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研究生:周逸明
研究生(外文):Yi Ming Chou
論文名稱:接合面幾何形狀對熱板融接強度影響之研究
論文名稱(外文):Effect of Interface Geometry on the Weld Strength of Heat-plate Welded parts
指導教授:劉士榮劉士榮引用關係
指導教授(外文):S. J. Liu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
論文頁數:89
中文關鍵詞:熱板融接融接強度融接形態
外文關鍵詞:hot plate weldingweld interface geometriesthermoplasticsjoint strengthsprocessing parameters
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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。
本研究以本實驗室自行開發熱板融接機操作實驗,使用單一參數實驗探討基本加工參數的最佳範圍、接合導角接合面幾何形狀的變化與不同的接合方式對融接強度的影響。另外使用光學顯微鏡(OM)及掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察融接區域的形態。實驗使用四種材料,包括泛用塑膠PP(半結晶)、PS(不定型)以及添加20%及30%玻纖的補強材PP。
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。
Hot plate welding has become an important process in industry because of its low cost and resultant high quality joints. This paper investigated the effect of different processing parameters on the joint strength of hot plate welded thermoplastics and thermoplastic composites, including hot plate temperature, heating time, weld pressure, weld time, and weld interface geometry. Four materials were used: an amorphous polystyrene (PS), a semi-crystalline polypropylene (PP), and 20% and 30% glass fiber filled PP composites. All experimental specimens were molded using a pin injection gate on a reciprocating injection molding machine. After welding, the joint strength of welded thermoplastics was determined by a tensile tester. It was found that hot plate temperature and heating time were important parameters of hot plate welding for the six types of weld interface geometries studied. Additionally, the effects of convex-convex and convex-concave welding have been examined. Convex-convex welded parts exhibited higher joint strengths that those welded by convex-concave interface geometries for all materials except the 20% glass fiber filled PP composites. Furthermore, the shape of the weld interface significantly affected the joint strengths of welded parts. In comparison, the 60o triangular interface welded parts with the highest joint strength for all materials, while the rectangular interface welded parts with the lowest strengths.
目 錄
致 謝 iv
中文摘要 v
英文摘要 vi
圖目錄 x
表目錄 xiv
第一章 前言 1
1.1塑膠材料 1
1.2 塑膠融接技術 4
1.3 塑膠融接原理 5
1.4 熱板融接流程 6
1.5 熱板融接應用範圍 6
1.6 研究動機 7
1.7 研究目標 7
第二章 研究背景 9
2.1 相關文獻 9
2.2 文獻總結 10
第三章 實驗方法與設備 11
3.1 實驗設計 11
3.2 實驗流程 12
3.3 實驗材料 13
3.4 實驗設備 15
3.5 實驗方法 16
3.5.1 實驗試片準備 16
3.5.2 熱板座製作 21
3.6 塑膠件熱板融接加工 22
3.7 單一參數實驗 24
3.8 實驗數據 26
3.8.1 數據量測 26
3.8.2 量測儀器 26
第四章 結果與討論 31
4.1 單一參數實驗 31
4.1.1 熱板溫度 31
4.1.2 加熱時間 33
4.1.3 接合壓力 34
4.1.4 成型時間 36
4.1.5 融接距離 37
4.1.6 融接導角幾何形狀 39
4.2 融珠形狀觀察 42
4.2.1 熱板溫度對融珠形狀之影響 42
4.2.2 導角形狀對融珠形狀之影響 45
4.3錯位對強度的影響 50
4.4 斷面觀察 51
4.4.1 斷面與熱板溫度之關係 51
4.4.2 斷面與導角形狀之關係 54
4.5 SEM斷面觀察 60
4.5.1 PP+20%玻纖斷面觀察 60
4.5.2 PP+30%玻纖斷面觀察 63
4.6 影響不同接合行態之單一參數實驗 65
4.6.1 溫度變化對接合形態的影響 65
4.6.2 融接距離對接合形態的影響 68
第五章 結論 71
5.1結論 71
參考文獻 73


圖目錄
圖1-1 塑膠在各種加工製程的使用量 2
圖1-2 製程中加熱與冷卻對各種塑膠微結構的影響 4
圖3-1 熱板融接機實際圖 15
圖3-2 台中精機Victor-7000/Vs-80型射出機 16
圖3-3 模座設計圖 17
圖3-4 實際模座圖 17
圖3-5 試片導角示意圖 18
圖3-6 接合方式示意圖 18
圖3-7 模仁設計圖 19
圖3-8 實際模仁 19
圖3-9 PP、PS平形試片成品 20
圖3-10 PP不同形狀試片成品 21
圖3-11 熱板座設計圖 21
圖3-12 實際熱板 22
圖3-13 熱板參數設定區 22
圖3-14 PP、PS熱板融接成品 24
圖3-15 拉伸試驗機 27
圖3-16光學顯微鏡圖 29
圖3-17掃瞄式電子顯微鏡 30
圖4-1 PP、PS熱板溫度與拉伸強度關係圖 32
圖4-2 PP+20%、30%玻纖熱板溫度與拉伸強度關係圖 32
圖4-3 PP、PS加熱時間與拉伸強度關係圖 33
圖4-4 PP+20%、30%玻纖加熱時間與拉伸強度關係圖 34
圖4-5 PP、PS接合壓力與拉伸強度關係圖 35
圖4-6 PP+20%、30%玻纖接合壓力與拉伸強度關係圖 35
圖4-7 PP、PS接合時間與拉伸強度關係圖 36
圖4-8 PP+20%、30%玻纖接合時間與拉伸強度關係圖 37
圖4-9 PP、PS融接距離與拉伸強度關係圖 38
圖4-10 PP+20%、30%玻纖融接距離與拉伸強度關係圖 38
圖4-11 PS不同導角形狀及接合方式與融接強度關係圖 40
圖4-12 PP不同導角形狀及接合方式與融接強度關係圖 40
圖4-13 PP+20%玻纖不同導角形狀及接合方式與融接強度關係圖 41
圖4-14 PP+30%玻纖不同導角形狀及接合方式與融接強度關係圖 41
圖4-15融珠位置示意圖 42
圖4-16 PS溫度變化之融珠形狀 43
圖4-17 PP溫度變化之融珠形狀 44
圖4-18 PP+20%玻纖溫度變化之融珠形狀 44
圖4-19 PP+30%玻纖溫度變化之融珠形狀 45
圖4-20 PS接合方式A之融珠形狀 46
圖4-21 PP接合方式A之融珠形狀 46
圖4-22 PP+20%玻纖接合方式A之融珠形狀 47
圖4-23 PP+30%玻纖接合方式A之融珠形狀 47
圖4-24 PS接合方式B之融珠形狀 48
圖4-25 PP接合方式B之融珠形狀 49
圖4-26 PP+20%玻纖接合方式B之融珠形狀 49
圖4-27 PP+30%玻纖接合方式B之融珠形狀 50
圖4-29 PP+20%玻纖不同接合方式錯位發生情形 51
圖4-37 PP+30%玻纖不同形狀導角接合方式A斷面 56
圖4-42 PP+20%玻纖220℃斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 60
圖4-43 PP+20%玻纖260℃斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 61
圖4-44 PP+20%玻纖280℃斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 61
圖4-45 PP+20%玻纖接合方式A斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 62
圖4-46 PP+20%玻纖接合方式B斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 62
圖4-47 PP+20%玻纖在不同融接方式下玻纖排列示意圖 62
圖4-48 PP+30%玻纖180℃斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 63
圖4-49 PP+30%玻纖220℃斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 63
圖4-50 PP+30%玻纖260℃斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 64
圖4-51 PP+30%玻纖接合方式A斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 64
圖4-52 PP+30%玻纖接合方式B斷面SEM圖(放大倍率60、150X) 65
圖4-53 PS接合方式A、B溫度與融接強度關係圖 66
圖4-54 PP接合方式A、B溫度與融接強度關係圖 66
圖4-55 PP+20%玻纖接合方式A、B溫度與融接強度關係圖 67
圖4-56 PP+30%玻纖接合方式A、B溫度與融接強度關係圖 67
圖4-57 PS接合方式A、B融接距離與融接強度關係圖 69
圖4-58 PP接合方式A、B融接距離與融接強度關係圖 69
圖4-59 PP+20%玻纖接合方式A、B融接距離與融接強度關係圖 69
圖4-60 PP+30%玻纖接合方式A、B融接距離與融接強度關係圖 70



表目錄
表3-1 實驗材料性質表 14
表3-2 各試片射出成型參數 20
表3-3 材料PS、PP單一實驗參數 25
表3-5 ASTM D638 Type IV 尺吋規格 28
表5-1 各材料最佳加工參數範圍 72
參考文獻
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