TWI611895B - 塑料成形方法及其設備 - Google Patents

Abstract

塑料製造方法，步驟包括：將一材料原料置入一成形區，材料原料包括一流體塑料及複數導磁纖維；形成一磁場於成形區，藉此調整該些導磁纖維於流體塑料的位置；固化材料原料。

Description

塑料成形方法及其設備

本發明係提供一種塑料成形方法，特別係指一種將含有流體塑料及導磁纖維的材料原料固化成形之方法。

現今之產品製造具有多種方法，其中部分方法係以塑膠作為原料製造。塑膠以為常見之產品的製造原料，然而塑膠之結構強度仍與所需強度有一段差距，因此現今製造方法中，多於塑膠原料中添加纖維令整體產品強度提升。

然而，纖維於塑膠原料中之分布位置及角度亦會影響產品之強度。現今塑膠產品之製造方式多以射出成形、擠出成形…等，然而目前該些製造都僅能使用流速、溫度的方法推測纖維之分布，然其無法調整纖維之角度，因此塑料產品之機械性質仍難以被掌控。

本發明係欲提供一種可調整導磁纖維位置角度之塑料製造方法，製造者可依造所需調整產品之機械性質。

為達到上述目的，本發明提供一種塑料製造方法，步驟包括將一材料原料置入一成形區，該材料原料包括一流體塑料及複數導磁纖維；形成一磁場於該成形區，藉此調整該些導磁纖維於該流體塑料的位置；固化該材料原料。

本發明還提供另一實施例，其中該材料原料係由一材料提供區注入該成形區。

本發明還提供另一實施例，其中該些導磁纖維係選自金屬纖維、碳纖維及鍍鎳玻璃纖維組成之群組。

本發明還提供另一實施例，其中當調整該些導磁纖維於該流體塑料的位置時，控制該成形區的溫度與壓力。

本發明還提供另一實施例，其中該流體塑料的黏度係數與該磁場強度共同決定該導磁纖維的角度。

本發明還提供另一實施例，其中該流體塑料為熱塑性塑料，藉由冷卻固化該材料原料。

本發明還提供另一實施例，進一步包括一步驟，當固化該材料原料後，量測該固化後材料原料之穿透導電度。

本發明還提供ㄧ種塑料成型設備包括一成形區及ㄧ磁力區。成形區用以容置一材料原料，該材料原料包含一流體塑料及複數導磁纖維。磁力區設置於該成形區周圍，該磁力區產生一磁場，該磁場通過該成形區。

本發明還提供另一實施例，其中流體於第一流道的流動方向大致平行於熱交換面的法線方向。

本發明還提供另一實施例，進一步包括一材料提供區，該材料提供區以流體地連接於該成形區，該材料提供區注射該材料原料至該成形區。

本發明還提供另一實施例，進一步包括一模具，該模具包括該成形區及該磁力區，該磁力區包括一對磁鐵及一對間隔塊，該對間隔塊設置於該對磁鐵與該成形區之間。

本發明還提供另一實施例，其中該成形區係由一模仁定義形成，該成形區還包括一注入口，該材料提供區由該注入口提供該材料原料至該模仁內部。

本發明還提供另一實施例，其中該磁力區包括一對滑塊，該對磁鐵分別設置於該對滑塊，藉由該對滑塊的移動調整該磁鐵之間的距離。

本發明還提供另一實施例，其中該磁鐵為一電磁鐵或一永久磁鐵。

藉由上述實施例，本發明塑料成形方法至少可達到以下優點：藉由磁場調整導磁纖維於流體塑料中的角度位置，使得固化後之材料原料的導磁纖維係可被控制的，進而令製造者更易掌控塑料產品的機械性質。

為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。

如圖1所示，本發明提供一種塑料成形方法及塑料成形設備1，其係應用於將流態的材料原料9固化成形，其中材料原料9包含流體塑料91及複數導磁纖維92。以下先行敘述塑料成形設備1。流體塑料91係可以為熱塑性塑料。導磁纖維92係可以為金屬纖維、碳纖維或鍍鎳玻璃纖維，金屬纖維包含：不鏽鋼纖維、鐵纖維及鎳纖維…等，碳纖維包含：碳纖維表面包覆金屬(鍍鎳碳纖維0.7μm)及沉積石墨碳粒…等。

參圖1所示，塑料成形設備1包括一模具10及一材料提供區20，模具10包括一成形區11及一磁力區12，磁力區12設置於成形區11的周圍，磁力區12產生一磁場H，磁場H通過成形區11。

成形區11係由一模仁111形成，意即模仁111之內部空間即為成形區11，模仁111之內部輪廓即為成形後產品之外型。成形區11還包括一注入口112，注入口112分別連接於模仁111的內部空間及材料提供區20。磁力區12包括一對滑塊121、一對磁鐵122及一對間隔塊123。滑塊121、磁鐵122及間隔塊123係分別設置於成形區11的兩側。間隔塊123設置於模仁111並靠近於模仁111的內部空間，間隔塊123係由可穿透磁場之材質製成，如：塑膠、鐵、鋁…等。兩磁鐵122係分別設置於兩滑塊121上，磁鐵122係可為永久磁鐵或電磁鐵。滑塊121係可滑動地設置於成形區11的兩側。於本發明實施例中，磁鐵122為永久磁鐵，其可藉由滑動塊121調整成形區11的磁場H之大小，或令磁鐵122於成形區11的磁場H為零。

上述為塑料成形設備1之描述，參照圖2，以下說明塑料成形方法之步驟。

步驟1：將材料原料9由材料提供區20注入成形區11。材料提供區20係供存放大量之材料原料9，材料原料9透過注入口112注入模仁111內部空間。

於本發明實施例中，塑料成形方法係應用於射出成形之製造方法，因此步驟1即為射出成形中之充填(filling)步驟，其材料原料9由材料提供區20之噴嘴(圖未示)射出，經由注入口112注入模仁111的內部空間，直到充滿整個模仁111內部空間。製造者可於注射材料原料9時，計算噴速對導磁纖維92於流態塑料91的分布位置的影響。

步驟2：形成一磁場H於成形區11，藉此調整材料原料9中的導磁纖維92於流體塑料91的位置。參圖4所示，於流體塑料91初注入成形區11時，磁場H係可影響導磁纖維92之位置角度，當磁場H方向為由左至右時(僅為圖面上之方向，不限於現實中之方向)，導磁纖維92為順磁性物質時，導磁纖維92順著磁場H方向轉動。而當導磁纖維92為反磁性物質時，導磁纖維92逆著磁場H方向轉動。製造者可依照所需調整角度之方向決定磁場H方向。

如前述，本發明之塑料成形方法係為射出成形，步驟2即為保壓之階段，藉由材料原料9的流體塑料91仍保持於流態，使得導磁纖維92具有可移動、旋轉之調整欲度。製造者可依照所需之纖維配向決定導磁纖維92之較佳角度位置。

導磁纖維92於流體塑料91中的角度位置調整幅度，還受流體塑料91的黏度係數影響，流體塑料91之黏度係數係與其溫度、壓力有關，製造者可藉由調整成形區11之溫度及壓力，調整導磁纖維92之位置及角度可調整之幅度。

如前述，於本發明實施例中，磁鐵122係設置於滑塊121，製造者可藉由滑塊121調整磁鐵122與形成區11之間的距離，即可調整磁鐵122於成形區11的磁場H大小。磁鐵122亦可以為電磁鐵，製造者即藉由調整電力調整磁場H大小。

步驟3：固化材料原料9。如前述，於本發明實施例，材料原料9為熱塑性塑料，可藉由冷卻模仁111將成形區11內的材料原料9冷卻成形，即流體塑料91固化，導磁纖維92之位置亦固定。

步驟4：將固化後之材料原料9脫離成形區11。即將固化成形的材料原料9脫模，從模具10中取出。

步驟5：量測固化後材料原料9之穿透導電量或機械強度。導磁纖維92其製成材質不僅可導磁，亦多可導電，故導磁纖維92彼此碰觸係可令固化後材料原料9具有導電性質，因此藉由量測固化後材料原料9之穿透導電量，掌握導磁纖維92於材料原料9的角度。或藉由量測固化後材料原料9之機械強度，確認旋轉後之導磁纖維92對固化後材料原料之影響。

另外，製造者可藉由纖維配向張量(Fiber Orientation Tensior, FOT)計算磁場H對導磁纖維92的影響度。纖維配向張量係由當纖維配向張量為零時，導磁纖維92平行於磁場H方向，即導磁纖維92不被磁場H影響而轉向。當纖維配向張量為1時，導磁纖維92垂直於磁場方向，即導磁纖維92可被磁場H影響而轉向。纖維配向張量為導磁纖維旋轉角度之餘弦函數之平均，其公式表示如下。

，n為導磁纖維92之數量，Θ為導磁纖維92與磁場H之夾角。

於本發明實施例中，塑料成形方法係以固化後材料原料9之剖面量測纖維配向張量，當剖面之仍保留導磁纖維92，則直接以量測導磁纖維92與磁場H之間的夾角。如圖5所示，若導磁纖維92未留在量測的剖面上，則以導磁纖維92旋轉後產生之孔洞量測。圖5為導磁纖維92旋轉後產生之孔洞，由圖5可見導磁纖維92旋轉後產生的孔洞大致為橢圓形，夾角Θ係由孔洞之長軸徑M與短軸徑m量測獲得，並可由儀器量測獲得導磁纖維92的垂直中心點Vc及水平中心點hc，即獲得導磁纖維92的所在位置。製造者可藉由該些數值調整下次之塑料製造的磁場H大小及噴嘴之流速。

由上述可得知，本發明所提供塑料製造方法，藉由磁場調整導磁纖維於流體塑料中的角度位置，使得固化後之材料原料的導磁纖維係可被控制的，進而令製造者更易掌控塑料產品的機械性質。

本實施方式僅例示本發明之較佳實施例，為避免贅述，並未詳加記載所有可能的變化組合。然而，本領域之通常知識者應可理解，上述各模組或元件未必皆為必要。且為實施本發明，亦可能包含其他較細節之習知模組或元件。各模組或元件皆可能視需求加以省略或修改，且任兩模組間未必不存在其他模組或元件。

需注意的是，上述僅為實施例，而非限制於實施例。譬如 此不脫離本發明基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。

1‧‧‧塑料成形設備
10‧‧‧模具
11‧‧‧成形區
111‧‧‧模仁
112‧‧‧注入口
12‧‧‧磁力區
121‧‧‧滑塊
122‧‧‧磁鐵
123‧‧‧間隔塊
20‧‧‧材料提供區
9‧‧‧材料原料
91‧‧‧流體塑料
92‧‧‧導磁纖維
H‧‧‧磁場

圖1係本發明塑料成形設備之立體示意圖。 圖2係本發明塑料成形設備之立體示意圖。 圖3係本發明塑料成形方法之步驟示意圖。 圖4係本發明塑料成形方法之導磁纖維示意圖。 圖5係本發明塑料成形方法之纖維配向張量示意圖。

1‧‧‧塑料成形設備

10‧‧‧模具

11‧‧‧成形區

111‧‧‧模仁

112‧‧‧注入口

12‧‧‧磁力區

121‧‧‧滑塊

122‧‧‧磁鐵

123‧‧‧間隔塊

20‧‧‧材料提供區

9‧‧‧材料原料

Claims (6)

1. 一種塑料製造方法，包括以下步驟：將一材料原料置入一成形區，該材料原料包括一流體塑料及複數導磁纖維；形成一磁場於該成形區，藉此調整該些導磁纖維於該流體塑料的位置；固化該材料原料；量測該固化後材料原料之穿透導電度或機械強度；以及量測該固化後材料原料之纖維配向張量，並計算該磁場對該導磁纖維的影響度。
2. 如請求項1所述之塑料製造方法，其中該材料原料係由一材料提供區注入該成形區。
3. 如請求項2所述之塑料製造方法，其中該些導磁纖維係選自金屬纖維、碳纖維及鍍鎳玻璃纖維組成之群組。
4. 如請求項3所述之塑料製造方法，其中當調整該些導磁纖維於該流體塑料的位置時，控制該成形區的溫度與壓力。
5. 如請求項4所述之塑料製造方法，其中該流體塑料的黏度係數與該磁場強度共同決定該導磁纖維的角度。
6. 如請求項5所述之塑料製造方法，其中該流體塑料為熱塑性塑料，藉由冷卻固化該材料原料。