塑胶材料简介
塑膠材料簡介
塑膠材料分為兩大類:
一.熱塑性塑膠材料(Thermoplastic resin):
熱塑性塑膠是指該類塑膠材料, 加熱至適當的溫度會降低黏度, 軟化, 成為融溶可塑
化狀態, 塑化完成經冷卻後, 可以依塑化形狀成為固定形狀. 其化學構造呈線狀(Linear)之高分子物質, 是一種可逆的高分子材料.
在日常生活的非塑膠類物品, 類似冰或蠟.
熱塑性塑膠材料又可分為 : 結晶性塑膠與非結晶性塑膠, 現在分別敘述如下 :
A. 結晶性(Crystallinity)塑膠 :
PA(Nylon), POM(Polyacetal, Duracon), PE, PP, PET, PBT
Nylon(PolyAmid,PA)
有Nylon-6, 6/6, 6/10, 11, 12等數種, 具有強韌, 耐磨性以及耐藥品性, 耐油性等特性,
但是尺寸安定性不佳為其缺點. Nylon具有吸水性, 在 65% RH之平衡水分為Nylon-6 :3.5%, Nylon-6/6 : 2.5%, Nylon-6/10 : 1.5%, Nylon-12 : 0.75% .吸水量多, 即提高耐衝擊性, 所以
水分可說是Nylon的一種可塑劑, 但吸水量增加則降低塑膠的剛性, 或發生尺寸之變化或
在成形品中容易產生氣泡, 如吸水性增加 1%, 則其尺寸增加率為 : Nylon-6 : 0.2%,
Nylon-6/6 : 0.25%.
Nylon 的耐磨性與潤滑性甚佳, 此為其最大特徵之一, 潤滑性依使用條件而異,但
僅次於Teflon.
Nylon屬結晶性高分子材料, 其軟化溫度高, 在無負荷狀態下, 耐熱溫度達120 C以
上, 在負荷狀態下,其耐熱溫度則會降低.其軟化溫度範圍小, 此與一般塑膠材料不同,
例如, Nylon-6/6 的融點為250 C, Nylon-6/10 為210 C, 在高溫有明確的溶點. 所以其成
形溫度必須高於其溶點, 在 230 - 290 C 之高溫下成形加工, 另外其溶解熱大, 需要用可
塑化能力較大的成形機.
Nylon在溶點以下沒有流動性, 所以在溶點溫度下急速的溶融, 其溶點黏度的變化
對溫度非常敏感, 又因為其分解溫度與溶點溫度非常接近, 如 Nylon-6在250 C 開始分解,
因此在成形時, 需要精確的控制成形溫度, 並需避免塑料在料管中長時間的滯留, 造成塑
料的分解.
聚縮醛 ( Polyacetal, POM)
俗稱塑膠鋼, 有兩種形態, 一為杜邦 (Du-Pont)公司生產的 Delrin,為一種甲醛的單聚合體. 另一種就是甲醛與環氧乙烷類的共聚合體, 屬Duracon 之類.
POM 的磨擦特性在熱塑性塑膠中最為優秀, 其靜態磨擦係數與動態磨擦係數幾乎
相同, 耐熱性良好亦為其特徵之一, 可以在 104 C 的溫度下連續使用, 並在116 C的溫度下,能耐間歇性使用. 在 116 C 經 2,000 小時熱處理後, 其衝擊強度, 溶融指數並無變化, 但拉力強度增加;其熱安定性可由連續再生使用五次, 而塑料物性並無重大變化的事實得知.
利用POM 特優的強韌性, 耐疲勞性, 耐潛變性(Creep), 耐磨性等, 較金屬輕,容易成形,自潤滑性, 耐水性等特點, 取代多種金屬材料製品用途.
聚乙烯 (PolyEthylene, PE)
依據密度或是製造方法的不同, 可以分為高壓低密度PE(LDPE) 與低壓高密度PE 兩種, 除此之外, 尚有超高分子量PE等.
高壓低密度PE(LDPE)
LDPE 密度 0.92 - 0.94, 為乳白色不透明至半透明塑膠, 熱安定性, 耐水性,電絕緣性等良好, 無毒, 能耐低溫(-76 C); 耐紫外線特性差, 在常溫下不溶解於任何溶劑. 是典型的無極性高分子, 所以在其表面印刷或接著有困難, 需作表面處理, 如以氧化劑處理表面, 或接觸
短時火焰, 照射高能量電子線, 改變表面分子構造,即可改善其接著性,增加與印刷油墨的親和力. 目前Corona放電處理最普遍簡便.其主要用途係作為塑膠袋材料, 約佔產量的70%以上.
低壓高密度PE(HDPE)
HDPE密度為0.95 - 0.965, 硬度與強度較LDPE 高, 耐熱性也較LDPE高,其餘耐藥品性,耐溶劑性, 電絕緣性等與LDPE相近.
比重介於 0.92 - 0.94 者稱為中密度PE.
超高分子量PE
超高分子量PE,分子量200萬以上, 雖經加熱軟化亦不流動, 所以無法以一般成形法加工.超高分子量PE, 分子量 100萬以上的耐衝擊性特佳, 耐磨性特優,
在高溫(100 C)下長期負載不發生潛變(Creep)現象.一般都是利用壓縮成形加工.
聚丙烯 (PolyPropylene, PP)
PP 比重 0.90 - 0.92 在常用塑膠中最輕, 其熱膨脹係數, 冷卻時的收縮率較HDPE低,與PE一樣,在常溫下不溶解於任何溶劑,在 79 C 以上可溶解於芳香族碳化氫. 透明性與耐熱
性較PE為佳,可取代PE製品,例如可耐殺菌的餐具,食品包裝用品等.
PP的機械特性中,耐彎曲疲勞強度為所有塑膠材料中最為卓越,因此常被用來作為容
器的一體成形絞鏈(Hinge).
除此之外, PP 製品的應用範圍大致與PE類似.
熱塑性聚酯 (PolyEthylene Terephthalate, PET)
(PolyButylene Terephthalate, PBT)
熱塑性聚酯的單體成形品物性較差, 如添加玻璃纖維, 即可大幅改善其機械強度, 使得應用範圍更為廣泛. 熱塑性聚酯因含極性分子, 容易結晶, 屬結晶性高分子, 所以耐熱性高,容易與玻璃纖維相結合, 可做為高強度的成形材料. 添加玻璃纖維的熱塑性聚酯, 可提高耐熱性及軟化溫度, 熱變形溫度則可達240 C, 比 PPO 更高.
熱塑性聚酯的電氣絕緣性特別優秀, 耐有機藥品, 但對強酸, 氧化性酸,鹼的抵抗性較差,吸水率約為 0/.13%. 可利用其卓越的電氣特性, 耐熱性, 機械強度, 製作各種電氣零件,開闢,線圈軸, Relay, connecter 等用品.
PBT 的機械強度較 PET 優良.
B. 非結晶性(Amorphous)塑膠 :
ABS, AS, PS, PC, Acrylic, Noryl(modified PPO), PVC,
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PS 的最大缺點是缺乏耐衝擊性, 如與合成橡膠混合或是作接枝聚合, 可得耐衝擊性PS,但是卻會影響其耐熱強度; 與AN合成橡膠共聚合,即可改善其耐油性得耐熱性共聚合體,
但耐衝擊性不佳. 丙烯睛,丁二烯,苯乙烯的共聚合體即可解決這些缺點, 這三種成份的共聚合體稱為 ABS. 其中, Acrylonitrile (丙烯睛)提供抗化學性, 熱穩定性和時效穩定性. 產品的
韌性, 耐衝擊性以及在低溫時材料特性的維持則由 Butadiene (丁二烯)所提供. Styrene
( 苯乙烯) 提供了剛性, 表面光度與加工性. 其產品的特性將取決於三種成份的比例和內部
結構.
ABS的特性是在低溫環境下, 不但可保持PS原來強度, 又可具有卓越的耐衝擊強度, 而且其熱變形溫度也較PS高. 其特性為兼具苯乙烯的光澤度, 優秀電氣特性, 與成形性; 丙烯睛的耐熱性, 耐油性,耐候性, 以及丁二烯的耐衝擊性等,ABS 的特點就是在各方面性質平衡發展, 所以增加其用途. 另外電鍍性佳, 為其它塑膠所不能及.
AS (Acrylonitrile Styrene)
AS 為苯乙烯與丙烯睛的共聚合體, 它不但保有苯乙烯的透明性, 而且顯著的改善機械
性質, 耐熱性, 耐候性, 耐油性與耐藥品性. 但稍微降低流動性, 影響成形性. 丙烯睛含量約
為20 - 30%, 吸濕性, 成形前需作好乾燥處理.
聚苯乙烯 (PolyStyrene, PS)
1. 通用級聚苯乙烯 (General Purpose PolyStyrene, GPPS)
GPPS 為一般通用級PS, 為苯乙烯的單獨聚合體, 由於硬度高,俗稱"硬膠", 透明性良好,加工性佳, 比重與 1 接近, 一般成形機的公稱規格, 都是以"PS"作為標準; 有優良的電氣特性,尤其是高周波特性僅次於"Teflon", 對放射線的抵抗性, 則是所有塑膠中最優秀的.可溶解於一般溶劑, 如芳香族碳化氫等, 耐酸鹼, 醇類性優.
加溫時, 熱安定性與流動性佳, 所以成形加工性特優, 不過其軟化溫度低,質硬, 脆弱等
為其缺點.
2. 耐衝擊級聚苯乙烯 (High Impact PolyStyrene, HIPS)
為改良 GPPS 的硬脆性, 增添橡膠等材料提高 GPPS 的耐衝擊性, 使用橡膠為SBR之類,此材料與GPPS 相容性良好, 或以丁二烯作共聚體來達到改善物性的目的. HIPS的耐衝擊強度, 隨橡膠含量的增加而增加, 但其他特性如引張強度耐熱性, 耐光性, 成形性, 表面光澤度等,則隨著橡膠的含量增加而降低. 另外,GPPS 原有的透明度也會因添加橡膠而降低,成為
乳白色的半透明體.
HIPS 的低溫耐衝擊性, 耐高溫潛變性, 都較 GPPS 為佳, 因此可作為一般外殼的成型品.
聚碳酸酯 (PolyCarbonate, PC)
比重1.2, 無色透明, 自滅火性, 機械強度與耐熱性佳. 熱變形溫度高,並且較不受載重變化而影響, 如在 18.5kg / cm2 或 4.6kg / cm2 的載重下, 熱變形溫度為132 - 140 C. 在高溫下 (135 C)的機械強度降低遠較一般熱塑性塑膠為小, 其低溫特性也是相當優秀,脆化溫度達
-100 C 至 -140 C. 在常溫時的耐衝擊強度為非填充類塑膠中最高者.
PC 的溶點為 220 - 230 C, 成形溫度 320 C 以下, 長時間高溫滯留, 會使得透明PC帶色,並引起塑料的熱劣化. PC吸水性較高, 所以成形時, 若是乾燥不充足,將導致 PC 分解, 影響成品強度與外觀, 原則上, 含水率以0.015%以下為宜.
PC的粘度較高, 流動性不佳, 成形時應在較高的模具溫度,射出壓力的條件下成形, 另外熱滯留時間不可過長, 以免導致熱分解.
聚甲基丙烯酸甲酯 (PolyMethylMethAcrylate, PMMA)
PMMA 俗稱壓克力 (Acrylic), 是塑膠材料中透明度最佳者, 其光線透穿率約為 93%, 重量僅為無機玻璃的一半, 亦稱有機玻璃, 耐衝擊值是玻璃的 1.5 倍,耐候性是所有塑膠最佳者, 在紫外線長時間暴露, 強度變化不大. 壓克力的機械加工性良好, 耐藥品性, 電絕緣性都相當良好, 容易染色, 粘度高, 成形性不佳, 適用於光學用品.
PPO (PolyPhenylene Oxide) (Noryl)
1. PPO
PPO 為淡褐色或乳白色, 比重 1.06, 最大特點是耐熱溫度高, 機械強度大,
電氣特性優秀, 在高溫下尚能保持良好的強度, 耐潛變性佳, 載重情況下亦不容
易變形, 如在 18.6kg/cm2 載重時, 其熱變形溫度依然高打達 190 C, 脆化溫度為
-170 C, 擁有自滅火性, 吸水性低, 為 0.06%.
成形溫度高, 在 300 - 340 C 之間, 成形收縮率為 0.7%. 利用其優越的電氣絕
緣性, 卓越的機械特性, 可作為電子零件, 高周波絕緣零件, 以及在醫療器具方
面作為不鏽鋼替代品.
2.Noryl
PPO 雖然具有優越的特性, 但是成形溫度高, 並且不容易成形, Noryl 就是
為了改善 PPO 成形性而開發的. Noryl 的物性雖稍低於 PPO, 但是流動性, 成形
性, 與一般物性均良好, 並具有平衡的改質樹脂(PS 之共聚合體).
外觀, 比重, 電氣特性與PPO 相似, 抗拉強度, 彎曲強度, 伸長率等雖較PPO
低, 但是壓縮強度優秀, 衝擊強度則與PPO 相近.熱變形溫度較PPO低, 約130 C
吸水性與 PPO 相同, 成形溫度在 250 - 290 C 之間, 較 PPO 低.
聚氯乙烯 (PolyVinyl Chloride, PVC)
PVC 比重 1.4, 在塑膠材料中屬較重者, 耐水與耐酸鹼性良好, 電氣絕緣性
特佳, 性難燃, 不溶解於一般溶劑. 可溶於THF, MIBK 等溶劑. PVC 在 65 - 85 C
軟化, 120 - 150 C 呈現可塑性, 170 C開始溶解, 190 C以上會釋出鹽酸分解, 焦化,
所以成形溫度最好控制在 150 - 180 C 為宜.
PVC 塑料流動性不好, 所以作各種加工較困難, 軟質 PVC 成形時需加可塑
劑, 以改善其成形性. 硬質 PVC 成形時則未必加可塑劑. 但為防止 PVC 在成形
加工時, 發生分解, 必須添加安定劑, 食品醫藥用PVC 製品, 需使用無毒性(美國
FDA,日本 PL 認定) 安定劑為宜.
PVC 可製成硬度不同的製品, 此點與大部分的塑膠不同. PVC 在超過分解
溫度或燃燒時會析出鹽酸, 有害人體, 另外含有大量游離氯乙烯, 也會對人體的
肝臟造成傷害.
二.熱固性塑膠材料(Thermosetting resin):
熱固性塑膠的特性, 則截然不同, 熱固性塑膠經加溫則軟化, 流動或在常溫具有流動性的低分子量物質,呈線狀化學構造, 如與硬化觸媒反應或經加熱,
則發生架橋反應, 變成三次元構造的高分子, 此時則已不溶解於溶劑或再加熱
也不軟化, 如加高溫度, 會產生分解現象.經硬化之樹脂, 一般呈網狀構造.
在日常生活的非塑膠類物品, 類似蛋或麵包.
燃燒試驗法
濕度 - 50 ± 5 %
時間 - 48 hrs
70 ℃空氣循環式烘箱 7 hrs.