5.5 模流分析結果
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。
E2 方向塑料流動情形-成品
E2 方向塑料流動情形-模流分析 圖 5-21. 澆口-E2 方向塑料流動情形
澆口-E1 核心流動情形 澆口-E2 核心流動情形
縫合線-E1 核心流動情形 縫合線-E1 核心流動情形 圖 5-22. 塑料核心層流動情形
第 1 點
第 2 點
圖 5-24 四吋燈座 a) 鋁擠製 b) PPS 塑膠複材
圖 5-25 燈座散熱效率實際量測情形
六、 結論與建議
本研究經由產學合作方式進行，由學校負責進行塑膠複材檢測與實驗模具的開發，
其分析及成形之 LED 散熱燈座模型由洋鑫科技進行設計，此計畫案透過多方的合作，從初 始的 LED 散熱燈座設計，到後續的開模生產，直至最終試樣產品的誕生，其過程可作為後 續產學合作在類似情況下的參考。
由於此產學合作計畫案所開發之 LED 用塑膠複材散熱燈座，產品厚度差異變化甚大，
於肉厚最大處冷卻較為緩慢，因此成品表面易於冷卻時形成收縮之問題，導致成品良率降 低，未來可針對模流分析，於分析時置入量測節點於產品外觀面，進行更為精準之收縮值 分析，提高模擬分析實之準確性，並可達到模流分析事前預測之用途，以減少產品收縮問 題與修模次數。
經由本產學合作案亦投稿研討會論文
1. 研討會論文- “射出成形於熱傳導性塑膠複材及 LED 散熱燈座之應用”，中國機械工 程學會第二十九屆全國學術研討會，2012。
2. 本計畫校對合作企業達成(1)LED 新式散熱燈座模組開發流程。對學校達成: (1)雙方建 教合作，培育務實至用之技術人才; (2 )達到 LED 散熱燈座開發技術建立與製程分析能 力。
a b
七、 參考文獻
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計畫查核點自評表
重要工作項目
查核內容概述 廠商參與情形概述
期中 期末 期中 期末
導熱性塑膠複材評估 100年11月31日 100年11月31日
導熱性塑膠複材機械性質量測 101年03月15日 101年03月21日
初步模具設計與模流分析 101年04月30日 101年05月15日
射出成形模具設計與發包 101年06月15日 101年06月31日
射出成形實驗 101年07月31日 101年07月31日
燈座散熱檢測 101年08月31日 101年08月31日
結案報告製作 101年09月31日 101年10月7日
本產學合作計畫研發成 果 及 績 效 達 成 情 形 自 評 表
附錄 A TPC890N-A1 PPS 物性表
國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表
日期:2012/11/14
國科會補助計畫
計畫名稱: LED用塑膠複材散熱裝置之射出成形模具設計分析 計畫主持人: 陳炤彰
計畫編號: 100-2622-E-011-023-CC3 學門領域: 加工與製造
無研發成果推廣資料
100 年度專題研究計畫研究成果彙整表
計畫主持人：陳炤彰 計畫編號：100-2622-E-011-023-CC3 計畫名稱：LED 用塑膠複材散熱裝置之射出成形模具設計分析
其他成果