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塑膠材料基本特性介紹

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(作者: ACMT編輯部)

前言
時至今日,塑膠成型加工技術已經被廣泛地應用於許多 高科技產品的生產上,諸如汽機車零組件、3C電子產品、連接器、顯示器、手機、塑膠光學鏡片、生醫應用 產品及一般生活用品等;隨著產品用途多樣化、功能需求多變化性的趨勢演變,塑膠成型加工技術日益地蓬勃發展。

然而隨著時代進步,產品的複雜度與精度要求也日益嚴苛;如何有效地掌握產品品質,一直是攸關產品產量及良率之主因,同時也是業界最主要的競爭力來源。一般而言,影響產品品質的主因來自於成型製程中所產生的問題,而這些問題發生的原因經分析後大多是因為對塑 膠材料特性的不熟悉。針對這個問題,本課程將由高分子塑膠的基本原理與特性入門,使學員認識塑膠的種 類、特性與加工性,同時也藉由分析解說射出成型過程中常見的問題案例,讓學員能夠有系統地窺探塑料特性 造成問題的成因,透過瞭解塑膠材料的基本觀念與產品 不良問題的成因,才能針對成型問題制定出正確的解決 對策。

 

要如何挑選適當的塑膠材料
在開始介紹材料特性前,首先我們要先了解我們產品的 需求條件,如此一來才能夠茫茫材料中挑選出適當的塑 膠材料,而這些需求條件經歸納整理後大致可分為三個步驟,首先是「最終產品使用上的需求」,接著是「商 業化塑膠材質的選擇」,而最後若市面上沒有適合的 選項才進入到「塑膠材質的改質與特製化」這一步驟。

最終產品使用上的需求 在挑選材料時,我們首先要考慮到最終產品使用上的 需求,如使用環境條件的限制、機械物性強度要求、 特殊性功能要求、產品成本等都需要考慮,筆者將這 些常見的條件整理羅列如下: • 機械結構物性需求:抗張、抗折、抗壓強度、耐衝 擊性、HDT、MI(MFI) • 使用環境:使用溫度極限、高濕環境、酸鹼環境、 戶外環境 • 功能性:耐磨耗性、止滑性、EMI、導電性、光學 特性、難燃性 • 組裝性及二次加工性:組裝、固定、印刷、噴塗、 電鍍、熔接、貼合 • 成本:單價、產量、加工成本、成形週期、使用壽 命 • 認證需求:FDA、UL、CEE、IEC

商業化塑膠材質的選擇 了解最終產品使用上的需求後,我們可以利用比較塑 膠材料的性質物性表,從市面上的材料中選擇適當及適用之塑膠材料,而一般塑膠材料物性表主要包含兩 類資料,分別為機械性質資料與功能性質資料,機械 物性資料可提供產品設計人員進行產品設計初步計 算;而功能性質資料則可顯示材料使用上之特定功能。 除此之外,在商業化塑膠的選擇上,我們還需考慮到 材料是否符合強度物性與功能型要求,以及其加工穩 定性、品質穩定性、供料穩定性、成本,以及售後的 技術服務等面向。

塑膠材質的改質與特製化 當產品對於塑膠材料要求的性質或功能為非標準規格 或有特殊需求,並且無法在市面上找到適當及適用之 塑膠材料,我們可以透過對廠商提出需求,請他們針 對需求進行塑膠配方的調整,透過混練摻合改質的方 式,以得到符合特定物性要求的塑膠。常見的改質方 法有以下幾種: • 塑膠+添加劑:可以達到改變物性、功能性的效 果,例如:PP加入Talc、PC加入FR等。 • 塑膠+彈性體:藉由加入彈性體,可以提高產品 韌性,例如:超韌PA、PP加入EPDM等。 • 塑膠+補強纖維:達到補強或強化的效果,例如: PA加入GF、PC加入GF、LFTP等。
• 塑膠+塑膠:這種作法被稱為合金(alloy),也有 人稱其為摻合 (blend),例如:PC 加入 ABS、PC 加入PBT等。

 

何謂聚合物(高分子、巨分子、Polymer)
了解最終產品的需求與條件後,接下來便能進入材 料介紹的環節。首先,何謂聚合物?聚合物又名高 分子、巨分子、 Polymer,是由許多小分子量的單體 (monomer),藉由化學反應以共價鍵結合而形成的一 具有重複分子結構之高分子量物質,其主要組成元素 有:碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、矽(Si)、硫(S)、 氟(F)、氯(Cl)等,聚合物在工業界主要有五大應用領 域:塑膠、橡膠、纖維、塗料、接著劑,今天我們要 探討的便是聚合物在塑膠領域的應用。

 

高分子塑膠材料
首先,我們必須先釐清一點,一般塑膠原料並不是單 純高分子聚合物,而是針對特殊應用與特性要求而調 配出具有複雜配方組成的混合物,是經由高分子基材 與添加劑合成的有機且具有大分子結構的物質。 在工業界中,塑膠材料被依照其各自的耐熱性程度進 行區分,分為「泛用塑膠材料」、

「工程塑料材料」、「高性能工程塑料材料」等三類,它們各自的特性與 常見材料介紹如下:
泛用塑膠材料 主要常見的泛用塑膠材料有 PE、PP、PS、SAN、 PMMA、PVC、ABS等,相較於其他兩種材料的產品, 較不要求產品的剛性強度與尺寸精度,且使用溫度不 能高於100°C,常被用於生產民生用品。

工程塑料材料 主要常見的工程塑料材料有 Nylon、POM、MPPO、 PC、PET/PBT等,可耐受溫度大約落在100-150°C ,特性條列如下: • 具有高的強度、重量比、高比強度。 • 在較高溫下,仍有較好的機械物性。 • 具低潛變性(Low Creep)。 • 較低熱膨脹係數。 • 較佳的電氣性質。 • 較佳的耐化學藥品性。

高性能工程塑料材料 主要常見的高性能工程塑料材料有LCP、PPS、PPA、 PSF、PES、PEEK、PEI、PTFE等,相較於工程塑料, 高性能工程塑料的材料可耐受的溫度高於150°C,具 有更高的剛性強度,且能耐受更高的溫度,但同時價 格也是三種塑料中最高的。

(更多的「塑膠材料基本特性介紹與產品應用」內容 與課程,請參加 http://www.caemolding.org/acmt/ cml/la082/)■

課程名稱:塑膠材料基本特性介紹與產品應用 (LA-082)
課程時間:9:30-16:30(共六小時)
課程日期:2020/3/17(二)台北
課程講師:劉文斌 技術總監
課程地點:ACMT台北技術中心(新北市板橋文化路一段268號7F-2)
課程費用:NT$3,600/RMB¥960元 (菁英會員8折、超級菁英會員7折)

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