TWI615260B - 高分子成型模具 - Google Patents

Description

高分子成型模具

本發明是有關於一種模具，特別是指一種高分子成型模具。

塑膠材料具有質輕、耐用與易成型等特性。而塑膠成型加工方法中，又以成本低廉、生產速度快、產量大的射出成型最為常見。

近年來，在低成本考量下，已經有愈來愈多不等厚度產品亦改用射出成型進行生產。但是，因為厚度差異，熔融塑膠在流經肉厚突然變化部分時，容易因肉厚的突然改變而產生充填不完全、包風或結合線…等瑕疵。

特別是，近年來為提升塑膠產品的強度，多會於塑料中添加強化纖維，但是，強化纖維與塑膠因材質不同，本來就存在著相容性的問題，導致產品時常發生表面瑕疵。

再者，強化纖維與塑膠流動性不同，因此，肉厚的突然改變，也會影響熔融塑膠與強化纖維的流動速度而產生不同的剪切率，進而導致產生結合線、包風與強度減低等瑕疵。

因此，本發明之目的，即在提供一種用於生產不等肉厚產品的高分子成型模具。

於是，本發明高分子成型模具，包含一母模單元、一與該母模單元相配合界定出一成型空間的公模單元，及一能量供應單元。

該成型空間可區隔成一第一成型部，及一高度小於該第一成型部的第二成型部。該能量供應單元是對應該第二成型部設置，而且能受控制地沿著高度方向朝該第二成型部提供振波。

本發明之功效在於：利用對應高度較低的第二成型部設置的該能量供應單元所產生的振波，改善熔融高分子材料或是含有強化纖維的熔融高分子材料的流動性，以提升不等肉厚成品的成型性、品質，以及強度。

2‧‧‧高分子成型模具

21‧‧‧母模單元

211‧‧‧豎澆道

212‧‧‧橫澆道

22‧‧‧公模單元

23‧‧‧成型空間

231‧‧‧第一成型部

232‧‧‧第二成型部

24‧‧‧能量供應單元

241‧‧‧超音波換能器

242‧‧‧傳動子

243‧‧‧變換體

244‧‧‧間隔件

245‧‧‧定位件

246‧‧‧套筒

247‧‧‧冷卻孔

200‧‧‧成品

H1、H2‧‧‧高度

L‧‧‧長度

W‧‧‧寬度

T‧‧‧厚度

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一部份剖視圖，說明本發明高分子成型模具的實施例；圖2是另一部份剖視圖，輔助說明圖1；圖3是一局部放大圖，說明成型空間的態樣；圖4是一俯視圖，說明本實施例製成之成品的態樣；圖5是一側視圖，輔助說明圖4；圖6是一比較圖，說明本實施例對於改善流動性的效果； 圖7是一比較圖，說明本實施例在低模溫、低料溫的成型條件下對於保壓壓力的影響；圖8是一比較圖，說明本實施例在高模溫、高料溫的成型條件下對於保壓壓力的影響；圖9是一比較圖，說明本實施例在低模溫、低料溫的成型條件下對於殘留應力的影響；圖10是一比較圖，說明本實施例在高模溫、高料溫的成型條件下對於殘留應力的影響；圖11是一比較圖，說明本實施例對含有強化纖維之成品的剛性的影響；圖12是一示意圖，說明圖11檢測試片的裁切方向；及圖13是一比較圖，說明本實施例對含有強化纖維之成品不同方向的楊氏係數的影響。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本發明高分子成型模具2的實施例包含一母模單元21、一與該母模單元21相配合界定出一成型空間23的公模單元22，及一能量供應單元24。在此要說明的是，本實施例的高分子成型模具2是一塑膠射出成型模具。

該母模單元21包括一沿高度方向延伸的豎澆道211，及一連通該豎澆道211與該成型空間23的橫澆道212。於本實施例中，該豎澆道211是呈偏心設置。

參閱圖1、3，該成型空間23可區隔成一第一成型部231，及一高度H2小於該第一成型部231之高度H1的第二成型部232。

於本實施例中，該第二成型部232是位於中央處，而且該第一成型部231與第二成型部232的高度比是3：1，而該橫澆道212是連通該豎澆道211與該第一成型部231。

參閱圖2、3，該能量供應單元24包括一能受控制地產生振波的超音波換能器241、一連接該超音波換能器241且側向穿伸該公模單元22以傳遞振波的傳動子242、一對應該第二成型部232而設置於該公模單元22且連接該傳動子242的變換體243、一側向鎖設於該公模單元22的間隔件244、一設置於該間隔件244以定位該傳動子242的定位件245，及一與該定位件245相互結合且環繞該傳動子242與該超音波換能器241的套筒246。

該套筒246形成有多個用以冷卻該超音波換能器241的冷卻孔247，該變換體243能將該超音波換能器241所產生的橫向振波，轉換成沿著高度方向朝該第二成型部232傳遞的振波，而藉由如圖2所示側向安裝於該公模單元22之超音波換能器241，與利用該變換體243轉換該超音波換能器241之振波方向的設計，較不會影響到射出機(圖未示)的運作。

參閱圖4、5，並一併回顧圖3，為驗證該高分子成型模具2的功效，發明人以射出如圖4所示長度L、寬 度W分別為75mm與47mm，且中央厚度T為1mm而周圍厚度T為3mm的矩形板狀成品200進行實驗，實驗結果如圖6至圖10所示。於本實驗例中，該第一成型部231的高度H1是3mm，該第二成型部232的高度H2是1mm，該變換體243的直徑是45mm且對應位於該矩形板狀成品200厚度1mm的中央處。

參閱圖6，並一併回顧圖3，由圖6之短射實驗的結果可知，在保壓壓力為200bar與400bar時，100%的超音波功率可以有效改善熔膠的流動性，進而阻止跑馬場效應與包風瑕疵的產生，在保壓壓力為450bar時更可以完成充填。由此可知，利用對應高度較低的第二成型部232設置的該能量供應單元24，確實可以提升熔膠的流動性，以提升厚薄變化較大之產品的品質。

參閱圖7、8，並一併回顧圖3，由圖7、8之保壓壓力的量測結果可知，無論是在如圖7所示低模溫、低料溫的情形下，或是如圖8所示高模溫、高料溫的情形下，振動約2秒鐘可以提升後端的壓力，進而降低前端與後端的壓力差，降低保壓階段的壓力損失。

在此要特別說明的是，上述所謂前端是指鄰近橫澆道212之第一成型部231與第二成型部232的交會處，而後端是指遠離橫澆道212之第一成型部231與第二成型部232的交會處。

參閱圖9、10之殘留應力的量測結果可知，無論是在低模溫、低料溫的情形下，或是高模溫、高料溫的 情形下，超音波振動皆可振散殘留應力，使應力分佈更加平均，改善應力集中的問題。特別是如圖10所示，在高模溫、高料溫的情形下，超音波振動還可以提升保壓的效果。在此要說明的是，本實驗例是以光彈儀擷取不同振動時間之成品200(顯示於圖4)的光程差影像以換算成應力值。

由圖11所示關於添加強化纖維之應力與應變的量測結果可知，雖然在斷裂部分的差異並不大，不過隨著振動時間愈長斜率愈大，也就是說，振動時間愈久楊氏係數愈大剛性愈好，因此，利用超音波振動確實可以提升含有強化纖維的熔融高分子材料之成品200(顯示於圖4)的剛性。在此要特別說明的是，圖11所示之量測結果的拉伸試片是如圖12所示沿平行熔膠流動方向裁切成品200之中央處所得。

由圖13所示關於添加強化纖維之楊氏係數與振動時間的關係圖可知，無論是沿平行熔膠流動方向的楊氏係數，或是垂直熔膠流動方向的楊氏係數，大致皆與振動時間成正比。由此可推知，振動可以將強化纖維振動成沿平行熔膠流動的方向排列，或沿垂直熔膠流動的方向排列，以提升含有強化纖維的熔融高分子材料之成品200(顯示於圖4)的剛性。

綜上所述，本發明高分子成型模具2利用對應高度較低的第二成型部232設置的該能量供應單元24所產生的振波，改善熔融高分子材料或是含有強化纖維的熔融高分子材料的流動性、減低保壓時的壓力差並分散殘留應 力，以提升不等肉厚成品200的成型性、品質，以及強度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧高分子成型模具

21‧‧‧母模單元

211‧‧‧豎澆道

212‧‧‧橫澆道

22‧‧‧公模單元

23‧‧‧成型空間

24‧‧‧能量供應單元

Claims (4)

1. 一種高分子成型模具，包含：一母模單元：一公模單元，與該母模單元相配合界定出一成型空間，該成型空間可區隔成一第一成型部，及一高度小於該第一成型部的第二成型部；及一能量供應單元，該能量供應單元包括一能受控制地產生振波的超音波換能器、一連接該超音波換能器且側向穿伸該公模單元以傳遞振波的傳動子、一對應該第二成型部而設置於該公模單元且連接該傳動子的變換體、一鎖設於該公模單元上的間隔件、一設置於該間隔件上以定位該傳動子的定位件，及一與該定位件相互結合且環繞該傳動子與該超音波換能器的套筒，該變換體能將該超音波換能器的振波轉換成沿著高度方向朝該第二成型部傳遞，該套筒形成有多個冷卻孔。
2. 如請求項1所述的高分子成型模具，其中，該母模單元包括一沿高度方向延伸用以輸入熔融狀高分子材料的豎澆道，及一連通該豎澆道與該成型空間之該第一成型部的橫澆道，該豎澆道是偏心設置。
3. 如請求項2所述的高分子成型模具，其中，該成型空間的第一成型部與第二成型部的高度比是3：1。
4. 如請求項3所述的高分子成型模具，其中，流經該豎澆道的是含有強化纖維的高分子材料。