工程塑膠原料簡介

工程塑膠簡介

絕大多數的塑膠原料來自以石油或天然氣為基礎原料的石油化學品,是一種經過聚合反應而得到的高分子材料。這些來自石油或天然氣的低分子量碳氫化合物單體,在大氣中不是氣態就是液態。然而隨著聚合的過程,分子量逐漸提高,這些碳氫化合物也逐漸變成粘稠狀,最後形成固態塑膠。

按受熱呈現的基本行為分類,塑膠可分為熱塑性塑膠(在特定溫度範圍內能反覆加熱軟化和冷卻硬化)和熱固性塑膠(受熱後成為不熔不溶的物質,再次受熱不再具有可塑性)

按化學結購分類,塑膠可分為聚烯睛類(PEPPUHMWPE)、聚苯乙烯類(PSASABS)、聚醯胺類(各種NYLON)、聚醚類(PCPOMNORYLPSFPPSPEEK)、聚酯類(PBTPETPAR)、聚芳香族環類(PI)、含氟聚合物類(聚四氟乙烯、聚氟乙烯)等。

按結晶型態分類,塑膠可分為結晶性塑膠(在適當條件下能產生某種幾何型態晶體結構的塑膠,如PEPPPSNYLONPOMPBT、聚四氟乙烯等)和非結晶性塑膠(分子形狀和分子相互排列不呈晶體結構而呈無序狀態的塑膠,如ABSNORYLPC)

塑膠在高溫熔融的加工過程中,高分子鍵由於有足夠的能量使其自由活動,因此分子鏈的排列是凌亂的,但經過成型加工(如射出或押出成型)時,由於剪應力的發生及冷卻定型,高分子鏈將因而產生某種排列、終至定位。在高分子鏈發生排列、定位過程中,有些塑膠材料的高分子鏈會緻密且有規則地排列定位,有些則無此現象,高分子鏈的排列依照凌亂。前者的排列現象我們視之為結晶,後者則是一種非結晶現象。塑膠材料的結晶與否,也是塑膠材料不同特性表現的關鍵因素之一。

熱可塑性樹脂可分為結晶性聚合物及非晶性聚合物,結晶性樹脂之優點為堅硬且剛直,並具有較優之耐藥品性、耐摩擦磨耗性及流動性等。惟缺點為脆弱、易割裂、不透明、成形收縮率較大,致成形品之尺寸精確度較差等。利用玻璃纖維等填充材料之補強效果不錯,但因成形收縮率之差異性,較易發生成形品彎曲變形。另非結晶性樹脂之優點為透明性,柔軟性及強韌性等皆佳,而且成形收縮率較小,成形品之尺寸精確度亦佳。缺點為耐藥品性、耐摩擦磨耗性及流動性等較有問題,兩者之優缺點正好相反。

分類

縮寫

名稱

中文名稱

特性

泛用塑膠

PP

Polypropylene

聚丙烯

 

PE

Polyethylene

聚乙烯

 

EVA

Ethylene vinyl acetate

乙烯酯酸乙烯酯共聚物

 

PVC

Polyvinyl chloride

聚氯乙烯

 

PS

Polystyrene

聚苯乙烯

 

ABS

Acrylonitrile Butadine Styrene

丙烯睛-丁二烯-苯乙烯

 

ASA

Acrylonitrile Styrene Acrylate

丙烯睛-苯乙烯-壓克力膠

 

AES

Acrylonitrile EPDM Styrene

丙烯睛-苯乙烯-乙烯丙烯膠

 

AS

Acrylonitrile Styrene

丙烯睛-苯乙烯

 

PMMA

Polymethyl Methacrylate

聚甲基丙烯酸甲酯(壓克力)

 

 

 

 

 

通用工程塑膠

PA

Polyamide(Nylon6.66)

聚醯胺(耐隆6.66)

 

POM

Polyacetal(Homo/Copolymer)

聚縮醛(塑鋼)

 

PC

Polycarbonate

聚碳酸酯

 

M-PPE

Modified polyphenylene oxide

變性聚氧化二甲苯(NORYL)

 

PBT

Polybutylene terephthalate

聚對苯二甲酸丁二酯

 

PET

Polyethylene terephthalate

聚對苯二甲酸乙二酯

高性能工程塑膠

PPS

Polyphenylene sulfide

聚苯基硫醚

 

LCP

Liquid crystal Polymer

聚酯液晶聚合物

 

PSF

Poly sulfone

聚堸

 

PES

Poly ether Sulfone

聚苯醚堸

 

PEEK

Poly ether ether ketone

聚二醚酮

 

PI

Poly imide

聚醯並胺

 

PAI

Poly amide imide

聚醯胺-醯並胺

 

PAR

Poly arylate

聚芳酯

 

PTFE

Poly tetra fluoroethylene

聚四氟化乙烯

 

PVDF

Poly vinylidiene Fluoride

聚二氟化乙烯

熱固性塑膠

PF

Phenolic resin

酚甲醛樹脂

 

 

EP

Epoxy resin

環氧樹脂

 

 

MF

Melamine resin

三聚氰胺樹脂

 

 

UP

Unsaturated Polyester

不飽合聚酯

 

 

UF

Urea resin

尿素樹脂

 

 

DAP

Diallyl Phthalate resin

聚苯二甲酸二烯丙酯

 

 

SI

Silicon resin

矽氧樹脂

 

 

PU

Polyurethan

聚胺基甲酸酯

 

▲結晶性樹脂△非結晶性樹脂

熱塑性塑膠可區分為泛用塑膠、通用工程塑膠及高性能工程塑膠三種。所謂泛用塑膠如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯(ABS)等。

泛用塑膠

國內生產廠商

用途

HDPE

台塑、台聚

各種箱、容器、編織袋、農產品之包裝和編製漁網、繩等

LDPE

台聚、亞聚

吹製塑膠袋、塗膠、電線披覆與部份射出成型品等

PP

福聚、永嘉、台化

編織袋、射出成形、吹袋薄膜、纖維加工、吹瓶、戶外休閒器材等

PVC

台塑、華夏、大洋

塑膠布、膜、軟硬質膠皮、電器絕緣材料、地磚、唱片、油膜、玩具

PS

奇美、台達、必詮、高福、國亨、長興、台化

燈飾、玩具、家電零件、資訊設備、日用品

ABS

奇美、台達、國喬、大東、台化

資訊設備、汽機車零件、家電及電子零件產品、衛浴設備、OA設備、手提箱、電話機、運動器材等

 

通用工

程塑膠

優點

主要用途

PA

韌性及耐衝擊性優、耐藥品性優、耐油性、耐磨擦性優、自熄性、吸水性大、收縮率、尺寸變化大、玻纖增強型吸水影嚮小

汽機車零件.無線電配件.風扇葉片.齒輪.傳動裝置.接線柱.緊固件等

電氣電子:接插件.線圈軸.開關制品等

其他注塑:運動器材.框格制品.機械零件

擠出:薄膜.軟片.絲帶.漁網.釣線

POM

機械性能優、、耐磨擦磨耗性優、耐疲勞性優、耐藥品性優、黏接性不佳、耐燃耐候不佳、成型收縮率大

汽車把手.板各種零部件

電氣電子:洗衣機.電話機.計時儀器.磁帶錄放影機.錄音機等

一般機械:螺釘.齒輪.機架.彈簧.軸套等

其他:水幫浦.玩具等零部件

PBT

耐熱性、耐藥品性、耐磨擦磨耗性、電氣特性、成型尺寸精度不佳、玻纖增強材料有異向性

汽車、家用電器、電氣電子、精密機械、辦工自動化機器等零部件

PC

耐衝擊性、耐蠕變性、透明性、尺寸穩定性、電氣特性

電氣電子:開關蓋.CD.光學鏡片.各種光信號罩

機械:照像機.錄影機.掃描器.計算機.電動工具外殼.透光性高之建材

M-PPO

易成型性、耐衝擊性、尺寸穩定性、輕量性、耐水性

辦工自動化設備外殼.汽機車零件.家用電器零部件.電氣電子零件產品

打印機.傳真機.複印機.計算機.電腦零件

 

工程塑料特性

樹脂種類

ABS

PA6

PA66

POM

PC

M-PPO

PBT

PPS

輕量性

成型性

成型收縮率

吸水性

×

×

耐沸水性

×

×

×

低溫物性

強韌性

耐蠕變性

耐溶劑性

×

耐候性

×

×

難燃性

×

電性能

耐磨耗性

容積成本

註:◎極佳  ○佳  △尚可  ×有問題

通用工程塑膠如聚醯胺(PA、俗稱NYLON)、聚縮醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、變性聚氧化二甲苯(M-PPO)、聚對苯二甲酸酯(PBT/PET)、甚至於強化聚丙烯(FR-PP)等之長期耐熱性約在100℃以上,其中PAPBTPOM為結晶性樹脂,由於結晶具有較大之密度,造成較大之結晶收縮,故其成型收縮率比非結晶塑膠大,結晶性工程塑膠的成型收縮率受到下列因素影嚮:(1)肉厚越大,成型收縮率愈大;(2)模具溫度越高,成型收縮率愈大;(3)射出壓力愈小,成型收縮率愈大。玻纖強化材如玻璃纖維,其纖維長度愈長,可使翹曲變形量減小,而且添加量愈大者效果愈佳(40%-60%)

而長期耐熱性在150℃以上稱之為高性能工程塑膠,其中以聚苯基硫醚(PPS)及液晶聚合物(LCP)最普遍。

聚合物合膠(Polymer Alloy)是聚合物之攙合體或是嵌段、接枝共聚合物,主要之技術在於材料組合之選擇、混合技術、相容化技術及型態控制技術等;主要的用途在需耐熱性之汽車零件及電機、電子零件。(例如PC/ABSPC/PBT)

複合材料(Compound)主要係以塑膠之耐熱變形性及剛性之改良為目地,將玻璃纖維、碳纖維及無機填充料等補強材料加入樹脂,以改良其物性的方法。複合化之目地為:a.補強效果(剛性、機械強度等)b.增量效果;c.特殊機能(導電性、磁性等)的賦予;d.尺寸安定性的提高;e.荷重溫度的提高。複合材料的強化材及填充料之形狀,除了以成型品之機械性質及耐熱變形性等機能外,熔融時之流動性、流動配向性,成形品外觀等與製品之品質特性關聯頗深。其形狀及代表性一般分類如下

(1)粒狀:如碳酸鈣(CaCO3、俗稱石粉),硫酸鋇(BaSO4)

(2)片狀:如滑石粉(Talc),矽酸鈣(SiCaCO3) ,雲母(Mica)

(3)纖維狀:如玻纖(Glass Fiber)

上述三類礦物填料對PP物性的改質影嚮如表3所示,表中顯示纖維狀填料,對各項機械強度皆具有較優秀的強化效果。

3填料形狀對物性改質的影嚮

填料形狀

粒狀

片狀

纖維狀

抗張強度

­

­­

­­­

Izod衝擊強度

¯¯

¯¯

¯

彎曲模數

­

­­

­­­

熱變形溫度

­

­­

­­­

表面光澤

¯

¯¯

¯¯

聚丙烯(PolypropylenePP)是一高結晶聚合體,它具有多項優點,如1.比重低、單位體積之價格便宜;2.融點高(165-175) 比其他泛用塑膠耐熱;3. 具有較佳的透明性;4. 抗化學性;5.介電性優、絕緣性佳;6.不具毒性;7.成型性佳,且有不錯之機械性質,再加之價格低廉,廣為工業所始用。PP用途甚廣,包括家庭用品、文具辦公用品、玩具、家電外殼、食品容器、洗衣機槽、運輸容器、聖誕燈座、醫療器材、及汽機車零件等,欲提高PP在結構性材料(如汽機車零件、家電產品)之應用,需進一步強化改質(剛性、抗張強度、熱變形溫度),一般均使用礦物強化(Mineral-reinforced)加以改善,不僅能提高剛性、耐熱性,還可增加尺寸安定性、硬度、和抗張強度等特性。

聚醯胺(PolyamidePA),又稱耐隆(NYLON)、最常使用的為PA6PA66PA612PA11PA12PA46,其中以PA6PA66占最大使用量、耐隆為結晶型工程塑膠,具自潤滑性、耐磨性、耐藥品性優異之材料,其本身因尺寸穩定性差、吸水性大可用玻璃纖維增強改善以上性能、其具體性能如下:

1.比重:在工程塑膠中屬於較輕之材料

2.力學性能:耐衝擊性良好、但吸水性大

3.耐磨性:自潤滑、磨耗低

4.電性能:由於受水份及結晶度影嚮適用於綜合性能的零部件

5.難燃性:自熄

6.耐藥品性:除強酸、強鹼、氯化鋅等藥品外、可耐各種化學藥品

7.耐熱性:耐熱性高、如PA66軟化點為260PA6224

8.透氣性:對於氧氣及二氧化碳透過率小、適用食品包裝膜

塑料物性檢測主要性能

物理性能

比重、吸水性、透明度、光澤度、折射率、透氣性、含水率、模收縮率

機械性能

抗張強度、抗壓強度、彎曲強度、彎曲模數、伸長率、耐蠕變性、衝擊強度、疲勞強度、耐磨耗性、硬度

熱性能

熱變形溫度、熔融指數、融點、分解溫度、線膨脹係數、導熱係數、玻璃化溫度、耐熱性、耐寒性、阻燃性

電氣性能

表面電阻、體積電阻、耐電壓、耐電弧性、介電常數、介電損耗

化學性能

耐化學品性、耐老化性、耐候性、耐輻射性

力學測試項目:

拉伸性能 衝擊強度 硬度 壓縮性能 彎曲性能 落錘衝擊 撕裂性能 耐環境應力龜裂

熱學測試項目:

熔點 熔體流動速率 氧化誘導期 熱變形溫度 維卡軟化點

電學測試項目:

擊穿電壓強度 介電常數 介質損耗因數 體積電阻率 表面電阻率

物理性能測試項目:

密度 吸水 水蒸氣透過性 交聯度 衝擊脆化溫度 耐熱應力龜裂 灼燒殘餘

光學性能測試項目:

黃色指數 透光率 霧度 白度 光澤度

阻燃性能測試項目:

氧指數 垂直燃燒 水平燃燒

耐化學性能測試項目:

耐酸、鹼、鹽溶液 耐丙酮、二氯甲烷等溶液

塑料物性檢測主要項目

測定項目            PROPERTY

單位                   UNIT

試驗法ASTM

特性

用途

比重                           Specific Gravity

-

D-792

測定材料密度

計算單位體積成品重量

融點

Melting Range

 

-

測定材料軟化點溫度

成型溫度參考

強熱殘渣                 

Ignition Residue

-

D-792

測定材料填加填充材比例及成份

判定填充材種類

熔融流率                                   Melt Flow

g/10min

D-1238

一定負荷下測定熔融材料一定時間擠出量

MI越高表示材料黏度越低流動性越好

MI適用薄壁制品

拉伸強度                     Tensile Str,Yield

kg/cm2

D-638

試片拉伸產生永久變形時的應力

拉伸強度越高表示材料的剛性越好

壓力容器及用于螺絲裝配強度

伸長率         Elongation,Break

D-638

試片拉伸斷裂前的總伸長

斷裂伸長率越高表示材料的延展性越好

壓力容器及用于螺絲裝配強度

彎曲強度                   Flexural Strength

kg/cm2

D-790

試片彎曲產生永久變形前的應力

彎曲強度越高表示材料的剛性越好

...殼等硬性及剛性

彎曲模數                  Flexural Modulus

kg/cm2

D-790

試片彎曲產生永久變形前的模數

彎曲模數越高表示材料的剛性越好

...殼等硬性及剛性

IZOD衝擊強度 Izod,Notched

kgcm/cm     23

D-256

試片衝擊產生斷裂的能量

衝擊強度越高表示材料的韌性越好

衝擊(碰撞.破壞跌落)作用下不易損壞

硬度                         Rockwell Hardness

R-Scale

D-785

一定負荷下測定材料表面凹陷的深度

硬度越高耐括傷性越好不易產生壓痕

對滑動部份長期使用部品

線膨脹係數                      Liner Therm Expan

cm/cm

(×10-4)

D-696

測定材料因環境因素影嚮特性

判定成品適用環境範圍

熱變形溫度                          Defl Temp

℃ 4.6kg/cm2     18.6kg/cm2

D-648

一定負荷下測定材料變形時耐熱溫度

HDT越高短期受熱下保持強度及變形佳

確認材料能否適用耐溫範圍

介電強度                  Dielectric Strength

kv/mm

D-149

測定絕緣材料所能儲藏電能的量

介電常數越小損耗電能越少產生熱量越少

電器元件在工作溫度及頻率穩定

體積電阻                        Volume Resistivity

ohm-cm

D-257

測定絕緣材料絕緣性

體積電阻高不易泄漏電流

適於帶電流制品

吸水率                                 Water Absorption

                            23,24hr

D-570

測定吸水之快慢

高吸水性影嚮尺寸穩定及電性能惡化

吸水率高尺寸精度差

成型收縮率                          Mold Shrinkage

                            流動/ 垂直

D-955

測定材料成型尺寸變化

成型收縮率越大尺寸收縮變化越大

設計制品尺寸大小公差

透光率 

                           

 

D-1003

測定材料透過光與入射光之比

透光率越高光霧度越低材料越透明

透明制品光線透過率與折射率

色差分析                   Colour Analyze

 

 

測定材料顏色與標準樣本之差異

判定顏色變化範圍

燃燒性                   Flammability

UL                       Subject 94

UL-94

測定材料燃燒速度

通過越嚴格燃燒試驗阻燃性越好

提供要求耐燃性要求成品設計

塑料物性單位換算

測定項目

試驗法ASTM

測定條件

使用單位

換算係數

換算係數

比重          

D-792

 

-

-

-

吸水率                                

D-570

23水中×24hr

-

成型收縮率                         

D-955

 

-

引張強度                    

D-638

降伏點引張破斷強度

MPa

10.1972

kg/cm2

引張伸長率        

D-638

破斷點之伸長率

-

彎曲強度                  

D-790

 

MPa

10.1972

kg/cm2

彎曲彈性率                 

D-790

 

GPa

10197.2

kg/cm2

IZOD衝擊強度

D-256

Notched值表示

J/m

0.101972

kgcm/cm

Rockwell硬度                        

D-785

 

R,M-Scale

-

R,M-Scale

表面硬度                        

D-2240

(TPEE等場合)

Shore D

-

Shore D

熱變形溫度                         

D-648

 

-

線膨脹係數                     

D-696

 

I/K

1

I/

絕緣破壞強度                 

D-149

 

Mv/m

-

kv/mm

耐電弧

D-495

 

s

-

s

熔融流率                              

D-1238

 

g/10min

-

-

燃燒性                 

UL-94

 

-

-

-

射出成型過程中可能出現的問題與解決方法

問題點

原因

解決方法

制品內有黑點

1.樹脂混有雜質

2.料筒局部過熱、有焦料

1.檢查原料品質

2.清理料筒和機器

制品表面不平整、光澤差、有皺折

1.模具不清潔或有損傷

2.射出工法不當

1.清理模具,檢查模具是否完好

2.調條漸整射出

制品脫皮分層

1.相容性差的不同塑料混染

2.同一種塑料不同規格相混、流動性不同,塑化程度不一

各種塑料應按種類、顏色分別存放

制品黏模

1.模穴表面不夠平滑

2,模具斜度不夠

3.模具表面括傷或刻痕

1,提高模具平滑性最好鍍鉻

2.模具設計應充份考慮脫模斜度

3.正確控制工法條件,修理模具

制品變色

1.溫度過高,染料分解

2.材料在料筒內停留時間過長,受熱分解

3.潤滑劑噴塗過多

1.選擇耐高溫染料

2.減少料筒停留時間

3.減少潤滑劑用量

制品凹痕

1.澆口及流道太小

2.制品太厚或厚薄懸殊

3.料溫太高,冷卻時收縮大

4.注射及保壓時間太短

1.正確設計澆口及流道尺寸

2.模具設計儘量使制品厚薄均勻

3.降低料筒溫度,增大注射壓力

4.適當調整保壓時間

制品溢邊

1.注射壓力太大

2.模具的接觸面不平

3.料溫過高

4.模具磨損或變形

5.兩半模之間落入異物

1.降低注射壓力

2.應修理磨平,使鎖模密合

3.降低料溫

4.模具應及時修理

5.清除異物

制品有氣泡

1.排氣不夠

2.充模太快

3.料溫太高

4.樹脂在料筒內停留時間過長

5.樹脂乾燥不夠

1.加強排氣

2.降低注射溫度

3.降低料筒溫度

4.縮短停料時間

5.充分乾燥粒料

制品產生縮孔

1.保壓時間不足和保壓壓力太小

2.制品壁太厚

3.流道和澆口尺寸太小

4.料溫過高

1.增加保壓時間,提高保壓壓力

2.在保證強度的情況下儘量降低壁厚

3.加大流道和澆口尺寸,縮短澆口長度

4.降低料溫過高

制品色深吹脆性強度下降

1.加工溫度太高

2.注射壓力太大

3.樹脂未經充份乾燥

 

1.降低加工溫度

2.調整注射壓力

3.應充份乾燥

 

注射時噴嘴漏料

1.射座未頂足

2.噴嘴和模具澆口不完全吻合

1.射座要頂足

2.檢查噴嘴和模具澆口曲徑半徑

制品併紋線明顯,表面有螺紋

1.塑化溫度低,注射壓力不夠高

2.模溫低,澆口小

1.提高料筒溫度

2.提高模具溫度

3.加大澆口和注射壓力

料充不滿模腔

1.料筒溫度太低,流道冷卻太快,模具溫度太低

2.零件厚薄相差太大

3.各個空洞的充填不一致

4.供料不足

1.增加料筒及模具溫度,注流道擴大

2.改善厚薄使其均勻

3.變更注流道位置,改善充填一致性

4.增加粒料供應

邊緣部份呈圓弧狀

1.樹脂溫度太低

2.注射速度太慢

1.提高數脂溫度,特別提高噴嘴溫度

2.提高注射壓力

UL防火試驗之方法、規格、及定義

1.塑膠樣品大小:長6英吋×寬1/2英吋×厚1/4英吋(1/8,1/16,1/32英吋不等)

2.火燄大小:用本生燈為之,其火燄高為3/4英吋,且為藍色火燄

3.火燄與樣品距離:樣品距離燈口3/8英吋(即在火燄中央)

4.試驗方法:用上述本生燈燃燒,垂直擺放之樣品10秒鐘,如果樣品不燃燒或停止燃燒時,須離開火燄30秒後,再燒10秒鐘,此試驗每組需燃燒五個,取平均值

5.防火等級

94 V-0

火燄離開樣品後,每個樣品燃燒時間不超過10(五個樣品之平均值不超過5)樣品不燒成粘結狀,沒有滴下物,且第二次用火燄再燒10秒鐘,離開此樣品在30秒之後,不能發紅

94 V-1

火燄離開樣品後,每個樣品燃燒時間不超過30(五個樣品之平均值不超過25)樣品不燒成粘結狀,沒有滴下物,且第二次用火燄再燒10秒鐘,離開後此樣品在60秒之後,不能發紅

94 V-2

與上述94 V-1之燃燒時間相同,但會有滴下物,且滴下物會使棉絮燃燒,又樣品橫擺用1英吋火燄燃燒時的長度不得超過4英吋

94 HB

此為將樣品橫擺,用一英吋長的火燄頂端燃燒樣品,頂端燒30秒,火燄離開後,樣品燃燒的長度超過一英吋時即為94HB

晉倫公司未來發展方向為推展高性能塑膠材料或特殊等級之塑膠材料,並提升攙合、混煉及合膠之相關技術;開發高附加價值之產品,加強產品設計能力,建立完善作業管理與品質管理制度,以提生產品品質;與國外先進廠商技術合作,引進技術開發新產品,以供應塑膠製品業生產高品質產品