聚丙烯总论与概念说明.doc

一、 材料、塑膠與聚丙烯二、 塑膠與溫度的互動三、 聚丙烯的特性與結構四、 聚丙烯分類五、 聚丙烯加工六、 聚丙烯應用七、 折撓設計要點一、材料、塑膠與聚丙烯1. 材料金屬、陶瓷、玻璃、塑膠、橡膠、混凝土以及木材等都是材料的一種，都已融入我們的生活當中，我們用材料製作成各種器具使用。選擇材料除了品質要求適當外，成本效益也成為考量之一。2. 塑膠一般所謂之塑膠大多數為聚合而成的高分子化合物，利用單體原料以合成或縮合聚合反應而成的材料，圖1.1為塑膠產生之過程。圖 1.1 塑膠產生過程塑膠可區分為熱固性與熱可塑性二類，前者無法重新塑造使用，後者可一再重複生產。塑膠與其他材料比較有如下的特性：1 耐化學侵蝕2 具光澤，部份透明或半透明3 大部份為良好絕緣體4 重量輕且堅固5 加工容易可大量生產，價格便宜6 用途廣泛、效用多、容易著色、部份耐高溫塑膠也區分為泛用性塑膠及工程塑膠，主要是用途的廣泛性來界定，如PE、PP價格便宜，可用在多種不同型態的機器上生產。工程塑膠則價格較昂貴，但原料穩性及物理物性均好很多，一般而言，其同時具有剛性與韌性兩種特性。表1.1為塑膠原料對照表，1至8項為泛用性塑膠，第9、10項介於二者之間。一般稱PP、HDPE、LDPE、PVC及PS為五大泛用塑膠。表 1.1 塑膠原料對照表 學名 英文簡稱中文學名俗稱PolypropylenePP聚丙烯 High Density Polyethylene HDPE高密度聚乙烯硬性軟膠Low Density Polyethylene LDPE低密度聚乙烯Linear Low Density PolyethyleneLLDPE線性低密度聚乙烯Polyvinyl Chloride PVC 聚氯乙烯General Purpose Polystyrene GPPS 一般級聚苯乙烯 硬膠Expansible Polystyrene EPS發泡性聚苯乙烯 發泡膠High Impact PolystyreneHIPS耐沖擊性聚苯乙烯 耐沖擊硬膠Styrene-Acrylonitrile Copolymers AS,SAN苯乙烯丙烯青共聚物 透明大力膠Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymers ABS丙烯青丁二烯苯乙烯共聚合物超不碎膠Polymethyl Methacrylate PMMA 聚甲基丙烯酸酯 壓克力Ethylene-Vinyl AcetateCopolymers EVA乙烯醋酸乙烯之共聚合物 橡皮膠Polyethylene Terephthalate PET聚對苯二甲酸乙酯 聚酯Polybutylene Terephthalate PBT聚對苯二甲酸丁酯Polyamide(Nylon 6.66) PA聚醯胺 尼龍Polycarbonates PC聚碳酸樹酯 防彈膠PolyacetalPOM聚縮醛樹酯賽鋼、奪鋼Polyphenyleneoxide PPO聚氧化二甲苯NorylPolyphenylenesulfide PPS聚苯硫醚Polyurethanes PU聚胺基甲酸乙酯3. 聚丙烯聚丙烯為丙烯聚合物，其化學分子結構如圖1.2所示，其特性如下所列：1 低比重，為主要塑膠中比重最輕的一種。2 良好的機器物性，特別是衝擊強度與剛性的比值。3 高耐溫效果。4 優秀的加工特性。5 廣泛性的複合材料用途。6 適當環保材料。7 其它：耐化學性、耐折繞、電器阻隔效果。 塑膠是高分子化合物，聚合度高低會影響塑膠的本質，表1.2所列為聚乙烯不同聚合度之狀態。圖 1.2 聚丙烯分子結構表 1.2 聚乙烯不同聚合度之狀態 名稱 化學式 聚合度(n) 分子量 融點(oC) 狀態乙烯 C2H4128 -169氣體丁烷 C4H10 2 58-135 氣體己烷 C6H143 86-94 液體二十烷 C20H4210 282 36.4 蠟狀四十烷 C40H82 20 56281 蠟狀 C400H802 200 5602 115 固體(聚乙烯) C1000H2002500 14002 120 固體(聚乙烯)二、塑膠與溫度變化的互動塑膠的特性與可塑造有密不可分關係，最大的關鍵點即在溫度的影響，每一種材料都有不同溫度差異，也都會影響到材料的特性，而塑膠裡頭不同的原料彼此的差異性也極大。就聚丙烯而言，因基材組合不同也會有溫度上的差異，相同的基材不同的分子量(反應至不同的熔融流度率)也需要不同的溫度去控制加工。就算是不同機器型態也會有不同的溫度要求。表2.1至表2.4所列為聚丙烯透明料(含透明劑)的加工條件或許就可說明一些差異觀點。簡而言之，加工是實務問題，相同型式機器可能也會需要不同溫度微調，畢竟機器表上的溫度並不意味著是原料本身的受熱溫度。原料本身受熱溫度除了來自加熱器的熱能外，也與受熱時間有關，更與螺桿壓縮比及轉速帶動所產生的摩擦熱有關。另外，聚丙烯受久熱會自行裂解成分子量較小(熔融流率較大)，所以特意或無意的造成原料迴流改善流動率也是方法之一。表 2.1 壓出成型加工條件加工條件熔融指數 2.0-3.5滾軸光澤度 接觸熔融薄板的兩個滾軸必須高度拋光熔融溫度一般級聚丙烯 235oC-245oC隨機共聚聚丙烯 225oC-235oC滾軸溫度控制一般聚丙烯表面溫度 110oC控制隨機共聚聚丙烯表面溫度 95oC邊角料再用不能使用含有其它成核劑的樹脂表 2.2 壓板再成型部份加工條件加工條件模具光澤度 一般光澤度 沖頭材料低導熱材料並且高度光滑 溫度控制 一般聚丙烯 154oC-158oC隨機共聚聚丙烯(3%乙烯) 138oC-141oC 模腔溫度熱模腔會造成熱收縮表 2.3 射出成型加工條速度 塑化 90 rpm 注射 快 時間注射 3-5 sec冷卻 5-10 sec 壓力初級 800-1200 kg/cm2次級 600-1000 kg/cm2 背壓 5-10 kg/cm2溫度後段 180-200oC 中段 190-210oC 前段 201-220oC噴嘴 190-220oC 模具 30-50oC表 2.4 射出加工聚丙烯用於高透明方面之需求塑膠的可塑性也引導出幾個溫度點，但這些溫度點都是概括的觀念，為了說明塑膠的特性會設計不同的檢測方法作成實驗數據，成為差異性比較，但數據畢竟是在方法的限制底下，並無法充分展現事實現象；這裡試圖描述原料在溫度影響下的改變。原料在低溫時分子不能隨意移動，我們稱為玻璃轉移點，溫度在此以下會呈現出類似玻璃般既硬又易碎的特性。溫度超出此點以上，分子移動範圍會隨著溫度的提高逐漸加大，一般稱此分子移動現象為微布朗運動。就物理而言，可移動就會較柔軟，受外力時作用力消除也較大，會較不易碎，這也是聚丙烯產品常受氣溫影響不同緯度地區會有不同品質要求。當溫度漸漸往上提昇時，分子移動的幅度較大，當受外力撞擊時錯位會不易恢復原來的形狀，所以有熱變形溫度與軟化點兩項測試方法。溫度再高時分子也會完全自由移動稱之融點，可以重新塑造形狀冷卻定型。但如溫度太高則會炭化燃燒，稱之燃點。這些祇是一些觀念溫度點而已。我們也會利用融點後冷卻定型或未定型逕以再改變形狀，如：壓板再成型做成免洗餐具，又如：抽絲後再伸延以加強抗張拉力；再如：生產薄膜再雙向延伸為收縮膜，當包裝東西後再加熱薄膜會想縮回原先定型狀態，這就有記憶合金的觀念。冷卻與否程度上的不同再定型對於成品物性是有影響，例如強制延伸破壞結晶會較強制力較少的延伸程度較小。總而言之，溫度對塑膠是會造成許多改變的。三、聚丙烯結構與物性圖 3.1 生產、結構與物性影響圖上圖 3.1 所示為聚丙烯結構與物性之關係，以下將對分子量、分子量分佈、立體結構、無規則性與型態其關係做一詳細說明。1. 分子量聚合物聚合時會因聚合度不同造成不同的分子量，但一般很難準確評估其分子量大小，較簡單的是以ASTM測試方法測定熔融流率(Melt Flow Rate，MFR，PE用Melt Index，MI)。若分子量較高則其分子鏈較長且黏度較高，透過測試其MFR較低。分子量高低最直接的影響是加工成型，尤其是與模具的配合收縮率上的問題，以及加工條件甚至生產週期。另外，分子量也影響了同基材的物理特性，分子量高MFR低成型不易，材質剛性則稍差但衝擊強度會好很多。2. 分子量分佈分子量是一個大數量下的平均值的概念，分子的分佈基本上是常態分配，正如自然界大部份集合內的分子分佈狀況，例如平均身高、平均年齡、等。分子量分佈寬窄會影響加工的穩定性，尤其是在雙向延伸膜及高速複絲纖維生產行業，會影響加工效率及品質。新一代的觸媒Metallocene下原料品質除了分子量分佈較窄，加工性會好很多。分子量分佈情形可參考圖3.2。圖 3.2 不同聚丙烯分子量分佈圖原料廠商會以PI值(Polydidpersity Index)及Xylene Soluble二種方式來比較分子量分佈的情形，但Xylene Soluble也是錯位結構PP的含量測試，一般而言含量越高越柔軟，衝擊強度也稍好較透明。PI值越高分子量分佈越寬，以抽絲而言，耐溫較差、生產效率較差、熔融強度較高、較差的熔融延伸、斷點抗張較差、斷點延伸率較好、成絲後紡紗時耐溫性較好效率較高。所以生產必須在加工及後加工中取得平衡。但BOPP分子量寬熔融強度高產出量較大。另外一現象是PI值越高剛性越好，熱變形溫度越高，比重越高，以高結晶PP而言，彎曲彈性可達24,000顯然較一般17,000挺性較好；比重0.91較所有PP都在0.9左右顯然較重。不過新觸媒的研發都有這種原料物性趨勢：比重漸趨增加、PI值提高、剛性增加、ylene Soluble值減少，但文具行業大概不易同意此改變觀點，他們的訴求剛好相反。另一方面複絲級規格常以斷鍵Visbroken方式去提高熔融流率，這方面的技術可能也會影響原料物性。3. 立體結構在聚乙烯的結構會有直鏈結構及支鏈結構，但聚丙烯在聚合時，因結構的排列關係會有三種立體結構，如圖3.3所示。圖 3.3a 同側結構圖 3.3b 異側結構圖 3.3c 錯位結構 承上頁圖中之3.3A與3.3B，兩種具規則性結晶化架構同側結構，是目前商業化PP的主成份錯位結構為聚合時副產品，分離出來後為蠟狀軟性物質，可做為熱熔膠材料或摻合其他材料的便宜偶合劑。PP之結晶度高低取決於聚合時分子間的立體規則性，規則性越高則結晶度越高，相對剛性與熱變形溫度會提高。而結晶度越大其光線折射率越大越不透明，加入適當增核劑(透明劑)可在成形冷卻時提早定型減少結晶化，結晶核較小折射率較小產品較透明。所以PP是結晶物無法像非結晶系塑膠或玻璃般透明，但可以原料減少結晶度及後加工強制延伸破壞結晶或提早定型，如：加工定型時急速冷卻或添加增核劑改善。單聚合物的立體規則性一般大於90%，若高於98%可將之歸類於高結晶PP。一般PP的結晶度介於40% 70%之間，而高結晶PP則可高於70%。高結晶PP比重約0.91，剛性可達24,000，熱變形溫度可提高至140。 市面上高結晶PP都是儘可能減少錯位結構比例再添加增核劑來達到物性目標要求，但結晶度不同的差異仍是會表現在物性上，因此需要仔細的評估。4. 無規則性PP立體結構的無規則性，會影響到結晶程度。PP共聚合物內乙烯與丙烯的排列與比例，也會影響共聚合物內不同單體的排列；可能性有下列三種：1隨機共聚合物(Random Copolymer)2塊狀共聚合物(Block Copolymer)3接枝共聚合物(Graft Copolymer)其中隨機共聚合物具不規則性較透明，另因熔點較低乙烯溫度較低且鍵接丙烯上適合熔接處理。5. 型態乙烯與丙烯共聚合物主要是改善PP單純的物性尤其是塊狀共聚合物改善了耐衝擊強度，但因為添加了乙烯相對就會柔軟與失去透明性，而此不透明性則是其規則性所導致。這種方式比隨機共聚合物可添加更多乙烯在PP裡頭，隨機共聚合物添加乙烯在3.5%以上往往要藉助丁二烯添加成為三共聚合物Terpolymer以降低各項測試溫度。但今天原料廠商已很少生產塊狀共聚合物而改生產耐衝擊共聚合物，主要是生產設備均已改為連續式製程居多，生產單聚合物過程中再聚合乙烯丙烯橡膠(EPR)摻合在裡頭，可以達到類似物性卻大幅降低生產成本的目的。一般乙烯添加量在5 7.5%間但近年乙烯逐漸加大到可達12%左右並朝接近橡膠物性著手，也有以隨機共聚合物再添加EPR方式求得更好衝擊強度。聚合耐衝擊乙烯丙烯共聚合物會產生PP、PE及EPR三種成份在PP裡頭比率高低而已，PP為主體，而會影響物性一般會以乙烯含量及Xylene Soluble去測試內含物，但實際物性仍以各種ASTM方法瞭解。四、聚丙烯分類聚丙烯是所有塑膠範圍中個別用量最大宗的一類別，也是應用範圍最廣的一類，可以基材不同做分類，在分類內仍可以不同的熔融流率定規格，甚至可依個別商品需要添加額外添加劑再區定出用途規範，例如：單聚合物中，MFR：12 左右可用於一般射出成品，也可生產複絲纖維，更可特意製造寬廣分子量分佈去改善纖維織布的後段加工性；同時也可添加滑劑及抗相黏劑以增加開口性方便塑膠袋成品的要求。因此便延伸出眾多規格，但大體物性差不多，在非特意主用途之外是彼此有替代性。這裡嘗試以基材之不同做分類供參考，並逐一解說。1. 一般級(HOMOPOLYMER)單聚合物，在大陸國內稱為均聚，係純丙烯聚合而成的原料。2. 耐衝擊級(IMPACT COPOLYMER)係單聚合物添加乙烯丙烯橡膠，衝擊強度高低主要看橡膠含量高低，耐寒程度好壞主要看乙烯含量高低。各原料廠商製程不同，最高乙烯含量也不同。3. 透明級(RANDOM COPOLYMER)隨機共聚合物，係丙烯添加乙烯共聚合，乙烯不規則散佈在聚合物中，主要減少聚合物的結晶度進而改善透明性。4. 高結晶級(HIGH ISOTACTICITY or HIGH CRYSTALLINITY)減少PP聚合物中錯位結構的含量，相對就提高規則性結構含量，也就提高結晶度。主要改善原料的剛性、熱變性溫度、表面硬度、抗刮性及光澤性。當然再添加增核劑也會有助於上述物性的增進。5. 熱封級(TERPOLYMER)是隨機共聚合物的延伸，一般丙烯含乙烯(非EPR)含量最高在3.5%，但也有製程可添加至5%，乙烯含量越高產品越柔軟，熱變型溫度、軟化點、熱封溫度越低，有時為了要增加乙烯含量要藉助丁二烯或其他第三成份成為三共聚合物以達上述物性要求。6. 合金級(ALLOY)不同的塑膠原料高比例的混合皆可謂合金級，例如PP添加LDPE可改善柔軟性及衝擊強度，在加工上也可減少頸縮及增加平整性，在成型也可減低墜料現象。PP加EPR加HDPE可維繫剛性，減少高EPR含量造成的白化現象，改善衝擊強度。7. 複合材料(COMPOUNDING)不同材料混合謂之複合材料，譬如添加玻璃纖維、各類無機物礦粉、有機物木粉、紙屑或穀物微片，在PP材料內以改善各種物性。礦粉又包括：滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇、雲母、碳黑、碳纖維及溴化物等。8. 橡膠(RUBBER)橡膠，TPR(熱可塑性橡膠)與TPE(熱可塑性彈性體)，有時很難界分，而各種界定說法都有，大部份的橡膠都可與PP相混合，除EPR系列外，也很難界定混合是定位在合金或複合材料項內。一般常與PP混合的橡膠有EPR及EPDM，適合與PP直接混料的產牌有CATALLOY、PLASTOMER、ENGAGE、TAFMER、KRATON及SANTOPLENE等。9. 特殊規格(SPECIALS)未含蓋在前項類的都可歸入此類，例如：高熔融強度原料(HMS、High Melt Strength)可用在發泡材內改善表面氣密性提高發泡效果，也可減少板材成型的墜料現象。五、聚丙烯加工塑膠原料加工過程主要是膠粒熔融、流動、定型後冷卻成為成品，是一個加溫後再冷卻的過程，也是塑膠從顆粒改變到各不同形狀的過程，以下將就各個不同階段角度去說明加工過程。A、 加工過程1. 熔融裝置加溫器(Heater)讓原料顆粒逐漸熔解成流體狀流動，主要以各不同原料適合溫度調節，調高溫度會趨使原料流動加快，可增加效率但不一定能保證良率，必須取得合適的平衡。另良好的效果與PP遇高熱裂解的特性，都是生產時最好能讓原料順利流暢到模頭，以避免充料不足或迴流現象的產生，迴流代表原料流動較產出速率快，最後會造成平均流動效率加大等於MFR提高，是加工可利用的方法之一，但卻也造成MFR分佈非常態可能導致不穩定性加大，導致不良率可能加大。不過PP成品因為應用的關係都不是尺寸精密度很高的產品，所以影響還不大。2. 螺桿PP加工絕大部份都是靠螺桿帶動流動性，所以螺桿的設計影響非常大，口徑大小影響產出量，壓縮比大小影響壓力值也影響產出量及成品效果，這也包括多種材料 (色母、添加劑及改質劑) 的混鍊效果。原料流動主要靠加溫器，但原料翻動磨擦也會產生磨擦熱能促使流動性加快，所以螺桿壓縮比小帶動流動小，轉速必須加大所造成磨擦熱能必較壓縮比大的螺桿多。所以常說塑膠加工無師傅，用心瞭解機器性能的人就是師傅。原料受熱不只是加溫器而已，必須連摩擦熱及窒留時間都併算在內。所以這是實務問題，經驗有助於生產問題解決及效率。螺桿如果需要混鍊效果特別好，有時會設計二段式不同螺桿或雙軸螺桿並分設各段不同形式螺桿以達各式混鍊效果。3. 模具或模頭塑膠重新定型依靠的是模具或模頭，射出成型成品是立體的，模具也比較複雜更要考慮收縮率問題，其他皆為平面、條狀、針狀連續式產品模頭，若為特殊形狀則歸為異型，需要注意立即冷卻定型問題。塑膠機器的設計大部份皆像注射針筒，螺桿帶動的擠壓力量都會在小小出口造成巨大壓力，提高生產效率。當模頭設計為平面時如何讓原料平均分佈整個面上，衣架模頭的設計就十分重要，講究的壓出機會增加魚鰓式幫浦穩定原料供應量。4. 冷卻射出模具除了澆道澆口灌注原料外，也有冷卻水道冷卻原料設計。壓出成型則靠滾輪內冷卻水道來達成冷卻效果，除外也有風刀，冷卻水直接淋在吹袋上，以及中空吹氣等冷卻方式。5. 延伸成品再加工延伸會增強效果，例如打包帶靠前後滾輪帶動速率不一即造成延伸效果，成品配向延伸部份抗張拉力加強不易撕斷，但橫向就極容易撕開。分子量分佈也會影響高速生產時的延伸效果，所有壓出成品包括纖維都有不等的延伸，真空及壓空成型也可視為延伸的另一種形式。6. 收縮任何原料都有收縮率的問題，收縮原因來自熱脹冷縮與結晶形成時產生內應力所造成。一般而言熱脹冷縮較易克服，可在加工上以延長冷卻時間，持續保壓即可做好，結晶原料較非結晶往往有更大的收縮差異，以PP而言約在千分之十六，但ABS僅千分之四左右，差異很大這部份要在模具上克服，或者往往添加減少收縮率的添加劑克服，壓出平板也常添加LDPE去改善頸縮的問題。為了加工及瞭解原料物性，我們常會翻看物性表，一般都以美國材料試驗協會(American Society for Testing Material, ASTM)標準居多，但近年來也逐漸推展國際標準化機構(International Organization for Standardization, ISO)的標準，但正如ASTM標準只規定試驗方法，並不規定規格值的具體範圍，所以不同試驗機械的數據仍有差異性，且任何廠家的物性表上皆列示數據僅供參考，所以仍須實務自行認證，倒是每家廠商計量單位可能不同，表5.1為簡單之物性換算表。表5.1 物性換算表 抗折、抗張、耐壓縮強度及模數衝擊強度Kg/cm2Kg/m2PSI MPa Ft lb/in Kg cm/cmJ/M 10.19101945.15 145 11 5.45 53.35 0.0703 703.071 6.9x10-3 0.0187 0.102 1 110000 14.22 9.8x10-2 0.18319.8030.0001 11.422 x10-29.8x10-6這裡也分別說明一些測試方法，在最後則附列加工上的問題及解決方法。如表5.2所列每一部份都將採逐漸擴增並修訂改進。表5.2 塑膠成形不良原因及對策 發生不良之原因對策成型條件金屬模具材料銀條物料流向銀條1. 料內水份 2. 混料不一 3. 射出期間夾氣 4. 添加劑過多 5. 脫膜劑過多 1. 如為同軸螺桿式射出機，則施加背壓，以增加捏和作用 2. 減少射出速率 3. 洗淨料筒 1. 提高模溫 2. 改變澆口位置 3. 擴大澆口及流道 1. 事先徹底烘乾料斗中安裝紅外線燈 2. 檢查拌料及是否有異料混 結合線兩股以上分流匯合點上生成髮狀細線為一射出故障，呈強度削減，褐斑/絲紋或氣泡1. 模內物流分流，然合匯合 2. 聚合物溫太低，不能溶化 3. 氣體或空氣排氣不足 1. 提高聚合物溫 2. 提高射出溫度 3. 增加射出速率 1. 結合線發育處設冷料池 2. 設排氣口 3. 改變澆口位置或增加澆口 4. 熔合強度削減如不可避免，則改澆口位置，使結合線出現於製品承受減強影響較輕之處 5. 忌用脫模劑 1. 選用易於流動的低黏度類原料 流痕由於澆口或其他窄段，成形品表面生成年輪狀微細條紋熔態聚合物推動固化聚化物前移時，生成線條紋1. 增加射出口直徑 2. 提高射出口溫度 3. 提高射出溫度 4. 提高料管溫度 5. 增加射出的壓力 6. 降低入料速率 1. 提高模溫 2. 安裝冷料池 3. 更改模具冷卻水進口位，使其遠離澆口 4. 擴大澆口 1翹曲成形品出模時或稍後撓曲，射出殘餘應力鬆馳係此變形成因降低射出壓力降低桶料固化溫度延長冷卻時間調勻塑件肉厚去除凹槽調勻脫模銷動作添置脫模銷改變澆口位置調勻模溫1黏附磨腔中成形品黏附在模具固定或活動部件上，如屬後一情況，則突出在件外被銷砸壞1. 模具錐度太小 2. 射出壓力太高 3. 模型不良 1. 降低射出壓力 2. 降低桶料固化溫度 1. 增加錐度 2. 改進模型並去除凹槽 3. 調整模溫箱形塑件至易粘附低溫固件上 1. 選用脫模性良好的微晶型物品 褐斑或絲紋成形品表面變色或褐絲紋物料熱分解1. 降低桶料固化溫度 2. 縮短中間操作時間 3. 減少射出速率 1. 增加排氣速率 2. 擴大澆口 1成型不全1. 模槽射料不足致使射出不良 2. 機械性能不足(射出能力、塑化能力等項) 3. 原料流動性不佳 4. 澆口截面太小，肉厚太薄 5. 排氣不良 1. 增加料管供料 2. 最高能力如仍不足，則換重型機器如為同軸螺桿式射出機，則裝一防漏注閥式螺桿 3. 提高射出壓力 4. 提高料管及射出口固化溫度 5. 檢查電熱絲是否斷線 6. 射出口易堵塞時，檢查射出口，提高模具溫度或增加循環速度 7. 增加射出速率 1. 增加模具溫度 2. 增加模具排氣能力 3. 增大澆口截面 4. 增加產品肉厚 5. 加置肋線 1. 選用低黏度品 2. 添加表面潤滑劑 毛邊含模界面擠出樹脂1. 樹脂溫度過高 2. 射出壓力過高 3. 合模壓力不足 1. 降低射出時間 2. 縮短射出時間 3. 降低料管溫度 4. 減少料管供應 5. 合模壓力若不足，則改用高合模力機 1. 改裝模具，使合模表面緊密接合 2. 清除合模表面上的異物 1. 選用低黏度品 縮痕表面凹痕，常見於肉厚較厚之成形品成因如同中空汽泡，然係成形品表面誤時冷卻所致。1. 增加料管內之供料 2. 提高模槽內壓(二次壓力) 3. 降低料管溫度 4. 提高射出流量 5. 增加射出速率 6. 延長射出時間 1. 使模具溫度均一 2. 更改澆口位置 3. 擴大澆口 4. 縮短流道 1中空汽泡成形品內見中空汽泡1. 熔料固化程序期間，物料起密度變化 2. 成形品表面聚合物接觸低溫模壁迅速固結，收縮集中於厚壁段，因而造成中空汽泡 3. 夾氣可致中空氣泡生成 1. 提高射出壓力及二次壓力 2. 延長射出時間 3. 降低料管溫度 1. 削減壁厚，至6mm以下必要時置等壁厚肋線，多餘壁厚均予去除 2. 擴大澆口 3. 縮短流道 4. 調勻模溫 5. 更改澆口位置， 6. 排除夾氣 14.7.B、 測試方法1. 熔融指數(MFR)對PP而言，MFR是塑膠熔體在10分鐘內經過一特定半徑的毛細管的重量。測試時使用的溫度和壓力分為230和2.16公斤。由於測試儀器製作的差異及實驗室技術員不同，不同實驗室度量的熔融指數相差可達10%，但仍然符合ASTM的要求標準。2. 密度(Density)一般PP比重都在0.900附近，添加增核劑0.5%可改善一些物性，也讓比重 (與水1.0相比較，意義與密度幾乎完全相同)稍微增加，但都不若LDPE，HDPE般比重會影響增加衝擊強度，光澤性和剛性。PP比重增加會增加剛性，維氏軟化點和降伏點抗張強度如圖5.1至圖5.3所示，另外圖5.3也說明了PI值與剛性的關係以及表5.3不同密度PP差異性供參考。圖5.1 密度與剛性對應關係圖圖5.2 密度與維式軟化點對應關係圖 圖5.3 密度與降服點抗張拉力剛性對應關係圖圖5.4 PI值與彎曲彈性係數對應關係圖表5.3. 不同密度PP物性差異3. 拉伸性能(降服點抗張強度，Tensile Strength at Yield; 降服點伸張率Elongation at Yield)在量度拉伸模量和拉伸強度時，是以固定速度將啞鈴狀樣本拉伸(如圖5.5所示) 由此而產生的內張力除以樣本原有的橫截面面積便是樣本的內應力。而樣本的應變則是樣本的伸長長度除以原有長度。以此二數據繪畫而得的是應力-應變曲線圖(如圖5.6和圖5.7所示)。圖5.6是脆性塑料應力-應變曲線圖，而圖5.7則是一般韌性塑料的曲線圖。圖5.5 啞鈴狀樣本拉伸圖5.6 脆性塑料應力-應變曲線圖拉伸模量定義為應力-應變曲線起始時的斜率。斜率愈大，在一定的應力下產生的內應力愈大，亦即所需要的外力愈大。因此拉伸模量愈大，塑料便愈堅硬。 降服點定義為應力-應變曲線上第壹個區域值極大，亦即當應變增加時，應力並不增加的時候。此時，樣本某處會開始收縮，亦即出現軸頸形成現象；樣本的內應力則稱為降服點內應力。因為在降服點之後樣本會永久性變形，所以降服點內應力會被視為最大工作應力。圖5.7 一般韌性塑料應力-應變曲線圖拉伸強度是樣本斷裂前的最大內應力。對脆性塑料而言，由於它本質上沒有降服點，所以在斷裂時的內應力最大；因此，這內應力便稱為斷裂點拉伸強度。此拉伸強度是脆性塑料的最大工作應力。另一方面，對於韌性塑料而言，它斷裂時的內應力可能大於或小於降服點內應力。如果斷裂時的內應力大於降服點內應力，斷裂時的內應力便被稱為斷裂點拉伸強度。而它只會在容許永久性變形的情況下如產品不重視外觀，被視為最大工作應力。相反，如果斷裂時的內應力小於降服點內應力，降服點內應力便稱為降服點拉伸強度，也是最大工作應力。 斷裂點伸長率是斷裂時的總伸長百分比。它可作為比較塑料韌性的指標。斷裂點拉伸率愈高，塑料的韌性愈強。同理，降服點伸長率是降服點時的伸長比。因為它是發生永久性變形前的最長延伸率，所以它在應用上比斷裂點拉伸率更重要和實用。以上論及的拉伸性能數據，不但可用於品質控制方面，而且還適用於產品設計上。不過，由於這些拉伸性能數據與拉伸速度、樣品形狀大小和外在環境因素，如溫度和濕度等有密切關係，而產品目錄裏所列出有關拉伸性能的數據是在一特定條件下量度的，如聚丙烯的拉伸性能是在溫度23和相對濕度50%環境下以每分鐘50毫米拉伸的；所以如果產品的被使用情況量度情況差別很大，以那些實驗數據計算出來的結果便會不太準確。因此，在應這些用數據時，通常都會乘以大於一的因子-稱為安全因子-以抵消和保障這類的差別與及形狀上的分別。4. 撓曲性能塑膠成品在日常生活應用中，往往會出現被彎曲的情況。例如，當一塑膠容器盛滿液體而且被提高時，它的底部便出現彎曲現象。由於塑料在機械性能方面是各向不同性的它們的壓縮模量大於拉伸模量；而在彎曲時，物件外圍是受拉伸內圍是受壓縮的。因此，我們不能單靠拉伸模量來預計塑料成品在彎曲時的性能表現。雖然拉伸模量和壓縮模量都是可以量度的，但是利用此二數據來預計彎曲性能表現是很困難和繁複的。因此，為著實用計，人們便設計了一實驗用以量度塑料的所謂撓曲模量。在這測試中，樣本是被彎曲的，即拉伸和壓縮同時產生，所以撓曲模量同時表現了拉伸和壓縮的特性。因此，撓曲模量是大於拉伸模量的。在量度撓曲模量時，樣本是以圖5.8所示的方式彎曲；重力施於樣本的中間。這是一種最簡單的重力分佈。實際上，重力往往分佈於整件樣本或成品上；如前所提及盛滿水的容器。藉著量度樣本中間位置的撓度和所受重力，我們便能計算出樣本最外圍的內應力和應變；從而計算撓曲模量記錄在產品目錄中的撓曲模量通常是1正割模量，即樣本中間位置最外圍的伸長比為1時的撓曲模量。從上式我們可得知撓曲模量與樣本剛度有關；撓曲模量愈大，撓曲樣本至某一定值時所需的重力便愈大，亦即樣本愈剛硬。 跟拉伸模量一樣，當樣本被撓曲至斷裂時，同樣有機會出現降服點。若是，樣本中間位置最外圍的應力便稱為降服點撓曲強度，而此強度亦是最大工作彎曲應力。如果沒有降服點，則在斷裂時，樣本中間位置最外圍的內應力便稱為斷裂點撓曲強度。圖5.8 量度撓曲模量樣本由於撓曲性能與樣本厚度、測試時溫度和撓曲速度有密切關係，所以在應用撓曲性能數據時要留心這些外在因素。若要比較不同塑料剛度，這些外在因素最好是一樣或非常接近。另外，若要應用在產品設計方面，這些數據只能用於計算應變小於或等於0.01的情況。而且，跟拉伸模量一樣，這些數據還要乘於大於1的安全因子以保障因環境不同而產生的影響。若要計算應變大於0.01時，更需乘以比前者為大的安全因子。5.熱變形溫度(HDT, Heat Deflection Temperature)在量度熱變形溫度時，將樣本放在兩支持點上，並以特定的重力加於樣本的中間位置（如圖四所示）以致樣本中間位置最外圍的內應力為0.46Mpa(66 psi)或1.82Mpa(264psi)。跟著，將整個裝置浸入以每分鐘2度攝氏加熱的油浴中。當樣本中間位置的撓度為0.25毫米時，這時的溫度便稱為熱變形溫度。 有些人會以為熱變形溫度是該塑料成品的最大工作溫度；這是錯的。因為熱變形溫度只概括地顯示了塑料溫度與溫度變化的關係。而這關係亦隨著溫度變化的速度、樣本受熱時間和加於樣本上的壓力改變而改變。再者，熱變形溫度只與塑料對短暫受熱的抗阻性有關，與長時間受熱的性能表現無關。若要知道塑料對長時間受熱的熱抗阻性，則要進行另一個名為熱老化的測試才得知。因此，熱變形溫度的主要用途在於比較塑料對短暫受熱的熱抗阻性。6.維卡特軟化溫度（VICAT）眾所週知，熱塑性塑料再加溫至某一溫度時便會開始軟化；這溫度稱為軟化溫度。若塑料受壓力，這開始軟化的溫度便會降低。另外，塑料軟化時會顯的更有黏性。基於這兩項特性。我們可以將兩件塑膠部件加以加壓加熱，使之黏合；而又不使其他部份變形或熔掉，如熱黏合。維卡特軟化溫度便是為著比較塑料這方面特性而設計的。 在測試中，以一橫截面為圓，截面積為1平方毫米，而重量為1千克的平頭針壓於樣本之上。跟著將整個裝置浸於以每分鐘2度攝氏加熱的油浴中。維卡特軟化溫度定義為當平頭針插入樣本一厘米時的溫度。 基於在熱變形溫度一節中所討論的原因，為卡特軟化溫度只是用於塑料的物性比較和物性確定。7.艾氏衝擊強度（IZOD Impact Strength）由於熱塑性塑料具有黏彈性，所以他們的機械性能很多均與受力速度有關。衝擊是塑料成品在日常用品應用上時較常用到的事情。衝擊時，成品受力速度較高。可是量度拉伸性能時受力速度又比較慢。因此，若要研究塑料成品在被衝擊時的性能，則需要其他實驗數據支持-艾氏衝極強度。再者，由於大部分塑料在缺口或裂紋處均顯得比較脆弱，而缺口和裂紋亦是塑料成品通常存在的現象。因此，在量度艾氏衝度強度時，樣本上均特定地做了缺口，致使實驗數據更能符合實際情況。在量度艾氏衝擊強度時，是以一速度大約為3.46米秒的衝錘衝擊樣本有缺口的一邊（如圖5.9所示）。將打斷樣本所需的能量除以樣本的厚度便得艾氏衝擊強度。事實上，這實驗數據包含了產生裂紋，使裂紋在樣本上擴展，以及使被打斷的樣本飛離儀器所需的能量。還有，以上各分量也與樣本上缺口的形狀，樣本的形狀大小，以及衝擊時的速度和方向有關。因此，艾氏衝擊強度不能準確預測塑料成品在衝擊時的表現。圖5.9 艾氏衝擊強度測試機構圖溫度對塑料的衝擊強度亦有很明顯的影響。溫度降低，可使塑料由塑像變成脆性，由堅韌變成易碎。例如聚碳酸酯，在室溫時，他的艾氏衝極強度是850焦耳米；但是在-10低焦耳米低溫時，他的艾氏衝擊強度卻只得160焦耳米。雖然如此，但是艾氏衝擊強度仍然被廣泛採用作為塑料比較和品質控制的指標。 實際實驗時，試片會分缺口與沒缺口兩種（Notched，Unnotched）以適應低溫時數據的取得；測試時也會依常溫與低溫的不同建立數據，如23，-10，-18，-20，-30；當試片太軟而不斷裂時（No Break），也會提高擺錘重量以求得數據方便比較。所以數據是比較用的，但必須先看前提單位而論。8. 落球衝擊試驗方法每種實驗方法都有不足之處，為了實用起見，有時會以平板狀試片或成形品實物在固定架上，在一定的高度落下鋼珠或重錘去撞擊，以目視判定試料的損傷狀態，此種方法好處是可以實務瞭解所需的結果，但卻無法得到數據比較。兩種衝擊實驗可併相輔助。9. 硬度（Hardness）指表面硬度，有三種測定法（1）劃痕硬度。（2）反跳硬度，代表性是Shore氏硬度，一般也有A、D兩種，但用於軟質塑膠或橡膠居多。（3）壓入硬度，用在PP上主要是洛氏硬度（Rockwell）。 PP隨機共聚合物數據在在80左右，耐衝共聚在85左右，單聚合物則在95100左右，高結晶PP在110左右，數據越高抗刮性相對好，也與剛性成正比現象。10. 收縮率（Shrinkage）PP收縮率在1.6左右，依模具大小不同而定，越大越厚的成品收縮率越大，熔融流率越高越小，反之則較大，添加增核劑或冷卻充分收縮率小。11. 透明度(Transparency)PP測定透明度主要是依濁度(Haze)及光澤度(Gloss 60度)二者去判別，PP濁度數據一般在610%間，光澤度在130左右。入射於透明物光線擴散的程度稱為模糊值(濁度)，測定擴散光線透過率(Td)與全光線透過率(Tt)，以其比(Td/Tt)表示。 光澤度來自標準光源的光，以規定角度照射試料面，以等於入射光的角度接受反射光時的光強度以受光器測定，以折射率1.567的玻璃表面光澤為100時的值(%)表示，光澤度的種類以60度的鏡面光澤度為標準，也可用45度、20度的角度。 以下列入不同PP透明度比較及不同塑膠透明度比較，表5.4.及表5.5二表可以PS做界定相互對照。表5.4. 不同PP透明度比較表品名透光率高結晶PP (High crystallinity PP)47透明單聚合物 (Transparent PP)89透明隨機共聚合物 (Transparent random copolymer)93鎂觸媒單聚合物 (Metocene PP)93鎂觸媒隨機共聚合物 (Metocene random copolymer)96聚苯乙烯 (PS, Polystyrene)98聚脂 (PET)100表5.5 透明材料比較表品名透光率IzodPMMA93%1.6PC90%80-100PS90%1-2BS89%2-4ABS88%13-14HIPS84%5.5六、聚丙烯應用應用分類常會有多種的分法，主要以用途及數量做區分，這裡嘗試依機器屬性做分類。1. 射出機各種原料均可用，端視加工條件與模具設計而定。2. 押出機大部份的加工都屬於押出機延伸，主要是後段加工的不同，射出機與押出機都靠螺桿帶動流動性，雖然仍有其他多種方式，但在PP行業的應用已不多見，射出與押出不同處在於非連續性設計，它必須部份時間保溫留待模具內原料冷卻，而在灌注時又須快速將原料流入模具內，因此就機器的設計上反而複雜。選用原料主要考量是以產品功能及物性為主，而為達到成品上的要求又須考量加工上的限制，所以特殊用途祇要用量夠大，原料廠商往往會專屬設計特殊規格，從以下的介紹即可看出差別，沒有一概而論的。以押出機著眼看產品及後段加工可區分為：薄膜、薄板、厚板、吹瓶、纖維及異型等六種。基本上前三者可以厚薄做界分。2.1 薄膜就薄膜而言，可分成雙向延伸膜、延伸膜及吹膜等三種討論。雙向延伸膜：MFR 2 3的一般級，透明級，熱封級 。延伸膜：MFR 5 10的一般級，透明級，熱封級。吹膜：環狀模頭設計中間吹入空氣冷卻(如右圖)， 其中又可分:(1)編織袋：MFR 2 4一般級，產品需要後段延伸後分條再編織成袋子。 (2)吹繩：MFR 3 8一般級，後段將膜收集成繩狀。(3)吹袋：MFR 8 12一般級，但除非分割成單張膜否則常加滑劑及抗相黏劑改善開口性，膜頭部份有時也採旋轉膜頭設計以改善厚薄均勻度。pp吹袋在透明度，為改善此往往在模頭之下即加裝冷凍水淋水裝置以達急速冷卻效果。(4)淋膜：係在另一實體淋上一層薄膜成多層體。MFR 25左右一般級(或許添加LDPE)，MFR 8 25透明級2.2 薄板依後段加工性可再分一般板材、真空成型及壓空成型等三種討論。一般板材：主要選用低流動性、一般級、耐衝擊級及透明級，文具板即此屬性。打包帶祇是寬度較窄，也可歸為此類。真空成型：板材後段再成型，MFR 0.3 0.9一般級，MFR 0.5耐衝擊級。壓空成型：板材後段再成型，MFR 2一般級，透明級。2.3 厚板為求較高的穩定性會選擇較低MFR的一般級及耐衝擊級。2.4 吹瓶依後段加工型式可再分一般吹瓶、射出吹瓶及射出延伸吹瓶等三種討論。一般吹瓶：壓出條狀合模後中空吹氣成型，MFR 2 一般級，耐衝擊級，透明級。射出吹瓶：射出雛型轉模具中空吹氣，厚薄均勻度較佳。選擇MFR 2或稍高的原料。射出延伸吹瓶：二段式加工先射出瓶胚，再加溫中空延伸吹氣，為冷卻後再加熱延伸吹瓶，透明性較佳。瓶胚設計延伸部位要加厚，這不同於PET瓶胚設計；用料選擇MFR越高(MFR 20或35) 瓶胚內應力越小，成型透明度越好，但延伸時MFR低，厚薄均勻度較好，所以必須在二者之間選擇適當MFR平衡。 2.5 纖維纖維分為長纖、短纖及噴融三種。短纖是長纖後截斷成短纖做不同用途。長纖：一般分為單絲及複絲兩種，絲又以丹尼數計量，單絲丹尼數較高常選用MFR 3 5一般級原料，複絲丹尼數較低，延伸倍數較高，抗拉強力好，適合合股再編織加工，使用MFR 12、25、35及60一般級等規格，又適應成絲後後段編織要求有分子量寬窄不同的選擇。短纖：依用途有紡結不織布及熱熔不織布二種，選用MFR 12或25一般級原料。噴融：選用MFR200、400、800及1200等一般級原料，靠風刀吹擠出原料即成型，常用在濾材上。2.6 異型異型壓出主要為指模頭不規則形狀之壓出產品。例如：水管、瓦楞板，選用流動性較低的隨機共聚合級(不加透明劑)或耐衝擊級；吸管則選用MFR 2的一般級原料。2.7其他可在板、瓶、絲採用多層壓出或發泡設計改善產品。七、折撓設計要點7.1.1原料考量折撓在塑膠範疇常被定義為連結兩個相鄰堅硬物品之薄且彈性之連結物。利用射出成型、押出或再次加工達成。目前三種較具耐受性的折撓皆利用射出成型來達到。折撓乃是藉由聚