塑料材料加工特性培训课程

第一章塑膠材料加工特性塑膠材料之簡介

塑膠材料之分類塑膠材料之選用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反應加工nCH2=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(CC)HHHn

塑膠材料的組成(續)塑膠材料之簡介例:乙烯基(CH2

CH)nA

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(溫度和壓力等)產品性質(功能和耐用性等)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HHHHn(CC)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沒有側鏈的高分子，可能為直線、卷曲型態。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枝型型高高分分子子含有有側側鏈鏈之之高高分分子子，，聚聚合合反反應應條條件件愈愈差差愈愈容容易易產產生生側側鏈鏈。。高高溫溫比比低低溫溫較較容容易易產產生生側側鏈鏈。。例:聚乙乙烯烯(PE)的分分枝枝結結構構。。聚乙乙烯烯(PE)的分分枝枝結結構構高分分子子的的分分類類(續)塑膠膠材材料料之之簡簡介介交連連(網狀狀)輕度度交交連連:分子子鏈鏈間間有有一一部部份份以以共共價價鍵鍵結結合合。。當當加加入入溶溶劑劑時時，，溶溶劑劑會會撐撐開開分分子子鏈鏈，，可可使使之之膨膨脹脹。。例:橡皮皮圈圈丟丟入入汽汽油油中中，，有有膨膨脹脹現現象象。。高分分子子的的分分類類(續)交連交連連現現象象塑膠膠材材料料之之簡簡介介橡膠膠:耐衝衝擊擊強強度度好好、、彈彈性性。。加加熱熱較較難難流流動動。。丁二烯(軟,黏黏)橡膠(有有彈性)高度交連連:主鏈間大大都由共共價鏈結結，並且且產生三三度空間間之網狀狀結構。。熱固性性塑膠加加進溶劑劑，無顯顯著的膨膨潤效果果。例:酚-甲醛醛樹酯(PF)。酚-甲醛樹酯酯(PF)高分子的的分類(續)塑膠材料料之簡介介5%S影響高分分子性質質的因素素塑膠材料料之簡介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質高分子結構影響高分分子性質質的因素素(續)數量平均均分子量量Mn(NumberAverageMolecularWeight)Mn=

ΣnｊMｊ

Σnｊ=ΣWj

Wj

MｊΣ()塑膠材料料之簡介介分子量的的大小如果分子子量大，，則玻璃轉移移溫度Tg較高，機機械性質質、耐熱熱性、耐耐衝擊強強度皆提提昇，且且黏度增增大，造造成不易易加工。。與機械性性質相關關分子量為為的的總分子子量重量平均分子量Mｗ(Weight

AverageMolecularWeight)

Mj

nｉMｉ

Ｍi=ΣniMi

=＝（ΣniMi)niWｉMｉMｗ=

Σ

nｉMｉΣnｉMｉ２

ΣWｉＭｉ=ΣWｉ高分子總重量或Ｚ平均分子量Ｍｚ

(Ｚ－AverageMolecularWeight)MＺ=ΣnｉMｉ２ΣnｉMｉ３

ΣWｉＭｉ２=ΣWｉＭｉ塑膠材料料之簡介介影響高分分子性質質的因素素(續)與熔膠黏黏度相關關與黏彈性性相關例:某高分子子其分子子結構:90%為由分子子量M=20,000的分子組組成，10%為由分子子量M=108的分子所所組成，，試決定其其Mn、Mw、Mz。Ans:＝MnMw

＝MzΣWｉＭｉ2＝ΣWｉＭｉ＝0.9×(20,000)2+0.1×(108)20.9×20,000+0.1×108ΣWｉＭｉΣWｉ＝0.9×20,000+0.1×1081ΣWj

Wj

Mj

Σ()＝10.920,0000.1108+塑膠材料料之簡介介影響高分分子性質質的因素素(續)玻璃轉移移溫度(Tg)從塑料微微觀高分分子鏈開開始具有有大鏈節節運動的的那點溫溫度，如圖。一般高分分子大都都在室溫溫下應用用，並以以25℃為比較標標準。Tg>25℃，則呈現玻璃態(glassystate)，硬脆性性質。例:聚苯乙烯烯(PS)，Tg=88℃。塑膠材料料之簡介介Note:

T>Tg：材料軟化。

T<Tg：材料如玻璃般堅硬及脆。回分子量量的大小小影響高分分子性質質的因素素(續)塑膠材料料之簡介介回玻璃轉轉移溫度度(Tg)A區:Tg1以下玻璃態。B區:Tg1附近玻璃轉移移態。C區:Tg1<T<Tm橡膠態。D區:T>Tm(熔融溫度度)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分子性質質的因素素(續)常見高分分子之玻玻璃轉移移溫度、、熔融溫溫度及加加工溫度度範圍高分子簡簡寫寫Tg(℃℃)Tm(℃)加工溫度度範圍

高密度聚乙烯HDPE-100135160-240低密度聚乙烯LDPE-100110160-240聚丙烯PP-15165180-240聚氯乙烯PVC80240170-200聚苯乙烯PS100-180-240橡膠Rubber-703590-110聚對苯二甲PET70265275-290酸乙烯酯耐龍-66NYLON-6640265230-260耐龍-6NYLON-640220230-260塑膠材料料之簡介介影響高分分子性質質的因素素(續)塑膠材料料之簡介介影響高分分子性質質的因素素(續)結晶性結晶性高高分子(Crystalline)非透明。。排列極為為規則。。局部結晶晶區。具有Tg及Tm值。Note:例:聚乙烯(PE)、聚丙烯烯(PP)、耐龍(Nylon)。非結晶性性高分子子(Amorphous)透明。排列成隨隨機狀。。無結晶區區。有玻璃轉轉移溫度度(Tg)值。無熔融溫溫度(Tm)值。Note:例:聚碳酸酯酯(PC)、壓克力(PMMA)、聚苯乙烯烯(PS)。塑膠材料料之簡介介影響高分分子性質質的因素素(續)結晶性對對高分子子之影響響機械性質質:結晶性高高分子，，排列規規則，所所以密度度較高，，可以承承受外在在的負荷荷較大，，但在低低溫下易易脆，不不耐衝擊擊，受撞撞擊時應應力將沿沿著晶面面快速傳傳遞而易易破裂。。例:高密度聚聚乙烯(HDPE)vs.低密度聚聚乙烯(LDPE)。光學性質質:非結晶高高分子，，折射率率較低，，並可由由多個方方向反射射到觀察察者，所所以是透透明的。。例:聚苯乙烯烯(PS)。塑膠材料料之簡介介回添加物物影響高分子子性質的因因素(續)常見高分子子之結晶性性塑膠材料之之簡介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

ChlorinatedPE

聚化聚乙烯PETP(PET)

聚對苯二甲二乙酯ABSHIPS

PPO塞璐璐(Cellulose)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子性質的因因素(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、便宜宜，但不耐耐熱。塑膠材料之之簡介影響高分子子性質的因因素(續)塑料(XY)單分子(X)單分子(Y)混合物(Blends,Alloys)例:Noryl是由Polystyrene加上PolyphenyleneOxide(PPO)聚合物之混合物。塑膠材料之之簡介影響高分子子性質的因因素(續)添加物安定劑:減少因光、、熱或其他他環境因素素所造成的的高分子分分解。可塑劑:PVC加入可塑劑劑，降低Tg，降低熔膠膠溫度使加加工較容易易，且加加入可塑劑劑可增強柔柔軟度。補強物:複合材料加加入玻璃纖纖維(G.F.)、碳纖(C.F.)，可使機械性質大為提升。。填充物:尺寸安定性性、熱安定定性及降低低成本。塑膠材料之之簡介影響高分子子性質的因因素(續)塑膠材料之之簡介分子配向性性熱塑性高分分子的分子子鏈糾纏可可藉加熱或或剪切力使使之滑開，，例:抽抽絲加工工使單軸延延伸，分子子鏈沿著延延伸方向作作規則性的的排列。機械強度的延伸方向>>垂直延伸方向。Note:影響高分子子性質的因因素(續)塑膠之特性性重量輕堅固耐用絶緣性佳耐蝕性強化學穩定性性好原料豐富、、價格低廉廉色彩鮮明、、著色容易易加工容易、、生產效率率高塑膠材料之之簡介塑膠材料之之中英文名名稱與縮寫寫中文英文縮寫耐龍聚碳酸酯聚乙烯Polyamide(Nylon)PCAcrylonitrile-butadiene-styrenePolycarbonatePolymethylmethacrylatePolyoxymethyleneABSPEPMMAPOM丙烯睛-丁二烯-苯乙烯PAPolyethylene壓克力聚縮醛塑膠材料之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(vinylchloride)PVC環氧樹脂EPEpoxyPolyurethanePU不飽和聚酯UnsaturatedpolyesterUPUF尿素甲醛Urea-formaldehyde塑膠材料之之中英文名名稱與縮寫寫(續)塑膠材料之之簡介塑膠材料之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之簡介塑膠材料之之辨識(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

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之簡介塑膠材料之之分類熱塑性塑料料(Thermoplastics)加熱後熔解解(可塑性)，施以壓力力可使其流流動，冷卻卻後可變成成固體(成型品)，如再對其其加熱可反反覆成型使使用，為可可逆過程，，並無永久久性交連。。例:有如蠟燭加加熱後熔解解，冷卻後後則恢復成成原先的硬硬度，反覆加熱、冷卻也不會會改變其性性質。無永久性交交連塑膠材料之之分類熱塑性塑料料之特性及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料之特性及及用途(續)塑膠材料之之分類熱固性塑料料(Thermoset)交連交連狀態起初加熱會會熔解(有ㄧ定的可可塑性)，施以壓力力也可使其其流動；若溫度過高高則發生裂化，不可反覆成成型使用，，為不可逆逆過程，並呈交連狀狀態。例:有如蛋加熱熱固化後，，即使再加加熱也不會會軟化熔解解。塑膠材料之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料之特性及及用途塑膠材料之之選用依功能來選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%玻纖等塑膠高等塑膠(Advanced)PESPSFPARPEEKLCP等塑膠塑膠材料之之選用依功能來選選用(續)工程塑膠起源:自1956年杜邦推出出新塑膠，宣稱可取代代金屬，工程塑膠之之名由此時時開始。特性:機械強度高高。具耐熱耐久久性或具特特殊機能。。加工性良好好。價格合理且且工程性良良好。塑膠材料之之選用依用途來選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之選用依用途來選選用(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

食品包裝塑膠材料之之選用依用途來選選用(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)電熨斗塑膠材料之之選用依用途來選選用(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

牙刷塑膠材料之選選用依用途來選用用(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選用依用途來選用用(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

塑膠地板塑膠材料之選選用依機械性能及及其他物性來來選用一般而言加入入玻璃纖維(FiberglassReinforcedPlastics，FRP)後，可增加拉伸伸力、減少拉拉伸量、熱膨膨脹降低並且且可以增加材材料的機械性性能。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:塑膠材料之選選用常見高分子之之機械性能比比較機械性質低拉伸力<5000psi高拉伸力>5000psi無玻纖補強>10000psi玻纖補強>15000psiNylonPSPCEPPSONylonPSEPPSOPPSPEPSPPPVCABSPMMAEPPBT依機械性能及及其他物性來來選用(續)塑膠材料之選選用常見高分子之之機械性能比比較(續)機械性質低拉伸力<5,000psi高拉伸力>5,000psi無玻纖補強>10,000psi玻纖補強>15,000psiPPSPOMPPOPI等PVCPPOPIUreas等ABSSiliconePIPhenolicVinylester等依機械性能及及其他物性來來選用(續)塑膠材料之選選用常見高分子之之機械性能比比較(續)堅韌性剛性柔軟度碎裂性抗拉伸力拉伸量PCNylonPPOEPPFSiliconeUFPSPBTPSOPPSABSPPPEPAE依機械性能及及其他物性來來選用(續)塑膠材料之選選用拉伸應力與應應變依機械性能及及其他物性來來選用(續)應變拉伸應力(A)硬且脆應變拉伸應力(B)硬且強韌應變拉伸應力(C)軟且脆應變拉伸應力(D)軟且強韌應變拉伸應力(E)強韌破壞點降伏點塑膠材料之選選用依機械性能及及其他物性來來選用(續)拉伸應力與應應變(續)類型彈性模數拉伸強度拉伸應變特色例如(A)(E)(D)(B)(C)大大小於降伏點前斷裂大大大降伏強度大Nylon、PCPE、PMMA小小中軟膠凝體(gel)大大中於降伏點附近斷裂硬質PVC小中大降伏點曲線平坦PE、PP塑膠材料之選選用常見高分子之之其他物性比比較抗化學性佳不佳NylonEPPPSPSOPI