將產品依澆口及充填末端做試片切割後，利用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)，分別觀察每片試片之澆口及充填末端，其平行塑料流動方向(E1)及與垂 直塑料流動方向(E2)之斷面情形，由此得之塑料充填之情況，藉此改善射出成形參數，達 到更為完整之成品。
4.7 散熱量測
本研究報告量測 LED 燈座熱傳變化情形。研究儀器利用熱電偶溫度計，量測溫度變化 情形，分別量測 LED 燈源、散熱鰭片以及環境溫度三點，溫度量測結果，利用熱阻抗值探 討散熱燈座散熱之情形。熱電偶量測位置，如圖 4-6 所示。
圖 4-6、熱電偶量測位置
熱阻抗(Thermal Resistance, Rth)
熱阻抗之物理意義為物體抵抗熱傳遞的能力，若熱阻抗值越低，代表燈座散熱效率 越高，其影響因子為熱傳導係數、材料厚度以及截面積，而本研究只探討接觸熱傳導，因 此公式如式(1)， 為量測溫差，由 LED Chip 溫度至環境溫度的溫差，Q 為輸入之功率。
熱轉換(Thermal Exchange)
本實驗使用之電源供應器提供之功率為 8.6W，電源轉換損耗約 1.4W，最後轉換之熱 效率約 70%，公式如式(2)，計算後 LED 發熱效率約 5.04W。
輸入功率 損耗 熱轉換效率
五、 結果與討論
5.1. PPS 塑料成份分析
成份分析使用塑料為華宏新技研發之 PPS 複材，塑料顏色分別為黑與白兩色。PPS 分 子鏈由苯環及硫原子構成，並可由二氯苯及硫化鈉聚縮而成。由 EDS 結果顯示，PPS 含有 之 Na、S、Cl 成份，為其基本之構成物。其中，黑、白兩款 PPS 塑料皆含有鋁(Al)、磷(P) 之成分，推測鋁為其添加物-氧化鋁(Al2O3)之成份，其目的為提升產品之強度，並增加其導 熱效率，磷，常作為塑料之阻燃劑。另外白色 PPS 所含成份之分析結果，與黑色 PPS 塑料 相比下，多出鈦(Ti)元素，而鈦白粉(TiO2)常作為塑料著色之添加物，因此黑色 PPS 並無鈦 成份之存在。另外由白色 PPS 複材分析結果得知其含有鉀之成份，推測其用途為塑化劑，
使塑料軟化，提升加工之成形性。EDS 分析結果如表 5-1~5-4 所示。最後，由於產品外觀 要求為白色亮面，因此於拉伸試片及環形散熱燈座，成形皆為使用白色 PPS 複材。
表 5-1 Black-Base
Element Weight% Atomic%
C 41.80 59.58 O 11.32 12.11 Al 31.84 20.21 P 4.00 2.21 S 11.04 5.89 Totals 100.00
表 5-2 Black-Composite
Element Weight% Atomic%
C 5.03 10.19 O 8.47 12.87 Al 78.14 70.39
P 8.35 6.55
Totals 100.00
表 5-3 White-Base
Element Weight% Atomic%
C 19.81 35.77
O 10.21 13.84
Al 41.53 33.38
P 5.39 3.78
S 12.49 8.45
Ti 10.56 4.78
Totals 100.00
表 5-4 White-Composite
Element Weight% Atomic%
Na K 4.21 5.85
Al K 32.20 38.14 P K 20.26 20.90
S K 5.82 5.80
Cl K 11.27 10.16 K K 14.31 11.69
Ti K 9.08 6.06
Zn L 2.86 1.40
Totals 100.00
5.2 PPS 複材拉伸/衝擊試片之射出成形
拉伸實驗所使用試片尺寸，依據ASTM D638規範所設計，其長度為12.7mm、寬度為 9.57mm、厚度為3.2mm，截面積為10.176mm，衝擊試片長度為63.5mm、寬度為12.7mm、厚 度為3.2mm，截面積為33.92mm2，如圖5-1所示。製程參數如表5-5所示，圖5-2為本實驗所使 用的拉伸試驗機，試片於射出成形時，以模具溫度作為變動因子，並以100℃、115℃、125℃
及135℃四組参數進行試片成形，探討PPS複材其機械性質之變化。拉伸速度為5 mm/min，
每組參數拉伸三片試片，衝擊試驗每組以四片試片做取樣。
圖 5-1. 拉伸/衝擊試片
圖 5-2. 拉伸試驗機
表 5-5. 拉伸/衝擊試片射出成形製程參數
5.3 拉伸/衝擊實驗結果
拉伸試片之射出成形，其變動因子為模具溫度，結果由表 5-6 得知，模具溫度較低之 情況下，其拉伸強度較低，為 55.49N，隨著模具溫度提高，拉伸強度隨之上升，提升至 65.04，
產生此結果之原因為，模具溫度於較高時，使塑料充填更容易，提高拉伸試片之密度，而 使拉伸強度值隨模具溫度上升而提高，如圖 5-3 所示。由此拉伸實驗結果得知，於往後射 出成形時，提高模具溫度，將有效提升產品機械強度。由衝擊實驗結果如表 5-7 及圖 5-4 所示，模具溫度對衝擊試驗之影響較低，衝擊強度平均值約 0.27 J/cm2。
表 5-6. 拉伸強度值(單位: MPa)
5.4 PPS 透光度檢驗
測試光源利用洋鑫提供之四吋 LED 燈光源進行測試，光源如圖 5-5 所示，成形件為長 方形平板件，尺寸如圖 5-6 所示。由測試結果得知，LED 光源於功率 0.06W 情況下，光源 無法穿透厚度 1mm 之平板，如圖 5-7 所示。由此結果得知，LED 光源於四吋燈座產品邊緣 最薄厚度 1.5mm 處，可被有效阻隔。
圖 5-5.透光檢測 LED 光源
圖 5-6.測試平板件之尺寸
圖 5-7. a) LED 燈源未放置平板件 b) LED 燈源上方放置平板件
a b
5.5 模流分析結果
模流分析所使用之分析模型為，洋鑫科技股份有限公司所設計之四吋環形 LED 散熱燈 座，其尺寸大小如圖 5-8 所示。澆口設計考量因素如下， 1. 澆口位置避免設計於產品外觀 面 2. 維持塑料接合溫度於高溫狀態，基於以上考量因素，澆口位置選擇於產品內圓，為 方便日後生產時，澆、流道與產品分離，澆口型式為點狀澆口，共有三個澆口，為提高塑 料接觸時之溫度，提高產品成形率，澆流道尺寸如圖 5-9 所示。
圖 5-8.四吋燈座尺寸
圖 5-9.澆、流道尺寸 5.5.1.射出塑料選用及製程參數設定
射出製程參數由材料特性及成形件大小所決定。本次所使用之 TPC890N-A PPS 塑料並 無內建於模流分析資料庫中，因此在模流分析使用材料特性相近之 HFT-62 CAE 塑料，
並由於 5.1 節材料分析之結果得知此 PPS 塑料含有添加物，因此於 HFT-62 CAE 塑料內加 入纖維含量 30%，提高模擬與實際射出成形之吻合度，材料特性如表 6-1.所示，黏度曲線 及 pvT 特性如圖 5-10、5-11 所示，模流分析配置如圖 5-12 所示，製程參數如表 5-8 所示。
圖 5-10. 黏度曲線圖 圖 5-11.pvT 特性圖
圖 5-12. 模流分析配置 表 5-8. 射出製程參數
5.5.2 塑料流動波前
由流動波前結果可得知塑料於充填時，模穴是否有充填速度不均勻或短射之情形發生，
如此可在開模前預測澆口設計對充填情況之影響。本模擬分析利用分析軟體 Moldex R 10.0(科盛科技股份公司)進行模流分析。其分析之流動波前如圖 5-13 所示，充填百分比共 五段 25%、50%、75%、90%及 100%。由結果得知，此澆口設計於各充填階段時，都為均 勻流動，因此產品各部位在冷卻時能均勻冷卻，減少收縮情形發生。
25%
50%
75%
90%
100%
圖 5-13. 模流分析-塑料流動波前圖
5.5.3 縫合線預測
由於澆口設計數量為三澆口，因此在充填時，必然產生三道塑料流動波前。當兩波前 相互接觸時，會於產品表面及內部產生一接觸痕跡，稱為縫合線。降低縫合線的方法有二，
一為利用射出成形參數，如增高模具溫度，使塑料接觸時處於高溫狀態，二為於模具表面 進行表面加工處理，利用表面紋路降低縫合線對產品外觀的影響。由於本計畫之產品表面 設計為光滑表面，因此改善縫合線方式為進行射出成形參數之變更，用於降低縫合線之問 題，由 6-2 結所分析之結果得知，縫合線接觸溫度約 145℃，此溫度高於 PPS 塑料玻璃軟 化溫度點(Tg)，因此當塑料兩波前處於高溫之情況接觸，縫合線對產品外觀之影響可大幅降 低，塑料接觸歷程曲線如圖 5-14 所示。
圖 5-14.各縫合線溫度 5.5.4 體積收縮及翹曲變形量
塑料於高溫降低至穩定溫度後會有容積之變化，當成形件於冷卻階段時，內部若產生 冷卻不均勻時，會使內部收縮情況不一，因而造成產品變形或翹曲。原有四吋燈座其產品 厚度(肉厚)差異較大，使得產品內部溫度冷卻時間不一，經由模組設計變更，四吋燈座利用 增加邊緣肉厚之方式，由原設計之 1.2mm 增加至 1.5mm，降低產品厚度差異，使產品收縮 分布均勻化，降低產品翹曲之情況，其四吋燈座內部體積收縮如圖 5-15 所示，翹曲值如圖 5-16 所示，其總位移為 0.071mm。
圖 5-15. 四吋燈座內部體積收縮
圖 5-16. 四吋燈座總位移: 0.071mm(15 倍放大)
5.6 產品檢測
本實驗使用試片為 LED 散熱燈座，其外觀如圖 5-17 所示。由於澆口設置為三澆口，
因此必然產生三充填末端，因此本實驗分別對澆口及充填末端位置，進行 E1、E2 方向試 片之切割，取樣位置如圖 5-17-b，並利用 SEM 分別由澆口開始至末端共三點如圖 5-18 所 示，觀察其塑料於澆口及縫合線兩處之凝固層、核心層以及塑料流動情形，最後為縫合線 處之收縮情形。
圖 5-17. 樣品外觀
澆口-E1 方向 澆口-E2 方向
澆口
充填末端
澆口
充填末端-E1 方向 充填末端-E2 方向 圖 5-18. 量測試片剖面
5.6.1 凝固層
由於模穴與塑料的溫度差異，使得塑料充填至模穴時，較低溫之模具會使塑料快速降 溫，塑料於此快速熱交換之情況下，會於模穴表面凝結一層塑料，稱為凝固層，而核心部 位較高溫度之塑料稱為核心層，如圖 5-19 所示。
由 SEM 拍攝之結果，圖 5-20 紅色圈起處可看出凝固層為表層較深色處，由圖 5-20-a 結 果可看出，塑料處凝固層之密度較高，與接近核心層較多孔隙之情形有明顯差異。而澆口 處之凝固層厚度約84μm，2、3 點厚度分別為 8μm 及 25μm，產生此結果是由於塑料由澆口 進入模穴的溫度差最大，因此凝固層較厚。
圖 5-19.塑料流動示意圖
a. 澆口_E1 方向 凝固層第一點
澆口
b. 澆口_E1 方向 第二點
c. 澆口_E1 方向 第三點 圖 5-20. 澆口-E1 方向塑料流動情形 5.6.2 塑料流動方向
觀看澆口-E1 塑料流動方向之結果多為點狀之孔洞，如圖 5-20 所示。而澆口-E2 試片，
雖其斷面取樣方向為垂直塑料流動方向，但因成品幾何變化之原因，使塑料流動呈 900 方 向之改變，此結果與模流分析結果相近，如圖 5-21 所示，此外也可得知，由於高溫之模具，
使得凝固層凝固較不完全，使凝固層下方之塑料於充填時，因與凝固層之塑料產生摩擦，
產生剪切之現象，使尚未完全硬化之凝固層產生方向性之行為，而此塑料方向性層會發生 於凝固層與核心層之間，其距離凝固層下方約 260μm，如圖 5-21-a 所示。而如圖 5-22 所 示，不論 E1、E2 方向於核心層處都無方向性之行為，因核心層之塑料於射出成形時，溫 度處於較高情況下，分子鍊間有較多時間得以釋放，因此塑料較不容易產生方向性之行為。
再者，因方向性行為於縫合線之情況，不論 E1、E2 皆為雜亂之情形，由於兩流動波前接 觸時，原有具有方向性之塑料於接觸時，其方向於接觸時被打亂所至，如圖 5-23 所示。
再者，因方向性行為於縫合線之情況，不論 E1、E2 皆為雜亂之情形，由於兩流動波前接 觸時，原有具有方向性之塑料於接觸時，其方向於接觸時被打亂所至，如圖 5-23 所示。