塑胶PC特性.doc

PC基本資料：英文全名：Polycarbonate中文名稱：聚碳酸脂結構：顏色：透明無色特性：1.耐衝擊性相當高，屬於工程塑膠。2.耐熱性佳、低溫安定性良好。3.優異的光學性質，透明性、透光度可達90%以上。4.成型後尺寸穩定性高，耐候性佳，且吸水率低。5.無毒性。機械特性密度：1.2 g/cm3拉伸強度：630kg/cm2硬度：70(Rockwell M)吸水率：0.24%透光率：93%熱物性質線膨脹率 ：3.8*10-5 cm/cm*熱變形溫度 ：135成形加工性黏度表現：黏度隨剪切速率增加而減少。 shear rate溫度變化範圍黏度變化情形(g/cmsec)5*1012502903.484*1036.672*1025*1022502901.873*1035.999*1025*1032502903.800*1021.756*102射出成型溫度：230310射出成型壓力：10001400Kg/cm2成形收縮率：0.5%0.7%模具溫度：80120 用途說明電腦資訊周邊配備：光碟基板材(CD、DVD)。機械方面：計算機零件、電器零件、汽車儀表板、精密零件(螺帽、齒輪、軸承)。建築方面：塗料、倉庫、車輛、電話亭等採光玻璃的代替品。日用品方面：咖啡壺、吹風機、果汁機、食品包裝容器、軟片盒、化妝品容器、嬰兒奶瓶、安全帽、鏡片。PC/ABS 合膠：筆記型電腦、印表機、手機外殼、CD-ROM。塑料應用實例PC/ABS合膠：手機外殼PC/ABS合膠：CD-ROMPC加工問題處理方法變形1.成形條件：增加保壓時間、增加冷卻時間。2.模具方面：成型品肉厚均一。3.其化方法：成型後使用矯正冶具。不易脫模1.成型條件：減少保壓壓力、增加冷卻時間。2.模具方面：平衡流道和模穴設計、檢查脫模斜度是否適當。3.其他方法：降低母模模溫或升高公模模溫。縫合線產生1.成型條件：增加射出壓力、提高保壓時間及壓力。2.模具方面：增設排氣裝置、考慮更改進澆口的位置。燒焦劣化1.成型條件：降低料溫、降低成型週期、降低射出速度。2.模具方面：增設排氣裝置、成品避免尖角設計、考慮更改進澆口的位置。3.其化方面：檢查原料是否含有不純物、減少二次料的使用。PC流變性質暨熱物性質一、流變性質黏度(viscosity)是一種流對流體所產生抵抗的指標。在牛頓黏度定律中，黏度的定義為: 對牛頓流體而言(例如:水)，黏度為一常數。然而，對高分子熔液來說，黏度卻隨其分子受到剪應變率的增加而減少，此種現象，稱為高分子的剪稀薄特性(Shear Thinning)。為何高分子黏度會隨剪應變率的增加而減少？這是由於高分子在不受外力的作用下，分子鏈以隨機(random)方式纏在一起，此時高分子對流動的抵抗較大，同時高分子也會呈現較大的黏度。但隨著剪應變率逐漸增大，高分子鏈間排列趨於整齊，使原來纏在一起高分子漸漸的呈現較規則的排列方向，其對流動的抵抗降低，同時黏度也相對降低。塑料成型時，皆是在加熱的環境下做測試，故了解塑料在加工時的黏度表現，是有其必要的，因為黏度越高，流動的阻力越大，流動也越困難。欲量測黏度，可選擇使用毛細管流變儀(CAPILLARY VISCOMETER)、旋轉型流變儀(ROTATIONAL VISCOMETER)來進行量測，量測範圍參照圖(二)。 圖(一) 剪切黏度對剪切率作圖圖(一)，為毛細管流變儀所量測剪切黏度對剪切率作圖。由曲線觀察可知黏度(Y軸，viscosity)隨著剪切率(X軸，shear rate)增加而變小；同時也可看出黏度也隨著溫度的增加(290250)而下降。 圖(二)不同的流變儀黏度量測範圍二、熱物性質塑料的熱物性質可區分為:1.容積性質(Volumetric properties):比容(Specific volume)、密度(Density)及PVT關係2.熱卡性質(Calorimetric properties):比熱(Specific heat)、熱傳導係數(Thermal conductivity)、熔化熱 (Heat offusion)、結晶熱(Heat of crystallization)3.轉移溫度(Transition temperature):玻璃轉移溫度(Glass transition temperature)、熔點(melting point)當聚合物在玻璃轉移溫度(Tg)時，會由較高溫時所呈現的橡膠態，轉至低溫呈現出似玻璃既硬又易脆的性質。結晶性(Crystalline)聚合物，由於具備晶格結構，即其高分子鏈排列有固定樣式(結晶過程中高分子鏈排入結晶格子中)，在發生相變化時，必須突破結構的能量障壁，才能使晶格結構崩潰，因此結晶性塑料具有明顯的相轉移溫度及潛熱值。一般來說，官能基小、結構簡單的分子，較易形成結晶性聚合物。而實際上沒有完全結晶的聚合物存在，微觀上必有分子排列不均的非結晶區域，所以玻璃轉移點是聚合物在使用上相當重要的一個指標，事實上聚合物會呈現塑膠態或橡膠態全視Tg與當時使用時的溫度而定。 Tuse Tg 橡膠態 如：室溫(25) 橡膠(Tg=-67)輪胎在常溫下呈現彈性。Tuse Tg 玻璃態 如：室溫(25) 聚笨乙烯(Tg=105)原子筆外殼呈現剛性。可使用熱差掃描熱卡計(Differential Scanning Calorimeter，DSC)來測試聚合物的熱性質。其基本原理為樣品與參考物維持相同的溫度及升溫速率，由於樣本和參考物所吸收的能量會有差異，所以當感熱器感應到有溫度差時，加熱器會對較冷者加熱到二者溫度相等，此時儀器會記錄補償樣品吸熱或放熱反應所損失或增加之熱量(即樣品產生吸熱反應時，加熱器提供熱量於樣品；樣品產生放熱反應時，加熱器提供熱量於參考物，使二者的溫度差為零)，並於DSC的圖形上表達出來，再藉由熱力學的推導應用來分析聚合物的Tg、Tm、Cp(Heat Capacity，熱容量，將單位塑料溫度提高一度所須的熱量)、熔化熱(Heat of Fusion，單位塑料由固態熔化至液態所需的熱量)、結晶熱(Heat of Crystallization，結晶性塑料在結晶過程中所釋放的熱量)等相關的熱物性質。圖(三)比熱對溫度作圖圖(三)，為DSC所量測再經由方程式運算所得比熱對溫度的作圖。比熱在接近150有較明顯的上昇，而後徐徐增加，這是非晶質(amorphous)塑料的特性，並且由曲線上也看不出明顯的熔點(Tm)位置。比容與密度互為倒數關係，塑料的比容會隨著相的狀態、溫度、壓力而有所不同。圖(四)，依自由體積理論來看，塑料在低溫時，分子鏈彼此聚集較為緊密，其自由體積(Vfree)較小，即比容較小；塑料在高溫時，提供分子鏈足夠的能量活動，其自由體積(Vfree)較大，即比容較大。溫度高低不同，影響比容的差異，會使塑料在成型後產生收縮。圖(四)低溫及高溫時自由體積示意圖由於結晶性塑料，分子鏈排列較為緻密整齊，在低溫時鏈節只有在平衡位置上有小範圍的振動，必須溫度上升提供足夠的能量破壞結晶排列，才會有移動、轉動、滑動的現象產生。尤其在玻璃轉移點以上時，分子運動更加自由，比容會明顯上升，可在比容對溫度的作圖上(固定壓力值)看見明顯的轉折點。相對於非晶質(amorphous)塑料則不會有如此明顯的轉折。 圖(五)比容對溫度作圖圖(五)，為PVT-100(壓力-體積-溫度量測儀)所量測比容對溫度作圖，由曲線觀察在120180附近，有明顯的轉折的現象，並且隨著壓力的增加(0Mpa120MPa)，比容也會降低。 PC與PC+30%GF比較 性質 PC PC+30%GF 物理性質 比重(g/cm3) 吸水率(%) 1.20 0.241.43 0.20機械性質 抗拉強度(kg/cm2)彎曲強度(kg/cm2)衝擊強度(J/m)Rockwell硬度(M scale) 6309501370 130016001590 熱物性質 熱變形溫度18.6kg/cm2()線膨脹係數燃燒性UL94(1.6mm) 1353.8*10-5V-2 1452.18*10-5V-0 電氣性質 介電常數106HZ耐電弧性(sec) 0.01120 0.009120 光學性質 透光率(%) 93 - (本表節錄自參考文獻10)表(一)PC的基本物性可由表(一)中來觀察，PC塑料的吸水率僅0.24%左右，在與其他常見塑料相比下可說吸水率相當小，其成型後尺寸安定性相當良好；由光學性質上來看，PC本身為非晶質(amorphous)塑料，其在可見光的範圍的透光率可達90%以上，具優秀的光學透光率；而由耐熱性的觀點來看，PC屬於工程塑膠，不僅在耐熱上具有一定程度的能力，機械性質上也比一般的泛用塑膠來的高，目前用量相當大的光碟片，其基板就是利用PC製造，因其成型後的尺寸安定性高不易反翹(光碟片在寫入、讀取時皆不希望光線會因表面不平整而有散射的現象)、低吸水率(可減少因時間的長久而資料受潮毀損)、可透光性、耐熱性(光碟機在寫入或讀取時會有一定程度的熱量產生)，皆是光碟片採用PC為基板的原因。再觀察表(一)，PC屬於工程塑膠，其機械性質相當良好，並且添加玻璃纖維更可進一步提昇其機械性質，尤其在抗拉強度、彎曲強度上更可見顯著的增加；PC本質上就具有UL94 V-2難燃性(亦稱防火等級)，經由難燃劑的添加配合，可提高至UL94 V-0的程度，由於現今許多先進國家皆已修法防止電氣火災的產生，所以許多產品皆控制一定要由具有難燃性的塑料來生產(關於難燃性的介紹可參考本期刊2001.4的內容)。所以基於PC具有如此優異的強度、及良好難燃性，所以許多行動電話、筆記型電腦、鋰電池外殼材料，皆是採用PC或PC系列的合膠來製造，此方面的應用可說是以相當急速的用量在增加。PC應用的範圍不僅只有上述的用途，在許多食品容器上須有透明度需求的產品，並且要不具有毒性，須通過FDA (Food and Drug Administration ，美國食品及藥物管理局)認定，如咖啡壺、嬰兒奶瓶，皆是PC所應用的領域範圍，PC可應用的範圍可說是相當的廣泛，值得設計者考量在設計時使用此一塑料。 參考文獻1.伊保內賢 著，洪榮哲 譯，”實用塑膠學”，全華科技，1993。2.吳俊煌 著，”塑膠射出成形模具設計”，復文書局，1995。3.張榮語 編，”射出成型模具設計-模具設計”，高立圖書公司，1995。4.李育德、顏文義、莊祖煌 編著，”聚合物物性”，高立圖書公司，1988。5.劉