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以玻璃纖維濃度預測 掌握輕量化生產成效
 

【作者: 曾煥錩、許嘉翔、張榮語】   2015年11月24日 星期二

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目前大型塑膠產品件多已進入輕量化生產的穩定發展期,在塑膠中添加玻璃纖維除了可以達到輕量化之外,也可以提高耐用度和耐衝撞性,而這些也是目前產品規格的重要檢驗項目之一。


造成添加玻璃纖維會影響產品的充填流動、變形與結構強度有三個主要參數:玻璃纖維排向、玻璃纖維長度(玻璃纖維斷裂預測)以及玻璃纖維濃度。而近期針對玻璃纖維排向、玻璃纖維長度預測兩個參數影響的研究都有所進展。透過軟體分析,可準確預測此兩項因素對翹曲變形與產品剛性等影響。然而相較於以上兩項參數,「玻璃纖維濃度」更是影響產品流動行為的主要關鍵。玻纖濃度體積比率越高,材料黏度越大,易造成充填熔膠流動困難。


關於「玻璃纖維濃度」的研究,有1956年Maron及Pierce兩位學者由理論推導出懸浮液中的填充材料濃度會影響溶液的相對黏度,並完成懸浮物體積百分比與溶液黏度相對關係式。1980年時,則有Kitano等人進行不同填充物(玻璃纖維、碳纖維等)實驗結果與理論公式比對驗證(圖1)。



圖1 : 不同填充物(玻璃纖維、碳纖等)實驗結果與理論公式比對驗證結果趨勢一致
圖1 : 不同填充物(玻璃纖維、碳纖等)實驗結果與理論公式比對驗證結果趨勢一致

針對添加玻璃纖維的射出成型製程,提供完整模擬分析的軟體;可以模擬預測影響材料性質變化的三大因子:玻璃纖維排向、玻璃纖維長度及玻璃纖維濃度。


除了具備玻璃纖維排向和玻璃纖維破裂的分析能力之外,Moldex3D R13版本針對現今市面上模流軟體所缺乏的「玻璃纖維濃度預測」,提供具體的模擬分析模型;透過真實3D幾何模型分析與懸浮平衡模型(Suspension balance model),可推導出粒子體積分率的守恆方程式,並且透過模擬案例應證Velez-Garcia等人在2012年所發表的光碟盤實驗VWB、LA和NA三種方式──玻纖濃度的分布對於熔膠黏度的影響,進而反應在充填流動的速度場(圖2)。



圖2 : 比較實驗模型與平板區濃度分布(左圖)和濃度實驗值結果與軟體分析結果(右圖),顯示二者結果相當一致
圖2 : 比較實驗模型與平板區濃度分布(左圖)和濃度實驗值結果與軟體分析結果(右圖),顯示二者結果相當一致

針對玻璃纖維濃度的突破性模擬技術,幫助使用者能夠兼顧玻璃纖維三大參數對材料性質變化的影響,並進行全面性分析,彌補過去玻纖預測技術不足。透過模擬分析技術帶來快速的輕量化評估能量,幫助使用者在模擬階段獲得完整及精確的分析結果,提升生產效能。(本文作者曾煥錩1、許嘉翔2、張榮語3為科盛科技(Moldex3D)1產品處研究部專案經理、2產品處總經理、3執行長)


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