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工程高分子 生醫高分子  

  超音波壓印微結構之研究

雷射折射結果

        熱壓製成有好的微結構成型性,但熱壓製成加熱過程中還是需要將整個工件及模具一併加熱,一次成型的升溫降溫中消耗的能量相當多,且整體的形狀容易因為加熱而變形。如果只有需要加工的地方加熱,其餘的部分維持較低的溫度,將使工件不易因加工而翹曲變型,而超音波加工,加熱效果集中在表面,且能量傳遞快速,理想的狀況下可以達到表面加工,而其它部分溫度尚未達到影響塑膠結構的程度。可以大幅降低成品冷卻時間,進而縮短產品的生產週期,提高工作效率。


  聚乙烯/聚碳酸酯複合材料旋轉成型之研究

        轉成型(Rotational molding)為眾多高分子加工成型中的一種,此製程主要針對製造中空物件與形狀尺寸較大型之高分子產品。

旋轉成型與其他塑膠加工法比較,具有設備與模具成本低、無廢料產生、大型中空物件製作的最佳方法、成品無殘留應力的問題等的優點,但製程生產週期(cycle time)太長、在使用材料方面約85%使用聚乙烯也造成了材料使用上的限制。

        本研究透過複合材料的觀念,利用聚乙烯與聚碳酸酯掺合後進行旋轉成型之研究,透過改變冷卻方式、模內溫度與補強材比例探討此複合材料在經旋轉成型製程後其機械性質之研究,並分析掺合體、旋轉物件、拉伸試片與衝擊試片表面結構形態之變化,此外並做旋轉物件結晶度、球晶尺寸與厚度均勻性之研究。最後將實驗數據與各式粒子型複合材料理論模型方程式比較驗證。


  接合面幾何形狀對熱板融接強度影響之研究

        熱板融接是塑膠產品加工的一種,有降低成本、減少冷卻時間及整體週期時間短及可泛用於各類熱塑性塑膠材料…等優點。由於熱板融接成型是以本身加熱後的分子鏈重組,不需要添加其他輔料接合,因此週期短且成本低廉為其加工方法優點。

  實驗結果發現,熱板溫度、加熱時間、導角形狀與接合方式,對融接成品強度最具影響。使用OM觀察融接成品融珠形狀及斷面,可瞭解融膠流動方向及分子鍵絞纏能力對融接強度的關係;透過SEM觀察斷面可發現添加玻纖的材料其玻纖的排列方向對於融接強度有絕對的關係,玻纖排列垂直於融接面的強度比排列平行於融接面要高出許多。使用不同的接合方式對融接強度也有影響,可依接合方式分為方式A(凸面對凸面)及方式B(凸面對凹面),前者融接PS、PP及PP+30%玻纖與後者融接PP+20%玻纖的成品可得到較好的融接強度。


  高密度聚乙烯/聚醯胺-6水輔成形件形態之研究

        高分子材料由於本身具有可塑性與黏彈性,所以在機械強度獲穩定性比不上金屬等剛性材料,故利用高分子混練去改善其一些材料性質或機械性質,譬如此研究混練聚醯胺-6 ,而另外一種加強強度則是添加玻璃纖維的複合材料成型特性方面。

        本研究主要是摻合重量百分比80/20的高密度聚乙烯/聚醯胺6在射出件的形態,首先在雙螺桿押出機押出重量百分比80/20比例的高密度聚乙烯/聚醯胺6,在來則是在全射及短射能成形。在內表面結構方面,同時使用掃描式電子顯微鏡去觀察射出件形態,觀察成品三層(模面、核心及氣(水)道)的相態,而後再觀察流體不同壓力的形態以及比較氣輔跟液輔的形態差異。探討在摻合高密度聚乙烯/聚醯胺-6、高密度聚乙烯及聚醯胺-6的特性,且找出在同比例的最佳成形參數。

        實驗結果發現PA-6相粒子在剪切作用下,首先被拉伸成橢球,然後相互接觸串接,進而被拉伸成纖維狀和桿狀結構 ,而在低壓和高壓下,PA-6相粒徑顆粒氣輔比液輔大。


  模具溫差控制對液體輔助射出成型圓管件偏心率影響之探討

  

    

        本研究著重於利用液體輔助射出成型,以兩種不同熔融流動指數之聚丙烯探討圓管件彎曲處之偏心情形,並與氣輔射出件進行比較。參數設定方面,主要是以圓管件內外側的模具溫差做變化,觀察其對偏心率的影響,並與其他參數(:射膠溫度、液體壓力等)做比較。最後應用模流分析軟體,以內外側不同溫差,觀察彎管處溫度場分布情形,經由電腦分析及實驗結果做印證。

        結果發現在液輔製程上,主要影響偏心率的參數為射膠溫度,模具溫度及液體壓力;氣輔製程上主要影響偏心率的參數為射膠溫度及模具溫度。模具溫差對於不同融熔流動指數之聚丙烯及氣液輔製程上所造成的偏心率結果也有所不同。

 

 結構對位轉印
 

 

 

  滾輪式軟模轉印製程應用於微結構製造之研究
       隨著微機電系統技術的進步,加工技術不斷地創新及微小化,但昂貴的設備費用及複雜的製程,一直是一道很高的門檻。軟微影是一種由微機電系統延伸而來的奈米複製技術,原理為利用軟模翻製的方式,複製出一個軟式圖形印章,由該印章再印出所需的圖案,整個過程簡單快速,又不需要昂貴的設備,具有相當的便利性。
        本研究為結合滾輪與軟模的方式,開發出一個具有多次轉印功能及刮刀系統的滾輪式軟模轉印機台,並利用紫外光固化的原理,以光固化樹脂轉印出微結構,將得到的結構加以量測、紀錄,並研究各種參數對微結構的影響,改良轉印製程。在研究過程中我們發現,黏度高的光固化樹脂有較好的成型性,但也容易產生氣泡等缺陷,黏度低的則剛好相反;另外利用凸模轉印的方式,將材料填入已經形成的模穴結構中,能夠提供一種全新的填料製程,將其應用於光學元件的製造。

  液體輔助射出成型模內三維溫度量測

  

    

        針對於PP材料生產厚件成品,分別利用架設鋼線法與架設有縫鋼管法深入模穴內隨著不同製程時間做溫度量測,過去文獻大都針對螺桿部分溫度量測,本研究首度針對射出成形模內溫度厚件量測並結合與模擬軟體分析比較,加以映證實驗值與模擬值的溫度趨勢符合性,溫度對於製程為主要參數且影響工件品質很大,針對PP材料溫度分析加以了解其實際溫度狀況,整個製程分為全射及氣、液體輔助射出成型來實作,透過利用熱電偶深入模內固定量測,分別量測工件分為前、中、後三部分位置上截面溫度,在於全射方面結果其實驗與模擬比較情況良好,在於氣、液體輔助射出成型量測結果其前面部份之有縫鋼管會受到水及氣體充填時之阻力而產稱偏斜作用,獲得之實驗與模擬比較差異性較大,而其餘部份比較之溫度趨勢趨勢良好,實驗中結果發現於射出製成初始階段熔膠打入模穴會受到剪切熱影響而量測到之溫度會高於熔膠設定之初使溫度,另外透過DSC實驗計算後獲得PP之比熱熔隨著不同時間之分佈值藉以輸入Ansys軟體做為材料參數設定以模擬出材料於相變區之溫度趨勢。


破斷截面微結構量測結果

 

  超音波振動對射出成型融合線影響之研究

 

  

        本研究著重在利用超音波振動的輔助改善成品的機械性質,共設計兩種超音波傳導方式來加以探討,並應用電腦輔助工程分析軟體,模擬不同傳導方式之變形量,觀察實際工具喇叭的發振效果,最後在以模流分析軟體模擬填充過程中溫度場的變化,觀察實際實驗與模流分析之比較,與實際實驗結果作印證。結果發現在單一參數製程方面,影響機械強度與表面結構情形主要參數為延遲時間及振動時間。除製程參數外超音波傳導的方式也是影響機械強度與表面結構的主要因素之一。工具喇叭設計為間接傳導及直接傳導兩種方式,直接傳導式其成品品質比間接傳導式要來的好。藉由超音波振動可以有效提升成品的機械性質,並能夠改善殘留應力現象,而且此製程不會影響產品的生產週期。關鍵字:射出成型、融合線、超音波。
 

  塑膠件熱板熔接之研究

  

   

      影響接合強度的因素分為三部份:溫度、融接珠形狀影響、材料穿透絞纏程度。單一實驗方面熱板溫度、加熱時間的參數影響融接強度的效果最大。在溫度量測方面可得知熱傳遞:方型大於三角形大於半圓形。在融接珠方面對於純料PPPS影響較大,而在玻纖加強材料下影響較小;材料穿透絞纏程度分別是方形、三角形、半圓形導角。同形狀體積不同時,在半結晶材料方面因為隨著體積增大導致加熱的不充足,隨接體積越大,強度變小﹔在不定時材料方面因為導熱速率較快,隨接合接合面積越大,強度也越大。在同體積不同形狀導角的情況下純料PPPS會因為導角撞擊所產生的熔接珠凹口影響強度,因此三角形受凹口影響最小所以產生最高的強度強度最強﹔玻纖加強材強度對融接珠凹口不受影響,使的方形的到較高的強度。當材料PP+30%玻纖時,改變融接導角已經無法使融接強度改變。

 

  熱塑性彈性體液體輔助射出成型應用之研究

 

        本研究著重於利用液體輔助射出成型時,以兩種不同硬度(30N63N) 熱塑性彈性體探討在長管件及粗厚管件殘留壁厚分佈及偏心情形,並與氣輔射出件進行比較。因為液輔具有水之不可壓縮的特性,大出水量能有較好穿透推動能力,可改善現有設備製作粗厚或大型件之限制。利用單一參數法探討各參數對掏空率、偏心率等影響,由單一參數實驗得知,較軟的熱塑性彈性體(30N)在長管件的主要影響參數為延遲時間、液體壓力;較硬的熱塑性彈性體(63N)在長管件的主要影響參數為射膠溫度、延遲時間。不同硬度的熱塑性彈性體在液輔掏空率都較氣輔好;不論液輔或氣輔對於不同硬度的熱塑性彈性體的偏心情形皆很明顯。
       另外,應用於粗厚管件時,液輔射出成型能達到良好的掏空行為及明顯的偏心情形,最終以射出機噸數不足無法提供更多熔膠之主因,造成吹穿無法成型。

  液體輔助射出尺寸變化件掏空率之探討

  

    由於液輔製程完成管件之相關文獻較多,少有輔以製程

參數做探討的板件,故運用多組尺寸變化模仁,對液輔成型

及氣輔成型件之充填結果做探討。

      研究結果發現所有的尺寸變化件,其穿透長度僅與短射量有關,與尺寸變化或水保壓壓力無關,短射量越少穿透長度越長。且斜角可降低流動阻力,因此在放大成型件的斜角增大,放大倍數也會隨著遞增。而在縮小成型件上,則發現斜角越大所需的熔膠量越少即可成型。再者氣輔成型中,發現同體積之縮小成型件,其成型熔膠短射量較放大成型件多,此乃因為變化尺寸交接處縮小會有入口效應的影響。比較水輔和氣輔,得知水為不可壓縮流體,氮氣為可壓縮流體之故,又熔膠熱無法像水一般由氮氣導出,因此氣輔需要更多的短射量、更長的時間方可成型,但是也因為氣體的壓縮特性,使氣輔在板件的擴張現象更為明顯。

 

    紅外線加熱壓印微結構之研究與討論

      熱壓成型壓印微結構技術成熟,可廣泛應用在光學元件、生物晶片上。另外半導體製程技術已相當成熟,在微米尺寸之下皆有良好成行性,因此製作微米結構模具可輕易達成。但因為成型時間過長,因此,極需開發連續、快速且高良率的新世代製程。本研究最主要的目的為開發紅外線加熱裝置來加熱塑膠薄板件PMMA,在塑膠薄板件上壓印出微結構。

        在製程參數方面,若是增加加熱時間,可複製出較精確的微結構;隨著壓印的壓力增加,可複製出較大的壓印面積。另外,縮短輻射體與塑膠間距離,可提升加熱的速度,達到快速加熱的效果,施力時間增加,可降低PMMA薄板脫模時表面的溫度,避免脫模時塑膠壓印表面發生剝落。

        利用紅外線加熱原理,開發創新的熱壓成型機,成功的改善熱壓成型製程時間過長問題,由實驗結果得之,紅外線熱壓微結構,可以精確的複製出微結構出來,且微結構表面粗糙度良好,但PMMA薄板周圍處壓力較低,無法複製出完整的微結構。


 

               氣輔機                                          圓盤指影

  氣體輔助射出成型

        其原理基本與射出成型類似,在加工過程中塑料並不完全充填模穴,而是形成短射狀態,接著將高壓氮氣沿著氣針注入,利用氮氣將塑料填滿模穴,待塑料固化後將氮氣釋放即可得一中空之射出成型件。


液體輔助射出成型

      

                       水輔機                                               水針

                                               水輔示意圖

      其原理基本與射出成型類似,在加工過程中塑料並不完全充填模穴,而是形成短射狀態,接著將高壓液體沿著水針注入,利用水將塑料填滿模穴,待塑料固化後將水排出即可得一中空之射出成型件。


          熱壓成型機 熱壓成型

       熱壓成型又成真空成型其原理乃是將膠模或膠版加熱至半融狀態,並以真空壓力將其壓成與模具相同的形狀,待冷卻後即得所需產品;熱壓成型一成型件厚度可分為連續式及非連續式加工。


       旋轉成形機&示意圖 旋轉成型

        旋轉成型法乃是將已知量之塑膠粉末加入兩片分割之密閉模中,並將模具閉合移轉至加熱爐,在加熱的同時使塑膠粉末融化變成半液態而易於黏附於模具內表面成型,並經水冷或空氣冷卻而得所須需產品。