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聚丙烯含纖維複合材料在射出成型製程中流動-纖維耦合效應與材料黏彈性交互作用對纖維排向及成品幾何變化之研究

為了解決BMW i3 純 電的問題，作者賴承鋐 這樣論述：

近年來由於纖維強化塑膠（FRP）材料已成為主要的輕量化技術之一，並已廣泛地應用在工業上，尤其是在汽車及航太產業中。然而，纖維之所以能夠增強塑膠，是因為它們的微結構特性，而在這些微結構特性中，纖維排向是最主要影響之因素。然而，在FRP基質內部的纖維排向非常複雜，通常不易透視，故不易掌握。另外，在射出成型製程中，熔膠流動與纖維之間可能存在一些交互作用，此等交互作用可能還會進一步受到材料黏彈性的影響，此等複合交互作用如何影響製程與產品，目前尚未完全了解。因此，在本研究中，我們嘗試使用具有三個ASTM D638標準拉伸試片的幾何系統研究流動-纖維耦合效應與黏彈性之間的交互作用對FRP的影響。我們的研

究方法主要是同時應用CAE模擬分析與實驗觀察兩種方式。結果顯示，透過觀察Moldex3D模 擬分析之流場分布，在有/無流動-纖維耦合效應情況下，發現在有耦合效應下，流動波前會出現凸-平-凹的現象；但在無耦合效應下，流動波前會出現凸-平-平的現象；此等流動波前明顯變化為流動-纖維耦合效應之展示，其與文獻的結果一致。再者，透過微觀纖維排向進行深入探究，我們將模擬系統分成四組，分別為：(1) 基本組：沒有考慮耦合及黏彈性效應；(2) 耦合效應組:單純考慮耦合效應；(3) 黏彈性效應組:單純考慮黏彈性效應；(4) 耦合加黏彈性效應組:同時考慮耦合及黏彈性效應。期間，各組比較以組別(1)作為比較之基準組

。結果顯示，耦合組在纖維排向預測上與實驗數據最為接近；耦合加黏彈性效應組差異最大；至於黏彈性效應組的部分模擬分析結果與實驗趨勢相近，但整體趨勢而言，仍以耦合效應組與實驗的結果吻合度最高，因此我們� �定射出成品內之纖維排向變化，最主要仍以流場引導，再加上流動-纖維耦合效應所導致。另外，為了證明流動-纖維耦合效應，我們進一步從射出成品之區域幾何尺寸變化進行細部觀察與研究。在此部份，我們將射出成品Model I 及Model II個別分成(NGR、CR、EFR)三區，每一區再細分成五小區，同步利用模擬分析與實驗方式(利用電腦斷層掃描加上影像處理分析技術)完成纖維排向張量之驗證，再以驗證後之模擬分析

纖維排向結果估算出五小區之平均纖維排向張量值及其整體變化量。再者，我們也針對射出成品Model I 及Model II個別分成(NGR、CR、EFR)三區進行幾何尺寸變化(稱之收縮率)量測，經過詳細比對幾何尺寸變化趨勢與射出成品內在之平均纖維排向張量變化行為相當一致。此等結果應該足以說明流動-纖維耦合效應的存在與其從內而外之影響。