模 具 溫 度

模 具 溫 度

　　模具溫度是指在塑料成型的過程中，由於模穴與溫度約200℃的塑料接觸而模溫升高，若不加以控制，隨著成型加工的時間，溫度將過高而影響成型的週期（成品不容易冷卻固化）；此時，若以冷卻水將模具溫度降下，使模溫維持在一定的範圍內（過低，將影響塑料的流動性），則在整個成型的週期，必能順利動作，且成品可維持一定的品質。所以，模具溫度簸是簸模簸塑簸成簸型簸過簸程簸中很重要的一個因素，必需加以注意。
模具溫度與成品的關係
就成型效率而言
　　模具溫度保持於較低時，射入模穴的塑料冷卻較快，可以提高射出次數，成形效率較好。但較高的模溫卻可提高模穴內熔融的塑料的流動性，增加充填的效果。
就成品的品質而言
　　在模具溫度低的情況下，為求熔融塑料在模穴內有完全的充填，就必需提高成型壓力，此一壓力有部份將殘留於成品的內部。殘留應力，對硬塑料，如PC或PPO，會發生應力破壞現象，或使成品變形。所以低的模具溫度雖有利於成型，卻對成品的品質有不良的影響。
　　由於模溫的不均勻而造成成品各部份的冷卻速度不同，會使成品產品收縮不均、反翹、扭曲的弊病，必須在模溫的控制上一併考慮。
溫度控制的計算
　　熱的傳遞，有輻射、對流和傳導三種方式，在固體或液體中主要是藉著傳導的方式來作熱的傳遞。根據實驗，塑料帶入模具的熱量約有5％經輻射、對流逃到大氣中，其餘的95％傳導到模具，再由冷媒（通常用水）將熱量帶到模具外。設塑料傳導到模具的熱量為Q，則我們可根據以下的公式，來計算出欲達到某一定的模溫，所需之冷卻水量、冷卻水管的管徑、流速、熱傳導面積等資料。
冷卻所需的水量
　　在模具中通常都設有適當的冷卻水管，以便在成型作業中降低模溫。但需考慮到入水溫度與出水溫度，若入水溫度與出水溫度之差太大時，則冷卻水將帶走模具中大量的熱量，則模具溫度分佈將不均勻而影響成品品質。此時宜增加其他的冷卻水管，減低原相信的流速，及入水溫與出水溫度間之溫差。冷卻模具所需之水量：
　　　W=m〔CP(T1-T2)+L〕K(T3-T4)（8．1）
　　　W：每小時流出的冷卻水量（kg∮hr）
　　　m：每小時射入於模具的塑料重量（kg∮hr）
　　　CP：塑料的比熱（kcal∮kg‧℃）
　　　L：熔解潛熱（kcal∮kg）
　　　K：水的熱傳導率（kcal∮kg‧℃）
　　　T1：塑料的溫度（℃）
　　　T2：模具溫度（℃）
　　　T3：出水溫度（℃）
　　　T4：入水溫度（℃）
（表一）各種樹脂在成形溫度條件下的全熱量
樹脂名稱a（kcal∮kg）樹脂名稱a（kcal∮kg）
聚乙烯（PE）（低密度）138．9～166．7丙烯、丁二烯、苯乙烯77．8～94．4
聚乙烯（PE）（高密度）166．7～194．4丙烯、苯乙烯66．7～83．3
聚丙烯（PP）138．9～166．7聚縮醛100
聚苯乙烯（PP）66．7～83．3聚氯乙烯50
耐隆166．7～194．4
熱傳導面積、冷卻水管的管徑及流速
　　　Q=S×g×〔CP×（T1-T2）+L〕×95％kcal（8．2）
　　　Q：塑料95％的熱量傳導到模具熱量（kcal）
　　　S：每小時的射出數
　　　g：每次射出塑料的重量（kg）
　　　CP：塑料的比熱（kcal∮kg‧℃）
　　　T1：塑料的溫度（℃）
　　　T2：取出時成品的溫度（℃）
　　　L：熔解潛熱（kcal∮kg）
設　　a=CP（T1-T2）+L，m=S×g
則　　Q=m×a×95％（8．3）
　　　a：塑料1kg的全熱量
　　　m：每小時射出於模具的塑料重量
　　　熔解潛熱是塑料的相變化所產生的熱量，亦即塑料從液體變成固體時所放出的熱量。表1所示為各種塑料在成型溫度時，1kg塑料的全熱量。
　　熱量Q從模具傳到冷媒，此時的冷卻水管傳熱面積為A，則 A=QhW×ΔT
　　　A：傳熱面積（m2）
　　　hw：冷卻管的界膜傳熱係數（kcal∮m2×hr‧℃）
　　　ΔT：模具與冷卻水的平均溫度差（℃）
　　　冷卻管的界膜傳熱係數hw，在冷媒以水的情況下為，
　　　hw=λd×（dveu）0．8×（CP×uλ）0．3（kcal∮m2‧hr‧℃）（8．5）
　　　λ：冷卻水的熱傳導率（kcal∮m2‧hr‧℃）
　　　d：管徑（m）
　　　v：流速（m∮hr）
　　　e：密度（kg∮m2）
　　　u：黏度（kg∮m‧hr）
　　　CP：比熱（kcal∮kg‧℃）
　　　界膜傳熱係數是指在不同物質的交界處，有不同的熱傳導率，我們稱之為界膜熱傳係數。
（圖2）冷卻管的口徑、間隔、距離
（圖3）冷卻管與壁厚的關係
冷卻管道設計
　　要提高成型效率，使成品減少殘存應力、變形或罅裂。模具中有關冷卻水管的大小、數目、配置等設計有很大的影響。除了必需控制使其在一定的模具溫度外，模具的冷卻也要考慮到均一。如圖1（a）所示，有五條大的冷卻水管，圖（b）祇有兩條小的冷卻水管。大冷卻水管通59．83℃的水，小冷卻水管通45℃的水。連結其等溫曲線，則發現在成型作業期間。
圖（a）中的模穴溫度範圍呈60～60．05℃的分佈，而圖（b）中的模穴卻呈55～61．66℃較大溫差的分佈。同一個模具，因冷卻水管的大小、配置、水溫的不同設計，產生不同的溫度範圍。較差的設計，如（b）所示的6．67℃的較大溫差，對尺寸精度高的成品，可能造成成型時的變形，也可能殘存應力，導致以後的應變而不適用。從上列瞭解其重要性後，我們再來討論冷卻系統之設計原則。
　　冷卻管的口徑，間隔以及至模穴的距離對模具溫度有很大的影響，圖2所示，為