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輕便可攜式應力分析解決方案

2019-02-25 01-雜誌專題 201708

前言: 
射出成型產品中存在的殘餘應力主要由兩個原因所導致，
一為充填階段之由流動殘餘應力所引發之分子排向，
二為保壓階段塑膠受到擠壓所造成的殘餘應力，
三為冷卻階段不均勻收縮所產生之熱殘餘應力。流動殘餘應力主要受到在塑膠充填流動的過程中高剪切率所導致，而在充填之後的冷卻與脫模階段持續被釋放或凍結。
熱殘餘應力則由高溫的塑膠材料冷卻到玻璃轉移溫度後的不均勻的體積收縮與密度變化所生成。分子排向與流動殘餘應力在充填階段與保壓階段是屬於高分子黏彈性的行為。

在溫度高於玻璃轉移溫度之下，塑料 處於液態的階段， 高分子鏈將依據流動方向產生相應對的配向。而射出成型過程中高冷卻率下的快 速固化將使得這些應力與分子 排向無法被完全的鬆弛及釋放。
流動殘餘應力一般認為 比熱殘餘應力 小，然而流動殘餘應力與高分子的凍結排 向息息相關，在現今的技術中利用流動殘餘應力提供與分子排向的關聯是較為可行的方案。而高分子凍結排向 影響了非等向性的機械性質、熱性質與光學性 質，並影響了之後的尺寸穩定度，因此流動殘餘應力之重要性是無法忽略。

殘留應力檢測
殘留應力除了會影饗塑膠件尺寸精度與多材料件組裝性要求，同時，環境變異所產生的潛在應力破壞丶蠕變性破壞丶疲勞性破壞等，也會因為殘留應力存在而加速此問題的產生此外，
殘留應力更會造成光學特性的改變， 對於後續加工，例如塗佈丶電鍍等製程都會造成嚴重影響。現在，透過的穿透式應力偏光儀，將協助您簡易 快速檢測塑件內部殘留應力，進一步了解應力分佈與成因，即早找出合適的解決方法，優化的產品設計。此穿透式應力偏光儀為一種非破壞性定性觀測方法，
利用塑膠受應力作用下之光彈特性，來觀測材料的雙折射率變 化情形。只要將塑膠透明件產品或試片置於兩片正片之 偏光塑膠片中，藉由塑膠雙折射現象及光彈特性而使白色光源經偏光片後通過形成彩色明暗條紋，由所顯示 之條紋形式及色彩，可以對應到觀測塑膠件內部的殘留應力大小。
條紋密度越高的部份，即為塑膠件殘留 應力較高之區域。應力偏光儀能快速檢測塑件殘留應 力分佈，協助解決因應力所衍生的相關問題，並提高 產品品質與競爭力的最佳幫手。非破壞性穿透式偏光 技術直接觀察塑膠產品殘留應力分佈背光式光源模組 適用於各式透明塑件。

原理分析 
光的產生是藉由電荷振動所釋放之輻射波，光束同時 具有粒子及波動之特性，光波可在真空中 傳遞是屬於 電磁波之一種。然而，光可以向四面八方照射，所以 若以自然光來做一些如乾射、繞射 等分光觀測時，將會因為各方向光波的互相干擾而無法辨識。
因此，為方便於光譜觀測及便於以簡單數學方程式來表示，一般常用單方向之光波來作為光源，而此單方向光源是利用將白光光源，藉由一單方向之光學偏光片，使其通過之光波都固定在一特定方向上。例如，將兩片光學偏光片，
依前後放置在一白光光源前，當白光透過第一片偏光片時已成一單方向光波，若旋轉第二片偏光片觀察時，將會發現當兩片偏光片成平行時，可見到白光通過；但若兩片成垂直時，則呈黑暗無光線通過。在存有應力之透明塑膠及玻璃材料之光學鏡頭中，在平面上可將應力分成兩個主軸應力，
使材 料具 有兩不同的折射率。因此光要通過此材料時，沿二個 主應力方向振動的光波彼此有不同的速率，穿出材料時，則會有相對相位差產生。而此相位差正比於平面 上的兩個主軸應力之差值。
而應力光學定律是指一透明塑膠材料當受應力時，其折射率會隨著所受應力變化而改變，當物體的應力狀態和光交互作用，則可由光彈條紋可推知物體的應力狀態。光彈性量測應力的方法其主要優點在於可了解外力作用瞬間或成形定型後，測試品整體的應力場分佈，可實際用於產品品質管控上。

結語 
近年來隨著各式產品推陳出新的速度愈來愈快，設計 人員必須在最短的時間內開發出新產品，製造部門也 須要縮短製程時間來滿足新產品上市時程。因此，在塑膠射出成型加工的過程中，射速快、冷卻時間短是提高生產力與競爭力的條件之一。
然而，對於塑膠產 品而言，過大的速度差或不均勻冷卻，往往會在成型 過程中產生殘留應力。這除了會影響產品在使用上的 強度之外，對於某些二次後加工程序更會造成困擾。因此，要正確了解塑膠產品發生應力的原因、產生應 力的位置與應力之型態，
才能有效分析，提出解決成 型及設計上的問題點。 ■