塑料材料加工特性培训课程

1、塑料材料加工特性培训课程教學目標教學目標學生能不參考書本，列舉出各三種熱可塑性塑膠與熱固性塑膠材料之名稱。 學生能不參考書本，列舉出各五種結晶與非結晶塑膠材料之名稱。 學生能不參考書本，說明出玻璃轉移溫度之意義並列舉出二種塑料之玻璃轉移溫。 學生能不參考書本，舉例說明任五種塑膠材料之用途。何謂高分子?塑膠材料之簡介“Polymer”(高分子)起源於希臘語，表示一群小單元結合成巨大單元的意思。引用到高分子領域，即是一群較小分子量的分子(單分子)，鍵結成高分子量的巨大分子(高分子)。 塑膠材料的組成Note : 原子間的鏈結形式是共價鍵，每一條分子鏈上的單體數目n稱為“聚合度”。塑膠材料之簡介聚合

2、反應加工n CH2= CH2容器、 玩具、 塑膠袋、 絕緣材料單分子(乙烯)高分子(聚乙烯)塑膠 產品H( C C )HHHn 塑膠材料的組成(續)塑膠材料之簡介例 : 乙烯基 ( CH2 CH ) n A 當 A = H 聚乙烯(PE)= CH3 聚丙烯(PP)= C6H5 聚苯乙烯(PS)= Cl 聚氯乙烯(PVC)塑膠材料的性質塑膠材料之簡介一般塑膠的拉伸強度約為鐵的1/10一般塑膠的楊氏係數約為鐵的1/100一般塑膠的熱傳導係數約為鐵的1/30一般塑膠為不導電性質一般塑膠分子長度約為0.2m，且長寬比值約為1000塑膠材料的性質(續)塑膠材料之簡介加工材料產品加工性質加工性質 (溫度和

3、壓力等) 產品性質產品性質 (功能和耐用 性等)材料性質材料性質 (Tg、Tm等)+ += =高分子的表示方法塑膠材料之簡介 立體障礙 分子模型高分子鏈表示法高分子鏈卷曲 彈簧模型HH HHn( C C )塑膠材料的種類塑膠材料之簡介高分子塑膠橡膠彈性體熱固性熱塑性不定形性半結晶性高分子的分類依分子鏈構造分類 線性高分子n沒有側鏈的高分子，可能為直線、卷曲型態。n 例:聚苯乙烯(PS)的線性結構。聚苯乙烯(PS)的線性結構塑膠材料之簡介 分枝型高分子n 含有側鏈之高分子，聚合反應條件愈差愈容易產生側鏈。高溫比低溫較容易產生側鏈。n 例:聚乙烯(PE)的分枝結構。聚乙烯(PE)的分枝結構高分子的

4、分類(續)塑膠材料之簡介交連(網狀)n輕度交連 :a. 分子鏈間有一部份以共價鍵結合。當加入溶劑時，溶劑會撐開分子鏈，可使之膨脹。b. 例:橡皮圈丟入汽油中，有膨脹現象。高分子的分類(續)交連交連現象塑膠材料之簡介n橡膠:耐衝擊強度好、彈性。加熱較難流動。 丁二烯(軟,黏) 橡膠(有彈性)n高度交連:a. 主鏈間大都由共價鏈結，並且產生三度空間之網狀結構。熱固性塑膠加進溶劑，無顯著的膨潤效果。b. 例:酚-甲醛樹酯(PF) 。 酚-甲醛樹酯(PF) 高分子的分類(續)塑膠材料之簡介5% S影響高分子性質的因素塑膠材料之簡介 分子量的大小 玻璃轉移溫度(Tg) 結晶性 添加物 分子配向性高分子性

5、質高分子結構影響高分子性質的因素(續)n 數量平均分子量Mn (Number Average Molecular Weight)Mn = nM n= Wj Wj M( )塑膠材料之簡介分子量的大小 如果分子量大，則玻璃轉移溫度Tg較高，機械性質、耐熱性、耐衝擊強度皆提昇，且黏度增大，造成不易加工。與機械性質相關分子量為的總分子量n 重量平均分子量M (Weight Average Molecular Weight)M j nM i= niMi =（niMi)niWMM = nM nM W=W高分子總重量或n 平均分子量 (Average Molecular Weight)M = nM nM W

6、=W塑膠材料之簡介影響高分子性質的因素(續)與熔膠黏度相關與黏彈性相關例 : 某高分子其分子結構 : 90%為由分子量M = 20,000的分子組成， 10%為由分子量M = 108的分子所組成， 試決定其Mn、Mw、Mz 。Ans :MnMw MzW2W0.9(20,000)2+0.1(108)20.920,000+0.1108WW0.920,000+0.11081W j W j M j ( )10.920,0000.1108+塑膠材料之簡介影響高分子性質的因素(續)玻璃轉移溫度(Tg) 從塑料微觀高分子鏈開始具有大鏈節運動的那點溫度，如圖。 一般高分子大都在室溫下應用，並以25為比較標準。

7、 Tg 25，則呈現玻璃態(glassy state)，硬脆性質。 例:聚苯乙烯(PS)，Tg = 88。塑膠材料之簡介Note : T Tg：材料軟化。 T Tg：材料如玻璃般堅硬及脆。回分子量的大小影響高分子性質的因素(續)塑膠材料之簡介回玻璃轉移溫度(Tg)A區區: : Tg1以下 玻璃態玻璃態。 B區區: : Tg1附近 玻璃轉移態玻璃轉移態。 C區區: : Tg1 T Tm(熔融溫度) 熔融態熔融態。Note :變形1 : 非結晶聚合物2 : 部分結晶聚合物3 : 完全結晶物231溫度Tg1Tg2TmABCD在溫度下的變形關係曲線影響高分子性質的因素(續)常見高分子之玻璃轉移溫度、熔

8、融溫度及加工溫度範圍 高分子 簡寫 Tg() Tm() 加工溫度範圍 高密度聚乙烯 HDPE -100 135 160-240低密度聚乙烯 LDPE -100 110 160-240聚丙烯 PP -15 165 180-240聚氯乙烯 PVC 80 240 170-200聚苯乙烯 PS 100 - 180-240橡膠 Rubber -70 35 90-110聚對苯二甲 PET 70 265 275-290酸乙烯酯耐龍-66 NYLON-66 40 265 230-260耐龍-6 NYLON-6 40 220 230-260塑膠材料之簡介影響高分子性質的因素(續)塑膠材料之簡介影響高分子性質的因

9、素(續) 結晶性結晶性高分子(Crystalline)n 非透明。n排列極為規則。n局部結晶區。n 具有Tg及Tm值。 Note : 例:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、耐龍(Nylon)。非結晶性高分子(Amorphous)n 透明。n 排列成隨機狀。n 無結晶區。n 有玻璃轉移溫度(Tg)值。n 無熔融溫度(Tm)值。 Note : 例:聚碳酸酯(PC)、壓克力(PMMA)、聚苯乙烯(PS)。塑膠材料之簡介影響高分子性質的因素(續) 結晶性對高分子之影響機械性質:n 結晶性高分子，排列規則，所以密度較高，可以承受外在的負荷較大，但在低溫下易脆，不耐衝擊，受撞擊時應力將沿著晶面快速傳遞而易破

10、裂。n例:高密度聚乙烯(HDPE) vs. 低密度聚乙烯(LDPE)。光學性質:n非結晶高分子，折射率較低，並可由多個方向反射到觀察者，所以是透明的。n例:聚苯乙烯(PS)。 塑膠材料之簡介回添加物影響高分子性質的因素(續) 常見高分子之結晶性塑膠材料之簡介PP 聚丙烯 PS 聚苯乙烯HDPE 高密度聚乙烯 PAVc 聚酯酸乙烯LDPE 低高密度聚乙烯 PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯PA(Nylon) 尼龍 EVA乙烯-醋酸乙烯共聚合物POM 聚縮醛 AUPTFE EUPEO Chlorinated PE 聚化聚乙烯PETP(PET) 聚對苯二甲二乙酯 ABSHIPS PPO塞璐璐(Cellulo

11、se)纖維素塑膠 PC 聚碳酸酯PBT 聚對丁烯二甲二乙酯結晶性 非結晶性影響高分子性質的因素(續)共聚合物(Copolymers)例: ABS是由Acylonitrile、Polystyrene和Rubber-butadiene所組成Acylonitrile 硬質。 Butadiene 軟質。 Polystyrene 硬質、便宜，但不耐熱。塑膠材料之簡介影響高分子性質的因素(續)塑料(XY)單分子(X)單分子(Y)混合物(Blends, Alloys) 例: Noryl是由Polystyrene加上Polyphenylene Oxide (PPO)聚合物之混合物。塑膠材料之簡介影響高分子性質

12、的因素(續) 添加物安定劑:減少因光、熱或其他環境因素所造成的高分子分解。可塑劑:PVC加入可塑劑，降低Tg，降低熔膠溫度使加工較容易，且加入可塑劑可增強柔軟度。補強物:複合材料加入玻璃纖維(G.F.)、碳纖(C.F.)，可使機械性質大為提升。填充物:尺寸安定性、熱安定性及降低成本。塑膠材料之簡介影響高分子性質的因素(續)塑膠材料之簡介 分子配向性熱塑性高分子的分子鏈糾纏可藉加熱或剪切力使之滑開，例 : 抽絲加工使單軸延伸，分子鏈沿著延伸方向作規則性的排列。 機械強度的延伸方向 垂直延伸方向。Note :影響高分子性質的因素(續)塑膠之特性 重量輕 堅固耐用 絶緣性佳 耐蝕性強 化學穩定性好原

13、料豐富、價格低廉 色彩鮮明、著色容易 加工容易、生產效率高塑膠材料之簡介塑膠材料之中英文名稱與縮寫中文英文 縮寫耐龍聚碳酸酯聚乙烯Polyamide (Nylon)PCAcrylonitrile-butadiene-styrenePolycarbonatePolymethyl methacrylatePolyoxymethyleneABSPEPMMAPOM丙烯睛-丁二烯-苯乙烯PAPolyethylene壓克力聚縮醛塑膠材料之簡介聚胺基甲酸乙酯中文英文 縮寫聚丙烯聚苯乙烯PPPolypropylenePolystyrenePS聚氯乙烯Poly (vinyl chloride)PVC環氧樹脂EP

14、EpoxyPolyurethanePU不飽和聚酯Unsaturated polyesterUPUF尿素甲醛Urea-formaldehyde塑膠材料之中英文名稱與縮寫(續)塑膠材料之簡介塑膠材料之辨識方法名稱燃燒的難易度火燄顏色燃燒後的狀態氣味是否繼續燃燒ABSPAPCPEPMMAPOMPP易 是黃色黑煙熔融落下橡膠味難 否黃色熔融落下特殊味難 否軟化 特殊味易 是黃色熔融落下石油味易 是黃色軟化 壓克力味易 是黃色邊滴邊燃福馬林味易 是藍色完全燒掉柴油味黃色黑煙塑膠材料之簡介塑膠材料之辨識(續)方法名稱燃燒的難易度火燄顏色燃燒後的狀態氣味是否繼續燃燒PSPVCUFUP易 是黃色黑煙苯乙烯味難

15、 否黃色氯氣味難 否膨脹龜裂 尿素味易 是黃色軟化 軟化 黃色黑煙膨脹龜裂 苯乙烯味塑膠材料之簡介塑膠材料之分類熱塑性塑料(Thermoplastics) 加熱後熔解(可塑性)，施以壓力可使其流動，冷卻後可變成固體(成型品)，如再對其加熱可反覆成型使用，為可逆過程，並無永久性交連。 例 : 有如蠟燭加熱後熔解，冷卻後則恢復成原先的 硬度，反覆加熱、冷卻也不會改變其性質。無永久性交連塑膠材料之分類熱塑性塑料之特性及用途 項目名稱特性缺點用途優點ABSPA (Nylon)PCPE乳白色 半透明耐衝擊耐熱性佳安全帽收音機殼質量重不易染色具有潤 滑性質吸震性強耐藥性佳尺寸安 定性差繩子襪子具透明性耐衝

16、擊耐高溫高吸水性不易染色奶瓶打火機比水輕 且柔軟可撓曲絕緣性佳不耐熱易有割痕塑膠袋絕緣膠布塑膠材料之分類 項目名稱特性缺點用途優點無色透明光學性佳加工性佳車尾燈隱形眼鏡比PS貴易有刮痕最輕的 塑膠低密度不會龜裂稍軟 不易染色保險桿汽車儀表板外觀亮麗易於染色脆不耐衝擊玩具保麗龍餐具加可塑劑會軟化加工性佳耐藥性佳不耐熱易退色雨衣保鮮膜PMMAPPPVCPS無色透明熱塑性塑料之特性及用途(續)塑膠材料之分類熱固性塑料(Thermoset) 交連交連狀態 起初加熱會熔解(有定的可塑性)，施以壓力也可使其流動；若溫度過高則發生裂化，不可反覆成型使用，為不可逆過程，並呈交連狀態。 例 : 有如蛋加熱固化後

17、，即使再加熱也不會軟化熔解。塑膠材料之分類 項目名稱特性缺點用途優點EPPFUP金屬的接著性好高強度抗化學腐蝕建築材料電路板積層黏滯液體有氣泡產生具有彈 性性質容易發泡耐磨耗性運動跑道浴用海棉具安定性耐水性佳耐燃燒性易變色染色性有限煙斗烹調握柄可用玻離 纖維補強低壓成型耐藥性佳紫外線照射會變質藥筒汽車零件PU不易補強稍不耐酸鹼熱固性塑料之特性及用途塑膠材料之選用依功能來選用普通特性極佳特性中等塑膠(Intermediate)PMMAABS等塑膠泛用塑膠(Commodity)LDPEHDPEPPPVCPS等塑膠 工程塑膠(Engineering)PCPOMNylon66 +30%玻纖等塑膠高等塑

18、膠(Advanced)PESPSFPARPEEKLCP等塑膠塑膠材料之選用依功能來選用(續) 工程塑膠 起源:自1956年杜邦推出新塑膠，宣稱可取代金屬， 工程塑膠之名由此時開始。 特性: n 機械強度高。n 具耐熱耐久性或具特殊機能。 n 加工性良好。n 價格合理且工程性良好。塑膠材料之選用依用途來選用用途塑 膠 材 料機械零件電子零件Nylon、POM、PPS、PSONylon、POM、PC、PPO、PSO齒輪零件電晶體矽膠片塑膠材料之選用依用途來選用(續)文具玩具PE、PP、PS、PVC、PETPE、PP、PS、ABS、PVC、PMMA用途塑 膠 材 料食品包裝 文具玩具 食品包裝塑膠材

19、料之選用依用途來選用(續)家電類PP、PS、ABS、PVC、PPO、PC、PET用途塑 膠 材 料家電類 : (左)果汁機(右)電熨斗塑膠材料之選用依用途來選用(續)傢俱日常用品PS、PP、PVC、ABS、PU、PFPE、PP、PS、PVC、PF用途塑 膠 材 料 塑膠椅 牙刷塑膠材料之選用依用途來選用(續)休閒用品表面塗裝Nylon、PE、ABS、PMMA、PC、PULDPE、PVC、PMMA、PU、PF、UF用途塑 膠 材 料 游泳用品 表面塗裝塑膠材料之選用依用途來選用(續)透明性PS、PVC、PMMA、PC、PET用途塑 膠 材 料發泡材PE、PS、PVC、PU、EVA 透明性 塑膠地

20、板塑膠材料之選用依機械性能及其他物性來選用 一般而言加入玻璃纖維(Fiberglass Reinforced Plastics，FRP) 後，可增加拉伸力、減少拉伸量、熱膨脹降低並且可以增加材料的機械性能。玻璃一般人之觀念為質硬易碎物體，並不適於作為結構用材，但如抽成絲後，則其強度大為增加並且具有柔軟性，故配合樹脂賦予形狀後，最後可以成為優良之結構材料，即玻璃纖維(FRP) 。Note :塑膠材料之選用 常見高分子之機械性能比較機械性質低拉伸力 5000 psi無玻纖補強 10000 psi玻纖補強 15000 psiNylon PS PC EP PSO Nylon PS EP PSO PPS PE PS PP PVC ABS PMMA EP PBT 依機械性能及其他物性來選用(續)塑膠材料之選用 常見高分子之機械性能比較(續)機械性質低拉伸力 5,000 psi無玻纖補強 10,000 psi玻纖補強 15,000 psiPPS POM PPO PI 等PVC PPO PI Ureas 等 ABS Silicone PI Phenolic Vinylester 等 依機械性能及其他物性來選用(續)塑膠材料之選用 常見