產業長期困擾的耳流模擬 新黏度模型有解了

科盛科技研究發展處 科學家 曾煥錩

射出成型是最常用於生產塑膠製品的製程,此技術發展至今已日趨成熟,然而產業長期以來仍面臨了一個亟需解決的問題:即便是最先進的預測工具,至今仍無法得到令人滿意的「耳流」分析結果。耳流現象即是指塑料流至模穴時,其流動波前的中心點會明顯慢於兩端,如圖一所示。並非所有的高分子聚合物都一定會產生耳流;而在某些特定的聚合物上,則可清楚看到厚件對於流動的影響。耳流多出現在薄件產品上,較厚的產品則並未觀察到此現象。此外,較快的注射速度也相對較容易產生耳流。這些現象一直都是產業希望能透過模擬技術釐清的問題。

圖一 耳流示意圖

過去流動行為的模擬,多只針對剪切效應:然而真實的流動行為其實是剪切與拉伸流動之綜合效應。Moldex3D研發團隊持續努力,開發出新的黏度模型,稱之為eXtended GNF (GNF-X)模型,可根據剪切與拉伸流動的綜合效應,推導出加權黏度。本文即嘗試利用導入GNF-X方程式後的Moldex3D流動求解器,模擬材料為純聚碳酸酯(PC)的射出成型圓盤,以獲得可靠的耳流分析結果。[U. S. Patent Pending in USPTO with Application No. 62/886,539 (2019)]

本案例目標即為比較Moldex3D新研發的模型及GNF模型所得到的耳流分析差異。首先根據Beaumon的研究,以Moldex3D進行射出成型圓盤產品之PC流體在模穴中的充填模擬。其熔膠溫度和模具溫度分別為293.3 oC and 82.2 oC;射出時間為10秒。圖二為GNF剪黏度的交叉模型分析結果,當模穴填滿50%及90%時,分別呈現出凹面和平坦的流動波前,與真實情形有所差異。接下來在Moldex3D的流動計算中,採用新的GNF-X模型與拉伸黏度,結果呈現出模穴中心的流前推進速度明顯慢於邊緣,即所謂的「耳流」(圖三),達到了令人滿意的預測結果,證實Moldex3D新的拉伸黏度函數可成功解決長期存在的耳流模擬問題。

圖二 以GNF黏度模型模擬射出成型PC圓盤

圖三 以新的GNF-X黏度模型模擬射出成型PC圓盤
Moldex3D Contributor
科盛科技股份有限公司 03-5600199 #715 新竹縣竹北市台元街32號8樓之2 科盛科技股份有限公司成立於 1995 年,主要從事模流分析軟體 Moldex3D 的開發及銷售,目前為全世界最大獨立模流分析軟體供應商。總公司座落於新竹縣竹北市台元科技園區,並在台北、台中、台南、廣州、蘇州、廈門、泰國、美國等地設立辦事處或分公司,負責當地市場的業務開發與客戶服務。 科盛科技的成立的宗旨在於開發應用於塑膠射出成型產業的模流分析軟體系統,以協助塑膠業界快速開發產品,降低產品與模具開發成本。公司英文名稱為 CoreTech System,意味本公司以電腦輔助工程分析 (CAE) 技術為核心技術 (Core-Technology),發展相關的技術與產品。
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