TWI443010B - Extrusion forming mold and mold flow path determination method - Google Patents

Description

擠壓成形用模具及模具流路決定方法

本發明係關於擠壓成形(extrusion molding)用模具，特別是關於可應用於使流體擠壓成薄膜片狀等之平模及圓模等之高均勻性(uniformity)擠壓成形用模具。

以往，在製造薄膜片狀(film sheet)製品時主要所使用之平模(flat die)，係使自擠壓機等的熔融可塑化裝置所傳送來的流體，擠壓成薄且幅度寬廣之狀態用之裝置，其通常係利用擠壓單一樹脂，或在薄片的厚度方向層疊不同的樹脂之狀態下而擠壓成形之方式。

以往的平模之流路形狀，例如在非專利文獻1記載一種眾所周知之衣架形模具(coat hanger die)。此一形狀，係基於流路設計依如次式(1)求得流道(manifold)半徑的形狀。

R=[(1+a²)^n’/2．α．y/a^n’]^1/(n’+3)...(1)此處，a=dt/dW、α=(n’+3)．H^(n’+2)/2 π(n’+2)，R係流道半徑，y係自端部之距離，H係三角形間隙(gap)(流路厚度)，t係傾斜量，W係開口長度。又，n’係使η為剪斷黏度，使γ為剪斷速度，使m為模型參數而以如次式(2)所定義之冪次定律(power law)之模型參數(n’≧1)。

η=m γ^{(n’-1)/n’}...(2)

如圖5所示，此一衣架形模具，係由流道(manifold)11的 半徑或流道半徑所算出之流道剖面積而自中央部朝端部逐漸縮減之型式，其被稱為衣架形漸減流道型。衣架形模具的形狀，係依照流道11的角度(傾斜量)或縫隙(slit)12之間隙(流路厚度)而決定流道半徑，縫隙本身並不是用來提高模具出口的厚度均勻性(uniformity)(以下稱為均勻性)者。

又，另一種流路形狀，例如專利文獻1之圖6所示記載有一種接在流道21寬闊的間隙縫隙(gap slit)22之長度而在寬度方向逐漸增加，且其下段的窄間隙縫隙23之長度則在寬度方向逐漸縮減之形狀，其被稱為傾斜端緣直線流道(taper-land straight manifold)型。

(非專利文獻1)「擠壓成形用模具之設計」，伊藤公正著，工業調查會發行，P48~57

(專利文獻1)日本專利特開昭56-136328號公報

自模具被擠壓成薄膜片狀之樹脂的流動特性，並不會影響到最終製品的品質。特別是，均勻性愈高愈佳，而只要是高均勻性模具，則裝置立起時其厚度調整時間可縮短，或者在局部調整螺栓鎖緊時殘留應力的不均勻亦可被抑制。但是，在設計高均勻性模具時，流道半徑或自流道半徑所算出之流道剖面積會有變大之傾向，使得模具端部的滯留時間被極度拉長而有變茶褐色或魚眼發生原因之可能。

上述之衣架形漸減流道型，雖在平模中亦被公知具有高均勻性，但因為對此流路形狀有特有的寬度方向厚薄分佈之情形，因此，其有難以對應近年來光學系樹脂之擠製等要求的情形。

另一方面，傾斜端緣直線流道型，其均勻性高，而以一台模具對應於黏度特性不同之各種樹脂雖然比衣架形漸減流道型為優秀，但由於流道半徑較大且為直線形狀，因此，在端部的滯留時間會有變長之問題。

本發明係為了解消此一問題點而所完成，其目的為提供可謀求均勻性之提高與滯留時間之縮短雙方的問題之擠壓成形用模具。

又，本發明之目的亦為提供對此擠壓成形用模具之模具流路決定方法。

本發明之擠壓成形用模具，其具備有：在模具寬度方向延伸，且自流體向模具之流入口起朝向模具端部方向其剖面積逐漸縮減之流道(manifold)；及，連通在流道的下游側之縫隙部(slit)；而縫隙部包含：具有比流道的半徑更窄小的流路厚度且自流體向模具之注入口起朝向模具端部方向流路長度逐漸增大之第1縫隙；及，連通在第1縫隙且具有比第1縫隙更窄小的流路厚度，同時，自流體向模具之流入口起朝向模具端部方向流路長度逐漸縮減之第2縫隙。

而其如更具有：連通在縫隙部的下游側且具有比第2縫隙更窄小的流路厚度，同時，在模具寬度方向具有均等流路長度之第3縫隙如此為佳。

又，對於模具寬度方向，第1縫隙之流路長度的逐漸增大量與第2縫隙之流路長度的逐漸縮減量係互相呈反比例的關係，而其可構成為，流道的剖面積因應於第1縫隙之流路長度的逐漸增大量而以模具寬度方向座標之函數來表示。

如上所述，本發明之模具流路決定方法係，對於模具寬度方向，第1縫隙的流路長度之逐漸增大量與第2縫隙的流路長度之逐漸縮減量係互相呈反比例的關係，流道的剖面積在第1縫隙中可因應於流路長度的逐漸增大量而以模具寬度方向座標的函數來表示，對於擠壓成形用模具，其係藉由如次式而決定流道的半徑R之方法。

R={α．(A-1)^-n’(dT/dZ)^-n’．Z}^1/(n’+3)但是，α=(n’+3)．h2^(n’+2)/2 π(n’+2)、A=(h2/h1)^{(n’+2)/n’}，dT/dZ係第1縫隙的流路長度之逐漸增大量，Z係模具寬度方向座標，h1係第1縫隙的流路厚度，h2係第2縫隙的流路厚度，n’係使η為剪斷黏度，使γ為剪斷速度，使m為模型參數而以式η=m γ^{(n’-1)/n’}所定義之冪次定律的模型參數(n’≧1)。

根據本發明，因為在自流體向模具之流入口朝向模具端部 方向剖面積逐漸縮減之流道的下游側，其使含有自流體向模具之流入口朝向模具端部方向流路長度逐漸增大之第1縫隙以及和此第1縫隙連通且流路長度逐漸縮減之第2縫隙之縫隙部連通，因此，其可謀求均勻性之提高與滯留時間之縮短之兩者。

以下依照附圖說明本發明之實施形態。

圖1表示實施形態之擠壓成形用模具的前視剖面圖，圖2表示省略流體的流入口而自對稱面之模具的寬度方向中央部至另一邊的端部為止之流路的概略圖。此一擠壓成形用模具，具有流體自模具中央部上方的流入口1朝向流道2流入之左右對稱的形狀，而流路自流體之上游側起被分割為流道2、具有第1縫隙3與第2縫隙4的縫隙部、及第3縫隙5之區域。

流道2在模具寬度方向延伸，且在模具的寬度方向中央部連通至流入口1，其具有自模具的寬度方向中央部朝向端部剖面積逐漸縮減之形狀。連通此一流道2的下游側之縫隙部的第1縫隙3，具有比流道2的半徑更窄小之間隙(流路厚度)h1，同時，其流路長度自模具的寬度方向中央部朝向端部直線地逐漸增大。連通第1縫隙3的下游側之第2縫隙4，具有比第1縫隙3的間隙h1更窄小之間隙h2，同時，其流路長度自模具的寬度方向中央部朝向端部直線地逐漸縮 減。在此等第1縫隙3中之流路長度的逐漸增大量與在第2縫隙4中之流路長度的逐漸縮減量係互相呈反比例的關係，而流路長度係以T表示。連通第2縫隙4的下游側之第3縫隙5，具有比第2縫隙4的間隙h2更窄小之間隙，其因為是自模具擠壓時可保持最終的流動安定性之區域，因此，其流路長度在寬度方向係全部相等。

在此一流路形狀中，流道2的半徑R，對於模具寬度方向，第1縫隙3的流路長度之逐漸增大量，亦即，對模具寬度方向因應於第2縫隙4的流路長度之逐漸縮減量，以模具的寬度方向端部為原點之模具寬度方向座標Z之函數，可藉由如次式(3)而決定。

R={α．(A-1)^-n’(dT/dZ)^-n’．Z}^1/(n’+3)...(3)此處，α=(n’+3)．h2^(n’+2)/2 π(n’+2)、A=(h2/h1)^{(n’+2)/n’}，n’係使η為剪斷黏度，使γ為剪斷速度，使m為模型參數而以如次式所定義之冪次定律之模型參數(n’≧1)。

η=m γ^{(n’-1)/n’}

如圖1及圖2所示，因為對於模具寬度方向，第1縫隙3的流路長度T之逐漸增大量(dT/dZ)，亦即，對模具寬度方向第2縫隙4的流路長度T之逐漸縮減量(dT/dZ)為一定值，因此，在式(3)中可成為定數。另一方面，第1縫隙3及第2縫隙4之流路長度的逐漸增減量即使為非直線性時，在微小寬度dZ中假如使變化量dT定義為寬度方向座標Z 的函數時，則在式(3)中依次設定座標Z及漸增減量(dT/dZ)時，則可決定流道半徑R。在式(3)中所求得之流道半徑R，係流道剖面為圓形之狀況，而在圓形以外的形狀時，則使自流道半徑R所算出的剖面積作為同一流路剖面積，如此為佳。

使流體、模具寬度、模具全體的流路長度、擠壓量及擠壓流體溫度任一者均相同而實施流路設計之以往的衣架形漸減流道型及傾斜端緣直線流道型相對於本實施形態之模具，實施均勻性與滯留時間之模擬。圖3表示均勻性的模擬結果，圖4表示滯留時間的模擬結果。又，本實施形態之模具表示有重視均勻性而決定流路之模具(實施例1)及考慮滯留時間之縮短而決定流路之模具(實施例2)的二種類。

如圖3所示，重視滯留時間而決定流路之實施例2的模具之均勻性，雖然顯示和以往的傾斜端緣直線流道型有大約相同的精確度，但重視均勻性而決定流路之實施例1的模具，被判明其在±0.2%以下具有極為高精確度的均勻性特性。

圖4所示之滯留時間中，重視均勻性而決定流路之實施例1的模具，雖然和以往傾斜端緣直線流道型模具具有相同或稍微更長的滯留時間，但重視滯留時間而決定流路之實施例2的模具，則顯示和以往的衣架形漸減流道型有大約相同的滯留時間分佈。

如以上，由於使自流體的流入口朝向端部之流路長度逐漸 增大之第1縫隙3與流路長度逐漸縮減之第2縫隙4，依次連通在自流入口朝向模具端部方向剖面積逐漸縮減之流道2，因此，其可得到高均勻性之擠壓物。

在此擠壓成形用模具中，對因為滯留時間過長而被認為劣化等之流體的情形，當以縮短滯留時間為前提而決定流路形狀時，其均勻性亦和以往的模具具有大約相等或更為高精確化之結果。

本發明之擠壓成形用模具的流路形狀由於可和以往的模具流路之製作方法用相同的方法來製作，因此，其可抑制製作成本之增加。

1‧‧‧流入口

2‧‧‧流道

3‧‧‧第1縫隙

4‧‧‧第2縫隙

5‧‧‧第3縫隙

h1、h2‧‧‧間隙

R‧‧‧流道半徑

dT‧‧‧變化量

dZ‧‧‧微小寬度

Z‧‧‧寬度方向座標

T‧‧‧流路長度

圖1係本發明之實施形態的擠壓成形用模具之前視剖面圖。

圖2表示實施形態之擠壓成形用模具的流路之概略部分斜視圖。

圖3表示對實施形態之模具和以往的模具之均勻性的模擬結果圖。

圖4表示對實施形態之模具和以往的模具之滯留時間的模擬結果圖。

圖5係以往的衣架型漸減流道型模具之前視剖面圖。

圖6係以往的傾斜端緣直線流道型模具之前視剖面圖。

1‧‧‧流入口

2‧‧‧流道

3‧‧‧第1縫隙

4‧‧‧第2縫隙

5‧‧‧第3縫隙

Z‧‧‧寬度方向座標

T‧‧‧流路長度

Claims (3)

1. 一種擠壓成形用模具，其特徵為，其具備有：在模具寬度方向延伸，且自流體向模具之流入口起朝向模具端部方向其剖面積逐漸縮減之流道(manifold)；及，連通在前述流道的下游側之縫隙(slit)部；而前述縫隙部包含：第1縫隙，其具有比前述流道的半徑更窄小的流路厚度且自流體向模具之流入口起朝向模具端部方向流路長度逐漸增大；及，第2縫隙，其連通在前述第1縫隙且具有比前述第1縫隙更窄小的流路厚度，同時，自流體向模具之流入口起朝向模具端部方向流路長度逐漸縮減；相對於模具寬度方向，前述第1縫隙之流路長度逐漸增大量與前述第2縫隙之流路長度的逐漸縮減量係互相呈反比例的關係，前述流道的剖面積係因應於前述第1縫隙之流路長度逐漸增大量而以模具寬度方向座標之函數來表示，前述流道的半徑R係滿足以下的方程式：R={α．(A-1)^-n’(dT/dZ)^-n’．Z}^1/(n’+3)「但是，α=(n’+3)．h2^(n’+2)/2 π(n’+2)、A=(h2/h1)^{(n’+2)/n’}，dT/dZ係第1縫隙的流路長度之逐漸增大量，Z係模具寬度方向座標，h1係第1縫隙的流路厚度，h2係第 2縫隙的流路厚度，n’係使η為剪斷黏度，使γ為剪斷速度，使m為模型參數而以式η=m γ^{(n’-1)/n’}所定義之冪次定律之模型參數(n’≧1)」。
2. 如申請專利範圍第1項之擠壓成形用模具，其中，更具備有：第3縫隙，其連通在前述縫隙部的下游側且具有比前述第2縫隙更窄小的流路厚度，同時，在模具寬度方向具有相等的流路長度。
3. 一種模具流路決定方法，其特徵為，對於具有下述特徵之擠壓形成模具，藉由以下的方程式加以決定其流道的半徑R：R={α．(A-1)^-n’(dT/dZ)^-n’．Z}^1/(n’+3)「但是，α=(n’+3)．h2^(n’+2)/2 π(n’+2)、A=(h2/h1)^{(n’+2)/n’}，dT/dZ係第1縫隙的流路長度之逐漸增大量，Z係模具寬度方向座標，h1係第1縫隙的流路厚度，h2係第2縫隙的流路厚度，n’係使η為剪斷黏度，使γ為剪斷速度，使m為模型參數而以式η=m γ^{(n’-1)/n’}所定義之冪次定律之模型參數(n’≧1)」；而該擠壓形成模具之特徵為其具備有：在模具寬度方向延伸，且自流體向模具之流入口起朝向模具端部方向其剖面積逐漸縮減之流道；及，連通在前述流道的下游側之縫隙部；而前述縫隙部包含： 第1縫隙，其具有比前述流道的半徑更窄小的流路厚度且自流體向模具之流入口起朝向模具端部方向流路長度逐漸增大；及，第2縫隙，其連通在前述第1縫隙且具有比前述第1縫隙更窄小的流路厚度，同時，自流體向模具之流入口起朝向模具端部方向流路長度逐漸縮減；相對於模具寬度方向，前述第1縫隙之流路長度逐漸增大量與前述第2縫隙之流路長度的逐漸縮減量係互相呈反比例的關係，前述流道的剖面積係因應於前述第1縫隙之流路長度逐漸增大量而以模具寬度方向座標之函數來表示。