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摘要
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近年來纖維強化塑膠（Fiber reinforced thermoplastics，FRP）已經廣泛地應用於許多產業中，加上許多先進國家為能有效減輕汽車重量，提升燃油效能，FRP更成為汽車輕量化技術的主要方式之一。然而，經歷複雜的射出成型製程中，纖維如何與高溫熔膠之流動產生交互作用，稱之為流動-纖維耦合作用(flow-fiber coupling)；此等耦合作用如何被具體觀察、解析與量化，目前並未完善；再者，此等作用又會如何影響射出成品的幾何變化，至今仍不完全清楚。為此，本研究將採用一個具有三種不同進澆型態的複合幾何模型，運用模擬分析來研究不同流場區域(從靠近澆口到充填結束區域)發生熔膠之流動與纖維耦合作用會如何影響熔膠內纖維排向，接著透過實際射出成型製程、微電腦斷層掃描與影像處理技術進行射出成品內在之纖維排向實務解析、驗證，探討耦合效應之影響。再者，將深入觀察射出成品在不同流場區域所展示之幾何變形結果，進一步建立熔膠內流動與纖維耦合效應引發之纖維排向變化與射出成品幾何收縮變形之關聯性。結果顯示，透過數值模擬分析進行纖維排向分布時發現，不論有/無考慮流動與纖維耦合效應，在靠近澆口區域(Gate Region, RG)及試片中間區域(Center Region, CR)所展示纖維排向張量並沒有明顯差異，說明流動與纖維之間的耦合效應在此等區域並不明顯。然而，在充填結束區域(end of Filling Region, FR)時，當考慮熔膠流動與纖維耦合作用時，原先在平行流動方向之纖維排向張量(A11)會迅速減小，同時在垂直流動方向(A22)及厚度方向之纖維排向張量(A33)會增強；另外，此等纖維排向張量變化驅使A11與A22產生交錯現象，進而導致垂直流動方向主導，明顯改變纖維排向特性。此等微結構特性變化，經微電腦斷層掃描與影像處理技術獲得證實。
另外，透過射出成品之幾何收縮變化探討發現，在靠近澆口區域(GR)，成品之幾何外觀收縮呈現左右對稱收縮，而且在流動方向收縮變化最小，甚至膨脹，此部份主要因為平行流動方向纖維排向張量 A11主導該區域所致。然而，在充填結束區域(FR)時，流動方向抵抗收縮貢獻度明顯減小，在此同時垂直流動方向與厚度方向之抵抗收縮貢獻度相對增強，導致成品呈現收縮左右不對稱之外觀，此現象主要是由內在之熔膠流動與纖維耦合作用引導纖維排向張量由平行流動方向轉至垂直流動方向及厚度方向所致，此等結果證明熔膠流動與纖維的耦合效應所引導之纖維排向變化與射出成品幾何收縮變化有相當一致之關聯性。 |
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