Abstract
塑膠在射出成型中同時受到機械效應及熱效應之影響，由熔融液態變為橡 膠態再轉化為玻璃態，在這複雜的成形過程中由於殘餘應力的效應而使得 產品在脫膜後發生雙折射、收縮、翹曲變形等現象，因此整個成型過程中 ，探討殘餘應力之因素為一相當重要之課題。本研究擴展原先之K-BKZ( Kaye; Bernstein, Kearsley and Zapas)模式，而推導出一種具有可壓縮 特性的廣義K-BKZ本質模式，其結合了熔融液態，橡膠態及玻璃態本質模 式，此單一形態本質模式只須一組流變參數即可同時描述無定形高分子材 料在加工過程的熔融液態，橡膠態及玻璃態之應力行為。本研究係根據所 推導出的單一形態K-BKZ積分形態之粘彈性模式，來模擬三維薄殼狀成品 在成型過程中，由流動過程至脫膜時所引起的殘餘流動應力及殘餘熱應力 。在殘餘流動應力之預測上，本研究提出擬穩態近似之觀念結合控制體積 有限元素法來模擬射出成型中非恆溫之流動過程。數值方法上使用並以廣 義牛頓流體的流場作為粘彈性流場計算上之起始值，然後引入粘彈性方程 式及擬穩態之近似來計算每個元素之流場及應力場。對於在後充填過程的 殘餘熱應力之預測，本研究則採取顯式之應力計算方式，此乃將在後充填 過程中之壓力與溫度分佈代入粘彈性模式中，另外，此過程之壓力與非對 稱的溫度分佈則經由耦合有限元素之保壓分析及邊界元素之冷卻分析而得 之。成品最後的殘餘應力可經由疊加殘餘流動應力及殘餘熱應力而求得， 結果並顯示了殘餘熱應力較殘餘流動應力大10至100倍。本研究並結合固 體力學之平面應力理論及Mindlin平板理論來預測成品因殘餘應力所導致 之變形量分佈情形。最後本研究亦以此粘彈性模式來預測非平衡態下之壓 力─體積─溫度 (P-V-T)之行為，並明白表示流變學本質方程式包含了非 平衡態P-V-T關係。因此，只要知道材料膨脹函數及整體柔量即可求出非 平衡狀態下之體積變化，此對於實際加工程序中是相當重要的。