塑膠原料有哪些種類: |
一般而言,塑膠原料可大分為兩大類:「熱塑性塑膠」(Thermoplastic)及「熱固性塑膠」(Thermosetting)。熱塑性塑膠在常溫下通常為顆粒狀,加熱到一定溫度後變成熔融的狀態,將其冷卻後則固化成型,若再次加熱則又會變成熔融的狀態,而可進行再次的塑化成型。因此,熱塑性塑膠可經由加熱熔融而反覆固化成型,所以熱塑性塑膠的廢料通常可回收再利用,亦即有所謂的「二次料」。相反的,熱固性塑膠則是加熱到一定溫度後變成固化狀態,即使繼續加熱也無法改變其狀態。因此,熱固性塑膠無法經由再加熱來反覆成型,所以熱固性塑膠的廢料通常是不可回收再利用的。其分類方式如下圖所示。
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塑膠原料之特性:
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以下列出數種常用塑膠原料之特性以供參考。
塑膠的燃燒試驗
塑料
名稱 |
燃燒
難易 |
火焰拿掉是否繼續燃燒 |
火焰顏色 |
燃燒後
的狀態 |
氣味 |
成型品的特徵 |
PF |
慢慢燃燒 |
熄滅 |
黃色 |
膨脹罅裂
顏色變深 |
碳酸臭味、酚味 |
黑色或褐色 |
UF |
難 |
熄滅 |
黃色尾端青綠 |
膨脹罅
裂白化 |
尿素味、甲醛味 |
無色或淡黃色透明體 |
MF |
難 |
熄滅 |
淡黃色 |
膨脹罅
裂白化 |
尿素味、胺味、甲醛味 |
表面很硬,顏色美麗透明 |
UP |
易 |
不熄滅 |
黃色黑煙 |
微膨脹罅裂 |
苯乙烯氣味 |
成品大多以玻璃纖維補強 |
PMMA |
易 |
不熄滅 |
黃色尾端青綠 |
軟化 |
壓克力氣味 |
和玻璃一樣聲音,可彎
曲,大多為透明成型品 |
PS |
易 |
不熄滅 |
橙黃色黑煙 |
軟化 |
苯乙烯 |
敲擊時有金屬聲音,
大多為透明成型品 |
PA |
慢慢燃燒 |
熄滅 |
先端黃色 |
熔融落下 |
特殊味 |
有彈性、不透明、耐磨 |
PVC |
難 |
熄滅 |
黃色下端綠 |
軟化 |
氯氣味 |
軟質者類似橡膠,可調整
各種硬度,透明或不透明。 |
PP |
易 |
不熄滅 |
黃色藍色火焰 |
迅速完
全燃燒 |
柴油味 |
乳白色,透明或不透明,
表面光澤良好 |
PE |
易 |
不熄滅 |
尖端黃色
下端青色 |
熔融落下 |
石油臭味、石蠟氣味 |
淡乳白色,大多為半透明
或不透明之蠟狀固體。 |
ABS |
易 |
不熄滅 |
黃色黑煙 |
熔融落下 |
橡膠味、辣味 |
不透明稍具蠟質 |
PSF |
易 |
熄滅 |
略白色火焰 |
微膨脹罅裂 |
硫磺味 |
硬且聲脆 |
PC |
稍難 |
熄滅 |
黃色黑煙 |
軟化 |
特殊味 |
淡黃色、透明或不透明、耐衝擊 |
POM |
易 |
不熄滅 |
尖端黃色
下端青色 |
邊滴邊燃 |
福馬林氣味 |
乳白色不透明、強韌 |
CN |
極易 |
不熄滅 |
黃色 |
迅速完全燃燒 |
特殊味 |
透明或不透明 |
CA |
易 |
不熄滅 |
暗黃色黑煙 |
邊滴邊燃 |
特殊味 |
透明或不透明 |
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何謂「工程塑膠」?有何特性? |
工程塑膠就是被用做工業零件或外殼材料的工業用塑膠,其強度、耐衝擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑膠。日本業界的定義為「可以做為構造用及機械零件用之高性能塑膠,耐熱性在100℃以上,主要運用在工業上」。其性能包括:
-
熱性質:玻璃轉移溫度(Tg)及熔點(Tm)高、熱變形溫度(HDT)高、長期使用溫度高(UL-746B)、使用溫度範圍大、熱膨脹係數小。
-
機械性質:高強度、高機械模數、潛變性低、耐磨損、耐疲勞性。
-
其他:耐化學藥品性、優良的抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。
被當做通用性塑膠者包括聚碳酸酯(Polycarbonate,
PC)、聚醯胺(尼龍, Polyamide, PA)、聚縮醛(Polyacetal,
Polyoxy Methylene, POM)、變性聚苯醚(Poly
Phenylene Oxide, 變性PPE)、聚酯(PETP,PBTP)、聚苯硫醚(Polyphenylene
Sulfide,
PPS)、聚芳基酯,而熱硬化性塑膠則有不飽和聚酯、酚塑膠、環氧塑膠等。拉伸強度均超過50MPa,抗拉強度在500kg/cm2以上,耐衝擊性超過50J/m,彎曲彈性率在24000kg/cm2,負載撓曲溫度超過100℃,其硬度、老化性優。聚丙烯若改善硬度及耐寒性,則亦可列入工程塑膠的範圍。此外,較特殊者為強度弱、耐熱、耐藥品性優的氟素塑膠,耐熱性優的矽溶融化合物、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑膠、變性蜜胺塑膠、BT
Resin、PEEK、PEI、液晶塑膠等。因為化學構造不同,故耐藥品性、摩擦特性、電機特性等也有若干差異。且因成形性的不同,故有適用於任何成形方式者,亦有只能以某種成形方式加工者,造成應用上的受限。熱硬化型的工程塑膠,其耐衝擊性較差,因此大多添加玻璃纖維。工程塑膠除了聚碳酸酯等耐衝擊性大者外,通常具有延伸率小、硬、脆的性質,但若添加20~30%的玻璃纖維,則可有所改善。
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何謂塑膠的「結晶性」? |
塑膠之構造是由許多線狀、細長之高分子化合物組成的集合體,依分子成正規排列的程度,稱為結晶化程度(結晶度),而結晶化程度可用x線的反射來量測。有機化合物的構造複雜,塑膠構造更複雜,且分子鏈的構造(線狀、毛球狀、折疊狀、螺旋狀等)多變化,致其構造亦因成形條件不同而有很大的變化。結晶度大的塑膠為結晶性塑膠,分子間的引力易相互作用,而成為強韌的塑膠。為了要結晶化及規則的正確排列,故體積變小,成形收縮率及熱膨脹率變大。因此,若結晶性越高,則透明性越差,但強度越大。
結晶性塑膠有明顯熔點(Tm),固體時分子呈規則排列,強度較強,拉力也較強。熔解時比容積變化大,固化後較易收縮,內應力不易釋放出來,成品不透明,成形中散熱慢,冷模生產之日後收縮較大,熱模生產之日後收縮較小。相對於結晶性塑膠,另有一種為非結晶性塑膠,其無明顯熔點,固體時分子呈不規則排列,熔解時比容積變化不大,固化後不易收縮,成品透明性佳,料溫越高色澤越黃,成形中散熱快,以下針對兩者物性進行比較。
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物性 |
結晶性 |
非結晶性 |
比重 |
較高 |
較低 |
拉伸強度 |
較高 |
較低 |
拉伸模數 |
較高 |
較低 |
延展性或伸長率 |
較低 |
較高 |
耐衝擊性 |
較低 |
較高 |
最高使用溫度 |
較高 |
較低 |
收縮率及翹曲 |
較高 |
較低 |
流動性(MI) |
較高 |
較低 |
耐化學性 |
較高 |
較低 |
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物性 |
結晶性 |
非結晶性 |
耐磨耗性 |
較高 |
較低 |
抗潛變性(Creep) |
較高 |
較低 |
硬度 |
較高 |
較低 |
透明性 |
較低 |
較高 |
加玻纖補強效果 |
較高 |
較低 |
尺寸安定性 |
較差 |
較佳 |
著色性 |
較難 |
較易 |
耐熱性 |
較高 |
較低 |
摺動性 |
較佳 |
較差 |
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熱塑性塑膠可依結晶性與非結晶性來區分,以下列舉數例:
名稱 |
結晶性塑膠 |
非結晶性塑膠 |
泛用塑膠 |
聚乙烯(Polyethylene, PE)
聚丙烯(Polypropylene, PP) |
聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,
PVC)
丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚合物 (Acrylonitrile-Butadene-Styrene,
ABS)
壓克力(Acrylic Resin, PMMA)
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泛用工程塑膠 |
尼龍(Polyamide,
PA-6, PA-66, PA-46, PA-11,
PA-12)
聚對苯二甲酸乙酯(Polyethylenephthalate,
PET)
聚對苯二甲酸丁酯(Polybutylenephthalate,
PBT)
聚縮醛(Polyacetal, Polyoxy
Methylene, POM) |
聚碳酸酯(Polycarbonate, PC) |
特殊工程塑膠 |
聚苯硫醚(Polyphenylene
Sulfide, PPS)
液晶(Liquid Crystal Polymer,
LCP)
聚二醚酮(Polyether Ether Ketone,
PEEK)
氟碳樹脂(Polytetrafluorcethylene,
PTFE)
聚氧苯甲酯(Polyoxybenzylene, POB)
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聚醚(Polyphenylene
Sulfide, PES)
聚諷(Polysulfone, PSF)
聚芳香酯(Polyarylate, U-Polymer,
PAR)
聚醚醯亞胺(Polyetherimide, PEI)
聚醯胺醯亞胺(Polyamideimide, PAI) |
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何謂塑料的「MI」值? |
MI的全名為「熔液流動指數」(Melt Flow
Index),簡稱「熔融指數」(Melt
Index),是一種表示塑膠材料加工時流動性的數值。它是美國量測標準協會(ASTM)根據美國杜邦公司(Du
Pont)慣用的鑑定塑膠特性之方法制定而成,其測試方法是使塑膠粒在一定時間(10分鐘)內,一定溫度及壓力(各種材料標準不同)下,融化之塑膠流體,通過一直徑2.1mm圓管所流出之克數。其值越大,表示此塑膠材料之加工流動性越佳,反之則越差。最常使用之測試標準為ASTM
D 1238,該測試標準的量測儀器-熔液指數計(Melt
Indexer)的結構如下:將待測高分子(塑膠)原料置入小槽中,槽末接有細管,細管直徑為2.095mm,管長度為8mm。加溫至某溫度後,原料上端藉由活塞施加某一定重量向下壓擠,量測該原料在10分鐘內所被擠出的重量,即為該塑膠的流動指數。所以有時您會看到如下的表示法25g
/
10min,清楚的表示其MI為25,且是在10分鐘內擠出25g之意。一般常用的塑膠其MI值大約介於1~25之間,MI愈大,代表該塑膠原料黏度愈小及分子重量愈小。而MI愈小,代表該塑膠黏度愈大及分子重量愈大。
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何謂塑料的「Tg」? |
「玻璃轉移溫度」(Glass transition temperature,Tg
),為轉移溫度(Transition temperature)的一種,當聚合物在Tg時,會由較高溫所呈現的橡膠態,轉至低溫所呈現出似玻璃又硬且易脆的性質。結晶性塑料有明顯的Tg及潛熱值,聚合物會呈現塑膠態或橡膠狀態全視Tg與當時使用時的溫度而定,故Tg為聚合物在使用上的重要指標。以下列舉數種塑料之Tg值。 |
塑料名稱 |
Tg (℃) |
塑料名稱 |
Tg (℃) |
PVC (rigid) |
80~212 |
聚碳酸酯(Polycarbonate, PC) |
39~150 |
HDPE |
-120 |
PET |
79 |
LDPE |
-120 |
PBT |
20 |
Polypropylene, PP |
-10~-18 |
PI |
410 |
聚苯乙烯(Polystyrene, PS) |
63~112 |
PPS |
85 |
PMMA |
100~120 |
PSF |
190 |
ABS |
88~105 |
PESF |
230 |
PA |
57 |
PEEK |
143 |
聚縮醛(POLYACETAL,
POM) |
-50~-85 |
U Polymer |
190 |
PEI |
217~220 |
PAI |
280 |
Nylon 6 |
50~59 |
Nylon 6, 6 |
49~261 |
Nylon 46 |
78 |
聚乙烯(Polyethylene, PE) |
-120~-125 |
Poly (vinyl
chloride) |
60~76 |
Polysulfone |
146~273 |
聚丙烯(Polypropylene, PP) |
-10~-18 |
ASA |
104 |
HIPS |
100 |
PES |
230 |
SAN |
100 |
PU |
120 |
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何謂塑料的「Tm」?
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「熔點」(Melting point,Tm),又稱可加工溫度,為轉移溫度(Transition
temperature)的一種。以下列舉數種塑料之Tm值。
塑料名稱 |
Tm (℃) |
塑料名稱 |
Tm (℃) |
HDPE |
130~135 |
PET |
250~265 |
LDPE |
107~120 |
PBT |
225~230 |
Polypropylene, PP |
165~176 |
POB |
450 |
PA |
220 |
PEEK |
334 |
聚縮醛(POLYACETAL,
POM) |
175~181 |
PPS |
285~290 |
PTFE |
327 |
Nylon 6 |
215~225 |
Nylon 46 |
295 |
Nylon 11 |
184~187 |
聚碳酸酯(Polycarbonate, PC) |
220 |
Nylon 12 |
177~178 |
PMMA |
160 |
Nylon 6, 6 |
225~265 |
PVC (rigid) |
212 |
Nylon 6, 10 |
213 |
ACETAL |
160 |
聚乙烯(Polyethylene, PE) |
115~176 |
Nylon 6, 12 |
210~220 |
聚丙烯(Polypropylene, PP) |
176 |
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何謂塑料的「HDT」? |
「熱變形溫度」(Heat deflection temperature, HDT)顯示塑膠材料在高溫且受壓力下,能否保持不變的外形,一般以熱變形溫度來表示塑膠的短期耐熱性。若考慮安全係數,短期使用之最高溫度應保持低於熱變形溫度10℃左右,以確保不致因溫度而使材料變形。最常用的熱變形測定法為ASTM
D648試驗法(在一標準試片的中心,例如:127×13×3mm,置放455kPa或1820kPa負載、以2℃/min條件升溫直到變形量為0.25mm時的溫度。)對非結晶塑料,HDT比Tg小10~20℃;對結晶塑料,HDT則接近於Tm。通常加入纖維補強後,塑料的HDT會上升,因為纖維補強可以大幅提升塑料的機械強度,以致在升溫的耐撓曲測試時,會呈現HDT急劇升高的現象。以下列舉幾項常用塑膠原料之收縮率比較。
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塑料名稱 |
HDT1820kPa(℃) |
塑料名稱 |
HDT1820kPa(℃) |
結晶性 |
非結晶性 |
聚乙烯(Polyethylene, PE) |
29~126 |
硬質PVC |
54~79 |
聚丙烯(Polypropylene, PP) |
40~152 |
聚苯乙烯(Polystyrene, PS) |
63~112 |
PBT |
60~65 |
ABS |
66~107 |
PET |
80~100 |
壓克力(Acrylic
Resin, PMMA) |
68~99 |
尼龍6PA-6 |
63~80 |
PPO |
100~128 |
Homopolymer
POM |
125~136 |
聚碳酸酯(Polycarbonate, PC) |
39~148 |
Copolymer POM |
110 |
H-PVC |
54~74 |
PI |
315~360 |
PSF |
175 |
HDPE |
43~49 |
PAR |
175 |
MDPE |
32~41 |
PES |
205 |
尼龍6, 6PA-6, 6 |
62~261 |
GPPS |
96 |
HDPE |
43 |
HIPS |
96 |
LDPE |
32 |
PS+20~30%GF |
103 |
尼龍6-10PA-6-10 |
57 |
AS |
88~104 |
尼龍6-12PA-6-12 |
60 |
Poly (vinyl
chloride) |
60~76 |
尼龍11PA-11 |
55 |
Polysulfone |
146~273 |
尼龍12PA-12 |
55 |
|
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何謂塑料的「收縮率」?常用塑膠的收縮率為何?
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收縮率係指塑膠製品冷卻固化經脫模成形後,其尺寸與原模具尺寸間之誤差百分比,可依ASTM
D955方法測得。在塑膠模具設計時,須先考慮收縮率,以免造成成品尺寸的誤差,導致成品不良。以下列舉幾項常用塑膠原料之收縮率比較。
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塑料名稱 |
成形收縮率(%) |
塑料名稱 |
成形收縮率(%) |
ABS |
0.3~0.8 |
PBT |
1.3~2.4 |
AS |
0.2~0.7 |
PC |
0.4~0.7 |
CA |
0.3~0.8 |
PCTFE |
0.2~2.5 |
CAB |
0.4~0.5 |
PE |
0.5~2.5 |
CAP |
1 |
PET |
2.0~2.5 |
CP |
0.4~0.5 |
PES |
0.5~1.0 |
EC |
0.4~0.5 |
PMMA |
0.2~0.8 |
EPS |
0.4 |
POM |
0.8~3.5 |
FEP |
3.0~4.0 |
PP |
1.0~2.5 |
FRP |
0.1~0.4 |
PPO |
0.5~0.7 |
EVA |
0.5~1.5 |
PPS |
0.6~1.4 |
HDPE |
1.2~2.2 |
PS |
0.2~1.0 |
HIPS |
0.2~1.0 |
PVA |
0.5~1.5 |
LCP |
0.1~1.0 |
PVAC |
0.5~1.5 |
LDPE |
1.5~3.0 |
PVB |
0.5~1.5 |
PA |
0.6~2.5 |
硬質PVC |
0.1~0.5 |
PA-6 |
0.5~2.2 |
軟質PVC |
1.0~5.0 |
PA-66 |
0.5~2.5 |
PVCA |
1.0~5.0 |
PA-610 |
1.2 |
PVDC |
0.5~2.5 |
PA-612 |
1.1 |
PVFM |
0.5~1.5 |
PA-11 |
1.2 |
SAN |
0.2~0.6 |
PA-12 |
0.3~1.5 |
SB |
0.2~1.0 |
PAR |
0.8~1.0 |
|
|
熱固性塑膠
塑料名稱 |
成形收縮率(%) |
塑料名稱 |
成形收縮率(%) |
EP |
0.1~0.5 |
SP |
0.0~0.5 |
MF |
0.5~1.5 |
UF |
0.6~1.4 |
PDAP |
0.1~0.5 |
UP |
0.1~1.2 |
PF |
0.4~0.9 |
DAP |
0.1~0.5 |
PU |
0.6~0.8 |
BMC |
0.0~0.2 |
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各種常用塑膠的應用產業及產品 |
下表列出數種常用塑膠原料的應用範圍:
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各種常用塑膠原料的成型條件 |
下表列出數種塑膠原料的成型條件:
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TOP
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