Abstract
用短纖維（如玻纖、碳纖等）強化熱可塑性塑膠複合材料（short fiber reinforcedthermoplastics,SFRTP）的機械性能已廣泛地應用於現今的高分子加工業。這些機械性能包括硬度（stiffness ）、拉伸強度（tensile strength）、撞擊強度（impactstrength）、耐熱扭曲性（heat deflection ）等等。SFRTP 最常見於射出成型（i-njection molding）與模鑄薄板複合製品（sheet molding compounds, SMC）; 漸漸地，此也應用於擠出（extrusion ）加工。除了樹脂材料本身之優劣與分子定向排列（molecular orientation ）的因素外, 這些加工製品的機械強度亦取決於所摻入纖維之濃度、長度及纖維排列方位（fiber orientation ）, 而排列方位尤其重要。加工過程中流體之流動決定了纖維方位之分佈並直接影響產品各方向的機械強度，現已有許多實驗對各種流場中的纖維排向作了定性的結論。本篇研究旨在以有限元素法（FEM ）及Jeffery 橢圓體運動方程式來預測在一般較常見的加工流場如收縮管道、擴張管道及擴張環管道中其纖維的三維轉動，並探討幾何形狀參數或流體性質對纖維配向之影響；此外，C-FLOW軟體提供了射出成型充模的流場，本研究將以此為基礎探討纖維在充模過程模具中各層的排向。結果發現在收縮流動時，纖維排向大多趨於流動方向；擴張流動則造成了環方向（hoop）的纖維方位, 此現象在環形管道中尤其明顯，且幾何參數決定各方向纖維排列的程度。在射出成型方面，模具幾何形狀導致的擴張流場使得核層（core）面的纖維方向多與主流垂直, 模壁附近切變率則使表層（s-kin ）面纖維較為雜亂或平行於流動方向, 理論預測結果發現模具中心面的纖維配向與實驗尚稱吻合。