『當教授遇上黑手』是一部台灣射出成型與模具產業發展紀錄片，製片人是台灣清華大學社會學研究所吳泉源教授。台灣電子業能發展到今，其差異化勝出的關鍵在於設計與製造；尤其模具設計製造能力，更是創造利潤與附加價值的關鍵。但如此紀錄片所述，原來在成功的產業背後，蘊藏了一段「當教授遇上黑手」的動人過去。
2013年6月17日 星期一
2013年6月15日 星期六
結晶性與非結晶性塑膠材料
熱塑性塑膠材料隨其分子鏈之排列情形，又可以分做結晶性及不定形(非結晶性)兩大類
結晶性(Crystalline)塑料：
此類塑料之高分子鏈排列整齊，並在其凝固過程中，有晶核(nuclei)到晶球(spherulites)的生成過程，並依照固定樣式排列高分子鏈。一般來說高分子本身若呈現不透明，代表含有結晶性物質，並不同材料有不同結晶度。結晶性塑料在鏈排列方向及垂直排列方向擁有不均勻不等向性(Anisotropic)的物理性質，以及明顯而狹窄的相變化區域。常見的結晶性塑料包括：PE 、PP、Nylon、POM、PEO、PPO等等。
不定形或非結晶性(Amorphous)塑料：
此類塑料之高分子鏈排列凌亂並糾纏，無井然有序的排列結構，同時在凝固過程中，並沒有晶核及晶粒生長過程。非結晶性塑料多具透明外觀，在各方向上的物理性質差異不大，性質較為均勻。常見的非結晶性塑料包括PS、PC、Acrylics、PVC等等。
一般常見之結晶性塑料多半是半結晶性(Semi-Crystalline)，如下圖，其結晶度即代表結晶區域之多寡。
(圖片來自於網路)
(圖片來自於網路)
結晶性(Crystalline)塑料：
此類塑料之高分子鏈排列整齊，並在其凝固過程中，有晶核(nuclei)到晶球(spherulites)的生成過程，並依照固定樣式排列高分子鏈。一般來說高分子本身若呈現不透明，代表含有結晶性物質，並不同材料有不同結晶度。結晶性塑料在鏈排列方向及垂直排列方向擁有不均勻不等向性(Anisotropic)的物理性質，以及明顯而狹窄的相變化區域。常見的結晶性塑料包括：PE 、PP、Nylon、POM、PEO、PPO等等。
不定形或非結晶性(Amorphous)塑料：
此類塑料之高分子鏈排列凌亂並糾纏，無井然有序的排列結構，同時在凝固過程中，並沒有晶核及晶粒生長過程。非結晶性塑料多具透明外觀，在各方向上的物理性質差異不大，性質較為均勻。常見的非結晶性塑料包括PS、PC、Acrylics、PVC等等。
一般常見之結晶性塑料多半是半結晶性(Semi-Crystalline)，如下圖，其結晶度即代表結晶區域之多寡。
(圖片來自於網路)
而常見之結晶性與非結晶塑料如下圖所示之分類
2013年6月14日 星期五
塑膠材料分類
由高分子塑膠的分子結構及交聯(cross-linking)情形，因此，可將高分子塑膠大分為熱固性及熱塑性兩大類
熱塑性塑膠 (Thermoplastics) :
是指有加熱軟化、冷卻硬化特性的塑料，熱塑性塑料中高分子鏈都是線型或帶支鏈的結構，分子鏈之間無化學鍵產生，加熱時軟化流動，冷卻變硬。我們日常生活中使用的大部分塑料屬於這個範疇。一般常見的熱塑性塑膠可分為泛用塑膠、泛用工程塑膠、高性能工程塑膠等三類，常見材料如聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚氯乙烯PVC、尼龍Nylon、聚碳酸酯PC、聚氨酯PU、聚對苯二甲酸乙二醇酯 PET...等等。
熱固性塑膠 (Thermosets) :
是指具有加熱後固化並且不可溶解，不融化特性的塑膠，這種塑膠只可以成型一次。熱固性塑膠加工過程中受熱發生聚合反應，透過交聯劑的作用分子鏈間產生化學交聯，形成緊密的網狀結構，故鏈與鏈不可互相滑動，受熱時不會軟化或溶解。一般而言熱固性塑料具有較佳的高溫性質及抗化學性質。常見的熱固性塑塑包括：環氧樹脂(epoxy)、酚系樹脂(phenolics)、聚酯樹脂(polyester)、PU...等等。
(圖片來自網路)
塑膠射出成型程序
完整的射出成型程序分析包括射出及成型兩大部分，塑膠射出成型製程乃讓固體之塑膠粒子經透過射出機螺桿運作後熔化形成熔膠，並以射出機壓力讓熔膠利用流道系統射入預先設計好之模穴內，同時，經過充填、保壓、冷卻、開模、頂出等過程，以讓塑膠產品成型之製作。
射出成型製程為目前最普遍的塑膠加工方式之一，主要因為是不論是簡單塑件或是複雜之精密機構件，透過射出方式可讓產品於量產中仍保有良好之精度，且針對設計複雜之產品，往往能於單一步驟完成，或須少量二次加工組合；再則，因為加工容易，彈性佳，可很容易搭配其它不同加工程序，提昇產品品質。
射出成型製程為目前最普遍的塑膠加工方式之一，主要因為是不論是簡單塑件或是複雜之精密機構件，透過射出方式可讓產品於量產中仍保有良好之精度，且針對設計複雜之產品，往往能於單一步驟完成，或須少量二次加工組合；再則，因為加工容易，彈性佳，可很容易搭配其它不同加工程序，提昇產品品質。
下方為幾個有關塑膠射出成型程序介紹之影片(影片來源: YouTube)
2013年6月13日 星期四
塑膠材料(高分子材料)
塑膠，又所謂的高分子材料，自從20世紀被開發以來，各方面的用途日益廣泛。目前產品已廣泛地應用於日常生活用品及許多高科技產業，例如：汽車之前後保險桿、燈罩、儀表板、連接器、手機外殼、電視機外殼、晶片封裝，及許多製品。並隨著各式產品輕薄短小輕量化的需求，塑膠材料需求日益具增。
目前全世界塑膠的種類不僅有數千萬種，一般人身邊肯定都存在著某種塑膠物品，常見的類別如下列這幾種:
塑膠產品依照其製程方式之不同，主要可分成射出成型製程、押出成型製程、熱塑及吹塑製程、以及其他製程。依照不同製程之產品量為基礎，射出成型製程及押出成型製程已經佔有60% 之塑膠製品，因此對此等製程之了解及掌握非常地重要。基本上，塑膠加工成型製程之首要乃讓固體之塑膠粒子熔化後形成熔膠，再讓熔膠填入預先設計好之模具內，經充填、冷卻、開模等程序，完成產品製作。
(圖片來源: wikipedia)
目前全世界塑膠的種類不僅有數千萬種，一般人身邊肯定都存在著某種塑膠物品，常見的類別如下列這幾種:
- Polypropylene（PP）聚丙烯: 食品包裝，家用電器，汽車零組件
- Polystyrene（PS）聚苯乙烯: 食品包裝，免洗杯子，盤子，餐具
- Polycarbonate（PC）聚碳酸酯: 光碟，鏡片，燈罩
- Acrylonitrile butadiene styrene（ABS）ABS樹脂: 電子零組件
- Polyethylene terephthalate（PET）聚對苯二甲酸乙二酯: 飲料瓶，薄膜
- Polyester（PES）聚酯: 紡織品
- Polyamides（PA）聚醯胺: 纖維，高爾夫球 Polyurethanes（PU）聚氨酯: 防水防火材、塑膠皮革材料
- Polyvinyl chloride（PVC）聚氯乙烯: 管件
- Polyethylene（PE）聚乙烯: 薄膜，塑膠袋，生活用填裝瓶(如沐浴乳、清潔劑)
- Polymethyl methacrylate（PMMA）聚甲基丙烯酸甲酯: 鏡片，隱形眼鏡
- Polylactic acid（PLA）聚乳酸: 由玉米澱粉轉化，可由微生物分解
- ...等等
塑膠產品依照其製程方式之不同，主要可分成射出成型製程、押出成型製程、熱塑及吹塑製程、以及其他製程。依照不同製程之產品量為基礎，射出成型製程及押出成型製程已經佔有60% 之塑膠製品，因此對此等製程之了解及掌握非常地重要。基本上，塑膠加工成型製程之首要乃讓固體之塑膠粒子熔化後形成熔膠，再讓熔膠填入預先設計好之模具內，經充填、冷卻、開模等程序，完成產品製作。
2013年6月11日 星期二
CAE塑膠模流分析技術發展
讓我們再細談模流分析技術之演進，基本上，模流分析技術的演進大致上可分為三個世代，每一代技術的更迭演進都讓模流預測的正確性及便利性更上一層樓。
第一代的模流分析技術始於1970年代中期，由於受限於電腦的運算能力與容量，採用二維平面展開的方式，將流道系統與模穴以人工或半自動方式展開，計算不同流動路徑的流量與壓力降的關係，以預測塑料在模穴內的流動行為，一般又稱為Layflat法。此法最大的限制就是使用者必須先行猜想塑料流動的可能路徑，才能進行模流分析，因此誤差偏高，而且人工作業繁雜，目前已不再有人使用。
第二代的模流分析技術出現於1980年左右，一般通稱為「中間面(midplane)」或2.5D模流分析技術。首先將三維的CAD模型簡化，以薄殼模型搭配產品厚度代表原始CAD模型，桿狀元素搭配直徑代表流道系統，再透過適當的理論假設簡化，運用有限元素法或混合有限差分法進行計算。這種技術在厚度方向上必須設定一個虛擬的厚度，因此虛擬厚度的設定之合不點理，將嚴重影響分析的正確性。由於目前這項技術仍具備有快速計算與方便設計變更的優點，仍廣泛在工業界使用。
第三代的模流分析技術則將2.5D 的理論假設完全解放，提出以嶄新的三維實體分析架構，將三度空間中的各項物理量(例如流動流場、熱傳導、熱對流)等效應完全納入分析，讓計算理論方程式上無需特別簡化，同時，產品模型也是原本三維空間實體，無需特別簡化。(例如下圖即為Moldex3D模流分析的三維網格模型，不論在幾何表面或模型內部都有三維實體元素) 因此，新一代技術完全不必擔心分析模型的適用性問題，可應用於各類厚件、薄件、厚薄變化明顯的塑件，同時，理論假設變少了，分析正確性自然大大提高。並且，隨著電腦硬體效能逐漸強大，原本三維分析所被人詬病需大量計算時間的問題，也由需數天至數週的時間，已縮短至數小時甚至數分鐘，大幅增加其實用價值。
第一代的模流分析技術始於1970年代中期，由於受限於電腦的運算能力與容量，採用二維平面展開的方式，將流道系統與模穴以人工或半自動方式展開，計算不同流動路徑的流量與壓力降的關係，以預測塑料在模穴內的流動行為，一般又稱為Layflat法。此法最大的限制就是使用者必須先行猜想塑料流動的可能路徑，才能進行模流分析，因此誤差偏高，而且人工作業繁雜，目前已不再有人使用。
第二代的模流分析技術出現於1980年左右，一般通稱為「中間面(midplane)」或2.5D模流分析技術。首先將三維的CAD模型簡化，以薄殼模型搭配產品厚度代表原始CAD模型，桿狀元素搭配直徑代表流道系統，再透過適當的理論假設簡化，運用有限元素法或混合有限差分法進行計算。這種技術在厚度方向上必須設定一個虛擬的厚度，因此虛擬厚度的設定之合不點理，將嚴重影響分析的正確性。由於目前這項技術仍具備有快速計算與方便設計變更的優點，仍廣泛在工業界使用。
第三代的模流分析技術則將2.5D 的理論假設完全解放，提出以嶄新的三維實體分析架構，將三度空間中的各項物理量(例如流動流場、熱傳導、熱對流)等效應完全納入分析，讓計算理論方程式上無需特別簡化，同時，產品模型也是原本三維空間實體，無需特別簡化。(例如下圖即為Moldex3D模流分析的三維網格模型，不論在幾何表面或模型內部都有三維實體元素) 因此，新一代技術完全不必擔心分析模型的適用性問題，可應用於各類厚件、薄件、厚薄變化明顯的塑件，同時，理論假設變少了，分析正確性自然大大提高。並且，隨著電腦硬體效能逐漸強大，原本三維分析所被人詬病需大量計算時間的問題，也由需數天至數週的時間，已縮短至數小時甚至數分鐘，大幅增加其實用價值。
(資料來源Moldex3D網站)
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