring ) 和肋道，以減低成品重量、製造成本和時間，並可得較佳之外觀且耐用之成品。
當斷面厚度有所改變時，應以6:1 的斜度漸漸的轉變。大部份成品，其最低工作厚度約為 1.2 mm。雖然有些產品的壁內可薄至 0.5mm，但這些限度並非絕對的因更薄的斷面，亦可能依成品之大小或外形而形成出來。有些零件在流動距離很短時，可至 0.3mm。所以一個成型厚度，可依該材料於正常成型技術上填滿成品之能力而定。
c) 挖空心 ( Coring )
在很厚的斷面上，應以挖空心之方式，使其壁厚勻，來避免凹陷痕，氣窩，減少熱應力和成型循環時間，及節省材料。 d) 加強肋 ( ribs )
肋骨可增大產品斷面模數，改善成品承受負荷的能力。其結構可減少斷面之厚度，而不致降低承受負荷的能力，進而節省材料，輕重量，縮短成形時間，並消除厚壁所造成之成型與外觀等問題，它應被設計於最大應力和樹脂流動之方向。
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