4-1 實驗結果概論
本研究將實驗結果分三部分做探討,塑料流至 A 區時尚未受到 嵌入件影響,可視為無嵌入件之平板試片的殘留應力表現;B 區塑料 遇到嵌入件而分流並且受嵌入件溫度影響,實行退火可以降低試片熱 殘留應力,進而使流動殘留應力的表現更加明顯;C 區塑料匯合並也 有受嵌入件溫度影響,影響因素最為複雜。
以下各點的條紋級數、主應力方向與計算出的等效應力列於表 4- 1 至表 4- 12,而應力改變的數值部分皆以各區量測點的平均值為 基準做比較。
4-2 PC 試片實驗分析
4-2-1 PC 試片 A 區
PC 試片退火 1HR 後約可使殘留應力降至原本的 18%,其中 case3 降幅較小,僅 31.92%,而退火 3Hr 之殘留應力與 1Hr 比較,差異不 大。
熱循環會使原試片殘留應力微幅下降,降幅 case4 最大,熱循環
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6 次後剩原本的 52.77%,case3 次之,為 54.63%,case1 為 76.41%,
case2 為 82.89%;而退火過的試片再經熱循環,整體上殘留應力不會 有太大的變動,且皆在 1MPa 之下,如圖 4- 1。
從 A 區的應力變化我們可以得知,熱循環對於沒有嵌入件的區 域而言並不會使應力上升,相當於試片受到較低溫度的退火處理。
4-2-2 PC 試片 B 區
退火 1Hr 後 case1 降為 43.14%,case2 為 50.45%,case3 為 44.18%,
case4 為 81.98%,然而繼續退火至 3Hr 時,case1 反升至 46.18%,case2 升至 64.91%,case3 降為 39.73%,case4 降為 41.70%,由此可得知,
當嵌入件加溫時,退火處理需要更多時間才能生效,而在嵌入件附近 為 64.13%,case3 為 76.07%,case4 為 79.58%,而退火過的試片則是 普遍上升至退火後狀態的 150%,甚至會高於原始試片的殘留應力,
見圖 4- 2,推論有無退火試片熱循環後之差異原因為嵌入件循環過
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程中造成的應力被循環時高溫區的退火效果抵消,而已退火試片原本 熱應力已經被消除過,嵌入件影響就直接反應在結果上。
4-2-3 PC 試片 C 區
如圖 4- 3,此區退火後殘留應力下降程度相當不明顯,退火 1Hr 後 case1 降為 85.86%,case2 為 91.32%,case3 反升至 111.92%,case4 為 97.53%,繼續退火至 3Hr,case1 降為 57.22%,case2 為 82.16%,
case3 為 107.62%,case4 為 93.22%,除了 case1 外其他組都無大改變,
此處塑料經過嵌入件後,流動應力應不會比 B 區大,所以退火後應 會下降才是,然而就嵌入件在退火時影響看來,射出時嵌入件受到壓 力,極有可能會造成嵌入件向 C 區方向彎曲(圖 4- 19),此曲率造成 加熱時嵌入件向 C 區壓迫,使得熱應力無法自由釋放。
此區熱循環後,原試片中央部分(量測點 3、4)殘留應力會明顯上 升,如圖 4- 3,取平均值 case1 為 169.07%,case2 為 212.44%,case3 為 283.25%,case4 為 193.38%,並且 case4 應力較其他組別小。
4-2-4 試片破壞結果
將各種實驗過之試片投入液態氮中 15min,結果原試片的 case1 與 case2 以及原試片熱循環 6 次的 case1、case2、case3 發生開裂,開
55 1Hr 後 case1 為 80.27%,case2 為 80.81%,case3 為 61.91%,case4 為 75.52%,但退火 3Hr 後則變成 case1 為 35.55%,case2 為 48.88%,case3 為 67.42%,case4 為 74.27%,根據文獻應是由於 PS 材料的半結晶特 性使得退火時材料不均勻再結晶所導致。
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原試片與退火 1Hr 之試片經熱循環後 case1 的應力明顯較其他參 數大,但退火 3Hr 後 4 種參數並無太大差異。
4-3-2 PS 試片 B 區
退火 1Hr 後 case1 為原本 70.62%,case2 為 53.43%,case3 為 59.17%,
case4 為 56.10%,然而退火 3Hr 後 case1 降為 38.84%,case2 為 31.35%,
case3 為 38.61%,case4 為 50.25%,與 PC 試片不同,case4 一開始即 大幅下降但繼續退火後反而其他組應力較低。
原試片熱循環後試片的應力分佈,僅 case4 為下降趨勢,退火 1Hr 試片則是只有 case1 升幅降大,退火 3Hr 後則是全體升幅一致。
4-3-3 PS 試片 C 區
見圖 4- 6,此區退火 1Hr 後 case1 為 70.51%,case2 為 76.86%,
case3 為 76.83%,case4 為 60.73%,3Hr 後 case1 為 50.21%,case2 為 54.11%,case3 為 52.97%,case4 為 58.46%,均為平緩下降;而熱循 環後僅有 case1 應力上升,其於皆與循環前無太大差異,甚至有下降 的趨勢,然而並不像 PC 試片有造成破壞,推測是結晶化的影響,使 得內部能量累計不到破壞的程度。
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圖 4- 1 PC 試片 A 區不同狀態下殘留應力比較圖
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圖 4- 2 PC 試片 B 區不同狀態下殘留應力比較圖
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圖 4- 3 PC 試片 C 區不同狀態下殘留應力比較圖
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圖 4- 4 PS 試片 A 區不同狀態下殘留應力比較圖
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圖 4- 5 PS 試片 B 區不同狀態下殘留應力比較圖
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圖 4- 6 PS 試片 C 區不同狀態下殘留應力比較圖
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圖 4- 7 PC 原試片光彈圖
圖 4- 8 PC 原試片熱循環 6 次光彈圖
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圖 4- 9 PC 退火 1Hr 試片光彈圖
圖 4- 10 PC 退火 1Hr 試片熱循環 6 次光彈圖
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圖 4- 11 PC 退火 3Hr 試片光彈圖
圖 4- 12 PC 退火 3Hr 試片熱循環 6 次光彈圖
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圖 4- 13 PS 原試片光彈圖
圖 4- 14 PS 原試片熱循環 6 次光彈圖
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圖 4- 15 PS 退火 1Hr 試片光彈圖
圖 4- 16 PS 退火 1Hr 試片熱循環 6 次光彈圖
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圖 4- 17 PS 退火 3Hr 試片光彈圖
圖 4- 18 PS 退火 3Hr 試片熱循環 6 次光彈圖
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圖 4- 19 注塑導致嵌入件彎曲示意圖
圖 4- 20 PC 原試片開裂 (case1 & case2)
圖 4- 21 PC 原試片熱循環 6 次後開裂 (case1 & case2 & case3)
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圖 4- 22 以 ABC 應力分佈建模
圖 4- 23 應力模型與實體模型對正並分割
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圖 4- 24 case1 原試片與熱循環後應力分佈與破壞區比對
圖 4- 25 case2 原試片與熱循環後應力分佈與破壞區比對
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圖 4- 26 case3 原試片與熱循環後應力分佈與破壞區比對
圖 4- 27 PS 試片不規則彎曲
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