在熱塑性塑膠材料射出成型製程中，為了加強產品機械性質，往往會在塑膠原料內添加纖維，使其具有強度高與重量輕等優點，此材料可以被用來取代部分傳統金屬零件。但因射出成型過程中纖維極易在塑化過程中被折斷，因此在射出熱塑性長纖補強複合材料時如何保持纖維不斷裂是個很重要的課題。本研究團隊已成?開發出新型長纖維補強塑膠射出成型機，其成品纖維長度比市面上射出成型的纖維複合材料來得長，機械性質也因此大幅提升。然而熔膠及纖維在射入模穴時的流動行為不易被觀察與預測，其流動行為會因材料流變特性、產品幾何形狀、加工設備種類與加工條件等不同而有所不同。因此，本研究經由所設計的兩組不同熔膠流動路徑，配合具有漸縮漸擴幾何形狀之拉伸試片來觀察與瞭解成品在成型後的纖維長度、排向、分散性、含纖量和氣泡等重要性質，藉由本團隊新發展的研磨後掃描取像的方法，得到內部一層層的研磨影像後再利用影像處理軟體Avizo做疊層，完成一個3D的模型並進行纖維長度、排向、含纖量及氣泡量分析。另外，本研究也探討研磨掃描取像與CT scan兩種方法對長纖補強複材影像分析結果的差異性，也驗證研磨掃描取像方法結果的正確性。此外，由於射出成型纖維補強複合材料之材料性質極易受到加工參數的影響，本研究探討長纖複材射出成型過程中，背壓、螺桿轉速及熔膠溫度三種製程參數對纖維長度、排向、分散性、纖維含量及氣泡含量的關係，進而觀察這些成型參數對拉伸強度的影響。由實驗結果得知增加背壓及螺桿轉速會提升射出螺桿熔膠剪切率，造成纖維斷裂情形較為嚴重，然而可同時提高熔膠內部壓力及其混煉性，進而降低成品氣泡含量。提升熔膠溫度亦有助於含纖維熔膠的流動性，增加材料的分散性，避免纖維分散不佳的狀況發生。另外，為了提升熔膠與纖維的混煉性，並驗證提升剪切率可減少氣泡的產生，本研究成?開發出具有barrier waving混煉元件之螺桿，並與原螺桿進行比較，經實驗及分析後驗證了新式螺桿在混煉性方面有所提升，且纖維斷裂情形不嚴重，可減少工件成型過程中氣泡的產生。最後，欲探討在不同工件厚度中纖維的流動情形，在研究中設計一副可以改變肋之厚度的模具，分析纖維在不同肋厚度下的纖維長度、纖維排向及纖維含量。
Effects of Process Parameters on Fiber Length Fiber Orientation Air Trap and Tensile Strength of Injection-Molded Long-Glass-Fiber-Reinforced Polypropylene
裕康, 彭. (Author). 2019
學生論文: Doctoral Thesis