注塑模具的温度控制注意事项.pdf

模具的溫度控制 溫度控制的必要性 在射出成形中,射出於模具內之熔融材料溫度,一般在150~350℃之間,但由於模具之溫度 一般在40~120℃之間,所以成形材料所帶來的熱量會逐漸使模具溫度升高。另一方面,由於 加熱缸之噴嘴與模具之注道襯套直接接觸,噴嘴處之溫度高於模具溫度,亦會使模具溫度上 升。假使不設法將多餘之熱量帶走,則模具溫度必然繼續上升,而影響成型品的冷卻固化。相 反地,若從模具中帶走太多的熱量,使模具溫度下降,亦會影響成型品的品質。故不管在生產 性或成型品的品質上,模具的溫度控制是有其必要性的。茲分述如下： 1. 就成形性及成形效率而言 模具溫度高時,成形空間內熔融材料的流動性改善,可促進充填。但就成形效率(成形週期)而 言,模具溫度宜適度減低,如此,可縮短材料冷卻固化的時間,提高成形效率。 2. 就成型品的物性而言 通常熔融材料充填成形空間時,模具溫度低的話,材料會迅速固化,此時為了充填,需要很 大的成形壓力,因此,固化之際,施加於成型品的一部份壓力殘留於內部,成為所謂的殘留應 力。對於PC 或變性PPO 之類硬質材料,此殘留應力大到某種程度以上時,會發生應力龜裂 現象或造成成型品變形。 PA 或POM 等結晶性塑膠之結晶化度及結晶化狀態顯著取決於其冷卻速度,冷卻速度愈 慢時,所得結果愈好。 由上可知,模具溫度高,雖不利於成形效率,但卻常有利於成型品的品質。 3. 就防止成型品變形而言 成型品肉厚大時,若冷卻不充分的話,則其表面發生收縮下陷,即使肉厚適當,若冷卻方法 不良,成型品各部分的冷卻速度不同的話,則會因熱收縮而引起翹曲、扭曲等變形,因而需使 模具各部分均勻冷卻。 溫度控制的理論要素 模具的溫度調整,對成型品的品質、物性及成形效率大有影響,冷卻孔的大小與其分佈為 重要的設計事項。 熱在空氣中,主要藉輻射和對流來傳播,在固體或液體中主要藉傳導來傳播。固體的熱傳 導也因物質的不同而有所差異,而且不同物質的交界處也有界膜傳熱係數。在液體中,熱的傳 導因傳熱管的大小、流速、密度、黏度等而異,熱計算公式很複雜,需要很多假定,不易求解。 但最近由於電腦的發展等已容易計算,可行理論解析。 1. 模具溫度控制所需的傳熱面積 熔融材料的熱量約5%,因輻射或對流而喪失於空氣中,95%傳導於模具。假定材料帶入的 熱量全部傳播到模具,其熱量為Q 。則 Q = s ×g ×[ Cp ×( T - T ) + L ] (kCal/hr) 1 2 s ：每小時的射出數(次/hr) g ：每次射出材料的重量(kg/次) Cp ：材料的比熱(kCal/kg ．℃) T1 ：材料的溫度(℃) T2 ：取出時的成型品溫度,及模具溫度(℃) L ：熔解潛熱(kCal/kg) 現設 Cp ( T -T ) + L = α 1 2 s ×g = m 則 Q = m ×α (kCal/hr) m ：每小時射出於模具的材料數量 α：材料 1kg 的全熱量 所謂熔解潛熱是材料的相變化產生的熱量,亦即材料從液體變成完全固體時,從材料放出 的熱量。以單位重量表示。表1 所示為各種材料在成形條件下,1kg 材料的全熱量。 熱量Q 從模具傳道冷媒,此時冷卻管的傳熱面積為A ,則 Q 2 A = (m ) hw ×ΔT 表 1 各種材料在成形溫度條件下的全熱量 (單位：kcal/kg) 成形材料 α(kCal/kg) 成形材料 α(kCal/kg) PE (低密度) 138.9~166.7