塑膠射出成型產品之雙折射預測

只看该作者 · 发表于 2008-5-30 16:17:36

塑膠射出成型產品之雙折射預測

作者：
張元榕1、楊文賢1、游朝凱1、張榮語2
1 科盛科技股份有限公司
2 國立清華大學化學工程學系

摘要：
塑膠光學元件已經被廣泛的應用於各種工業界應用,如鏡頭、燈罩、光碟、光導板等。然而，透明性塑膠射出元件的雙折射問題嚴重地影響著光學成像品質，已經被視為重要的產品品質指標。雙折射在射出製程中主要由材料流動受到的剪切效應與溫度凍結所影響。本文以一個整合式的數值模擬方法將射出成型製程中各階段因素在計算中加入考慮，並成功的預測出雙折射分布。模擬結果與實驗比對有相當之吻合，驗證本研究所提出之模擬方法是可信賴的模擬工具。

關鍵字：雙折射、光學、射出成型

1. 前言
隨著塑膠工業的不斷發展，光學塑膠的材料特性逐日提升，而製程的技術也持續在進步，越來越多射出成型之光學產品已經被運用到各種光學應用產業，如光電產業常見的光學鏡頭與導光板等。
射出的光學元件，主要有收縮變形與雙折射等問題，收縮變形目前可透過製程參數的調配與模具補償加以改善，作用原理與模擬預測均被大家所廣為熟悉。但是雙折射問題影響整體光學系統之光程差，對成像品質造成不良的影響，實務上不容易做像差矯正，且在模擬預測的發展上較為緩慢，尚未發展出成熟與可信賴的模擬工具供業界參考。
雙折射是光線穿透過透明性材料時，分解為兩道有快慢差異之光線。光線速度快慢的不同與經過厚度方向的累計後，會產生光路程相位上的落差，稱之為光程差。當以偏振光觀察雙折射晶體材料時，由各光線亮度上的相互消長，產生明暗相間的光彈條紋，而其條紋級數與材料內部之主軸應力差值成正比，代表著材料受力之狀況。
雙折射現主要成因是由高分子的光學非等向所導致，微觀下的高分子在軸向、背脊或側鏈方向的光學偏振特性不同，因此空間上之分子排向不一致，雙折射之程度也就不同。以現在光學元件逐漸輕薄短小之趨勢下，在狹小的流動空間下，流動導致之非等向性將非常嚴重，因而流動導致之雙折射預期將成為光學元件在以射出成型製造上的主要技術瓶頸。
本文之模擬方法是建立在三維實體的流動分析過程，以黏彈性分析所預測出的流動殘餘應力為出發，對於三度空間中的非等向性的分子排向而產生的雙折射現象能有良好的掌握。再整合以體積收縮與冷卻均勻性為考量的熱應力分析，將光學非等向性質區區分為流動影響與熱影響兩部分。此整合式之模擬工具希望在未來應用上，可以協助提供各影響光學性質的重要因子之詳細資訊，如幾何外型、澆口設計、射速、保壓、冷卻系統等。