一、前言:

從射出成形初期開始，材料與產品已產生快速的進化和擴張，但是螺杆的基本設計，卻從1950年代都沒有變化。目前在生產現場面臨的多樣問題，或許來自這個奇特的狀況? 即螺桿的塑化問題，這項單純的疑問，就是研究開發SPIRAL LOGIC的契機。實驗中使用裝置藍寶石的特殊料管--Sapphire Barrel如圖所示，重複觀察解析料管內所發生的現象。

二、工作原理
SPIRAL LOGIC的結構:

• 4項技術單元構築完美的裝置系統--T-Rex Unit

硬體方面，以不發生滯留碳化的T-Rex Screw、防止流動逆流的GS Valve、熱履歷短的T-Rex Barrel以及塑膠定量供給的GS Loader構成無剪切塑化系統T-Rex Unit，軟體方面開發監視控制T-Rex Unit的專用程式，這些裝備構成了SPIRAL LOGIC。

• 構築新融解理論與開發塑化系統

如圖所示的左邊為以往塑化系統的解析。塑膠顆粒從料斗進入後就立刻開始熔融(A)。使用紅外線偵測，發現剪切的過剩發熱(B)。壓力方面，下料口附近呈現極高的壓力(C)。對前方流動滯澀部位強制推擠顆粒，因而發生的壓力，就是同軸式塑化結構特有現象的螺絲松退之原因。橫條圖(E)表示，熔融塑膠壓力(綠色)比螺杆退後力(紅色)還低的異常關係。螺杆不是因為塑膠的壓力退後，卻是因為螺杆回轉馬達的轉力退後。線形圖的左方(D)為熔融塑膠的壓力，每模的波形呈現大幅變動。螺絲鬆退導致熔融塑膠的減壓，結果導致壓力變動。

綜合以上解析結果，剪切發熱就是塑膠融解上的不穩定因素，使用剪切的塑化系統本身含有許多引起問題的原因。我們研究這項解析結果，構築以無壓縮直線型螺杆為主要技術的無剪切塑化理論，開發能夠實踐這項理論的裝置。

 

三、主要特點
SPIRAL LOGIC能夠實現的，並非改善，而是杜絕不良:

1. 改善黑點(燒焦)形成
根據粘性流體的輸送理論---庫埃特流動(Couette flow)，螺紋之間的空間內2種熔融塑膠力量合成後，塑膠在料管內壁側會前進，在螺杆表面側會退後。但塑膠流動進入螺杆壓縮段，在螺杆表面側退後的逆流成份，因為傾斜部位擴大空間失去動力，停止流動(【圖表3】)。總之，以往的螺杆，在傾斜的壓縮段表面塑膠不流動，形成滯留層。此塑膠由層此塑膠由於脫水分解碳化，剝離混入成形品裡，即形成黑點。

SPIRAL LOGIC採用無壓縮段的直線型螺杆，螺杆全體表面都有退後的逆流成份，不會形成滯留層。

以往的鍍膜螺杆(上)與SPIRAL LOGIC的T-Rex螺杆在同一使用條件下的比較。不產生滯留層的T-Rex螺杆，塑膠不會碳化，所以不會導致黑點。.

2. 突發性短射
突發性短射是使用LCP及尼龍等低粘度塑膠時，頻繁發生的不良現象。同軸(In-line)式螺杆最嚴重的問題為螺絲鬆退現象，會引起此不良狀況。以往的塑化系統，從螺杆壓縮段開始滯澀流動，此現象和未熔融的顆粒，在下料口附近互相推擠。此時，顆粒強力付著于料管內壁，產生類似螺帽的效果，因此螺杆像螺絲一樣回轉退後。這就是螺絲鬆退。

螺絲鬆退狀況下，熔融塑膠壓力會減低，呈現變動。SPIRAL LOGIC不會產生螺絲鬆退，螺杆僅受到熔融塑膠的壓力才會退後，所以突發性短射無法發生

3. 料管的磨損
以往的自由落下供給方式，塑膠顆粒堵塞在下料口，附近，產生非常大的壓力。在此狀況下，混入GF等堅硬的塑膠，其摩擦力會磨損料管內壁與螺杆(【照片7】)。SPIRAL LOGIC偵測螺杆轉力控制顆粒供給量，符合熔融塑膠前進速度進行定量供給。因此，料管內不會充滿塑膠顆粒，不會產生料管與螺杆的磨損

 

4. 腐蝕
在使用PA46、PA6T、PA9T等塑膠的成形現場，螺杆頭組件與螺杆計量段發生極短期間內進行腐蝕而引起嚴重問題。透過研究，推翻「從塑膠發生的氣體誘發腐蝕」之定論，將原因特定為以下所列的3種水分。

1. 塑膠顆粒含有的水分
2. 塑膠在螺杆壓縮段脫水分解發生的水分
3. 難燃劑受到熱履歷脫水分解發生的水分

高溫成形的塑膠，若運用剪切發熱，其溫度會上升至320---340℃，壓力也會升高至100MPa以上。在這種高溫高壓環境下的水分，變成超臨界水或亞臨界水呈現非常強的腐蝕性。螺杆頭組件與螺杆計量段部位的溫度與壓力若達到此條件，一旦接觸超臨界水或亞臨界水，顯著進行腐蝕。SPIRAL LOGIC塑化系統，塑膠顆粒內含有的水分通過定量供給的縫隙排出，因沒有壓縮段不會發生塑膠滯留引起的碳化，較短的料管(比以往型縮短至2/3)減少熱履歷。SPIRAL LOGIC的料管內沒有造成腐蝕原因的水分

 

 

5. 起泡
泡殼是LCP連接器成形時經常出現的問題。以前對此現象出現的原因不甚理解，但是從融解的觀點，可以作如下的說明。以往的塑化系統，為了防止顆粒堵塞，冷卻下料口，因此傳達至顆粒的熱量不多。對這些顆粒急速進行剪切發熱，部份顆粒先熔融形成低粘度液體，包裹住尚未充分受熱的其他顆粒，結果造成未熔融核。未熔融核進入澆口時，它會影響到流動的速度及粘性，發生螺旋流引起氣泡。

如果氣泡位於成形品表面附近，受到熱量膨脹浮出表面，便產生了起泡 SPIRAL LOGIC在未熔融核形成方面經過特別考量，而設計熱容量、螺紋形狀以及條件設定軟體配合專用料管，開發LS型低粘度塑膠專用系統。完全而均勻的融解，防止起泡的產生。