常用塑料特性及应用课件

1、常用塑料特性及應用徐昌煜Charles Hsu 2015年5月13日于長春一汽富維東陽汽車塑料零部件有限公司材料分類無機材料有機材料高分子材料低分子材料金屬材料陶瓷材料纖維橡膠塑膠塗料接著劑熱固性塑膠熱塑性塑膠含C不含C，無creep問題有機材料+無機材料 複合材料分子量大於一萬者塑膠熱固性塑膠熱塑性塑膠泛用塑膠工程塑膠彈性體合膠PPO/PS, PC/ABS,PC/PBT,PC/PET,PA/PP等TPS, TPO, TPU, TPEE, TPAE酚醛塑膠, 尿素塑膠(UF), 三聚氰(胺)塑膠, 醇酸塑膠, 不飽合聚酯(UP), 環氧塑酯, 聚氨基甲乙酯(PU), 矽氧塑膠(Silicone

2、)非結晶性結晶性聚乙烯(PE), 聚丙烯(PP)聚苯乙烯(PS), PVC, ABS,PMMA工程塑膠非結晶性結晶性聚醯胺(PA), 聚縮醛(POM), 聚丁烯對苯二甲酸酯(PBT)聚硫化甲苯(PPS), 液晶高分子(LCP),聚醯亞胺(PI), 聚四氟乙烯(PTFE), 聚二醚酮(PEEK)泛用工程塑膠高性能工程塑膠非結晶性結晶性聚碳酸酯(PC), 聚氧化二苯(PPO)聚芳香酯(PAR), 聚砜 (PSF), 聚醚砜 (PES), 聚醚醯亞胺(PEI),聚醯胺亞胺(PAI)影響塑膠材料實用特性的主要本質因素：1. 分子量2. 結晶性3. 化學官能基(Functional Group)分子量通

3、常塑膠原料來自以石油或天然氣為原料之石油化學品，是一種經過聚合反應而得到的高分子樹脂。所謂高分子樹脂是單體化合物經過聚合反應所合成的高分子量聚合體。 其分子量可以數千至數百萬，在高分子化學分類上，分子量大於一萬者，稱為高分子(polymer)，而分子量在一萬以下者稱為準高分子或寡聚合體(oligomer)。 一般常用來做成型加工者，分子量在104106之間，分子量低於一萬的寡聚合體常用來做紡織用樹脂加工、油漆、接著劑等用途。Generic TypeClassTg (C)Ttrans (C)ABSA105105ASAA104104HIPSA100100ABS+PCA110110PCA144144

4、PEIA220220PESA230230PMMAA100100PSA100100PVCA 80 80SANA100100高低模溫交替變換(High/Low Mold Temp. Alternation)時充填階段的模溫應 轉移溫度 (Ttrans)Generic TypeClassTm (C)Ttrans (C)ACETALC160130HDPEC135105LDPEC120 90PA 6C215185PA 66C265235PA 6,12C220190PBTC230200PETC250220PPC165135PPSC290260高低模溫交替變換(High/Low Mold Temp. Alt

5、ernation)時充填階段的模溫應 轉移溫度 (Ttrans)化學官能基對材料的影響- CH2 -柔軟、剛性及耐熱性差、非極性剛性佳、耐熱佳剛性與耐熱佳(但小於前者)剛性佳、耐熱佳極性高、剛性、耐熱可極性(小於前者)、剛性、耐熱性佳- O -極性、剛性、耐熱性佳- Br , - Cl, - F極性高、具耐燃性OO- S -O- N C - HO- C - 極性官能基：S、O、N苯環結構在化學中，極性指一根共價鍵或一個共價分子中電荷分布的不均匀性。如果電荷分布得不均匀，則稱該键或分子為極性；如果均勻，則稱為非極性。 物質的一些物理性質（如溶解性、熔沸點等）與分子的極性相關。類別塑膠名稱化學結構

6、HDT,1820KPa(C)彎曲強度(KPa)結晶性汎用塑膠PE CH2 CH2 n40(LDPE)50(HDPE)150(LDPE) 1000(HDPE)OPP CH2 CH n CH3 5548,000OPVC(硬質) CH2 CH n Cl 7582,700XPS CH2 CH n 9082,700X化學結構CH/CONH熔點(C)相對結晶度(%)PA6 NH(CH2)5CO n 521527PA11 NH(CH2)10CO n1018424PA12 NH(CH2)11CO n1117723PA6.6 NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO n 525533PA6.10 NH(CH2)

7、6NHCO(CH2)8CO n 7213PA6T 非極性/極性比 NH(CH2)6 -O-C- -C-OnOOPA的化學結構與基本特性關係有NH CO者尼龍也！最柔軟最不吸水PA9T較之PA6T，韌性改善中文聚丙烯英文Polypropylene (PP)重複單位化學結構 CH2 CH n CH3材料特性# 比重低(約0.90)； # FDA級； # 抗藥品性； # 透明性； # 不吸濕； # 價廉； # 耐熱及一般機械強度均不甚高； # 發泡倍率不高； # 印刷性較差主要用途# 射出成型品： 交通運輸器材零組件、家電、醫療器材、光電產品外殼及日用雜貨等； # 押出成型品； # 薄膜：食品包裝、

8、編織袋及膠帶等；# 押板：墊板、瓦楞紙板及PP紙等聚丙烯 (PP)非極性表面極性化： 1, 電暈(corona)處理； 2. 火燄處理；(如PE瓶表面極化幾秒馬上印刷) a. 電壓；b. 時間； c. 距離如鹽酸瓶發泡塑膠：PS、EVA、PVC(非結晶) 填充劑(比resin便宜)與補強劑(比resin貴)種類相當多，不勝枚舉。 簡言之， 填充劑主要用途是降低成本，並可增加產品的尺寸安定性，而補強劑具備有填充劑的一般特性外，它對塑膠材料的各種機械性能，如抗張強度、剛性及耐熱變形溫度等均能有極明顯的改善作用。一般常用的填充及捕強礦物，依外觀形狀，可分成下列三種：1. 粒狀： 如碳酸鈣(CaCO3

9、)、硫酸鋇 (BaSO3)2. 板狀： 如滑石粉(Talc)、雲母粉(Mica)3. 纖維狀： 如玻纖、碳纖等補強效果： 1.普；2. 可； 3. 佳填充劑與補強劑PP、PP/GF及MPP/GF的物性比較表MPP：接枝改質後的PP； GF：玻璃纖維； SEM：掃描式電子顯微鏡測試標準 ASTM單位純PPPP/GF(100/30)MPP/GF(100/30)抗張強度D638kg/cm2320350561彎曲強度D790kg/cm2346438673熱變形溫度D648C119138159中文聚苯乙烯英文Polystyrene (PS)重複單位化學結構材料特性# 非結晶性塑膠，透明性極佳； # 非極

10、性材料，不吸濕； # 硬度高，韌性差； # 比重約1.05； # 成型收縮率約0.30.5%； # 耐酸鹼，但能溶於芳香族化合物(如甲苯)及氯化合物(如四氯化碳)中； # 射出成型溫度約為180230C，成型溫度高，表面光澤愈佳(但成型週期較長)； # 產品熔接時可用甲苯(熔接面有痕跡)或超音波熔接主要用途# 射出成型品： 燈罩、食品容器、錄音帶、CD盒、一般日用品、玩具、電視外殼等； # 押出成型品；食品包裝、冰箱內襯及洗衣機內殼 # 吹瓶成型品； 飲料裝填用容器聚苯乙烯 (PS) CH2 CH n 不須乾燥HIPS(High Impact Polystyrene)，耐衝擊級聚苯乙烯為改善原

11、GPPS質脆的缺點，在聚合時加入PBR(丁二烯橡膠)約510%聚合而成。與GPPS不同的特性主要有：1. 透明性較差(半透明)2. 衝擊強度佳3. 表面硬度較GPPS低4. 抗張強度、剛性均不如GPPS5. 可電鍍(GPPS因表面光滑電鍍性差)BBuytadiene丁二烯單體強韌性HIPS(High Impact Polystyrene)SAN俗稱AS樹脂，其外觀略帶光亮黃色，透明性佳。 由於AN(丙烯腈)的導入，使其具備與PS的不同特性如下：# 抗張強度、剛性、HDT 、表面硬度、耐候性及耐化學性等均比PS好# 吸濕性比PS高，故成形前應該乾燥(7080C)約23小時# 熱安定性較差，溫度過

12、高，易引起丙烯腈變質導致變色# 流動性不如PS佳，射出成型時，需較高壓力# 成形收縮率約0.40.8%- C N，極性， 吸濕， 要乾燥 SAN (Styrene Acrylonitrile Copolymer)苯乙烯-丙烯腈共聚合物中文丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三共聚合物英文Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS)重複單位化學結構材料特性# 由各聚合物組成比例之變化可得各種特性之ABS； # 機械強度與耐熱性在泛用塑膠中均極優秀； # 表面光澤性； # 表面噴塗、電鍍性佳； # 具吸濕性； # 底色為黃色，故一般成品均需染色； # 耐環境應力龜裂性(ESCR)差

13、主要用途# 射出成型品： 如電視、洗衣機、電話及冷氣機等家電外殼、相機外殼及資訊產品等； # 押出成型品： 薄板：手提箱面板； 押管： ABS管(適用溫度-4080C)、浴室壁板丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三共聚合物 (ABS)( CH2CH=CHCH2) (CH2CH)(CH2CH) CN AAcrylonitrile丙烯腈單體BBuytadiene丁二烯單體SStyrene苯乙烯單體耐油性耐熱性電氣性成形性透明性強韌性SBRNBRANS(AS)ABS聚合物ABS樹脂的特性Acrylonitrile丙烯腈Buytadiene丁二烯Styrene苯乙烯HDT,1820KPa(C)應用一般ABS30%

14、30%40% 90耐熱ABS60%20%20%110吹風機外殼耐衝擊ABS20%60%20%行李箱外殼高流動ABS20%20%60%冷氣機通風飾罩丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三共聚合物 (ABS)( CH2CH=CHCH2) (CH2CH)(CH2CH) CN 極性、吸溼ABS係兼具HIPS 與AS優點之三聚合物(terpolymer)。 其HDT、耐衝擊強度、抗張強度、剛性及表面硬度、耐溶劑性等均較HIPS佳，且具光澤性。ABS係三共聚合物，其物性係可依組成之調整而改變。 例如： 一般丙烯腈的比例含量愈高，其HDT、剛性及耐溶劑性愈佳，但流動性愈差，且塑料底色帶黃。# 會吸濕，加工前需乾燥(758

15、5C約23小時)。# 射出成型溫度200300C。 溫度過高，會使色調改變。 螺桿剪切過劇，也會造成變色。 所以適當的溫度和射出壓力對ABS成型加工至為重要，尤其是耐燃級ABS，因含大量溴化物，對加工溫度更敏感，更易造成變色。# 模溫保持4555C，成形品表面光澤較佳。# 成型收縮率約0.40.8%。# 色料中含有銅、錳、鐵或鈷等金屬時，會促使ABS劣化。有催化作用。 PP尤懼銅離子(銅害)。 ABS主要特性中文聚甲基丙烯酸甲酯英文Polymethylmethacrylate(PMMA)重複單位化學結構材料特性# 透明性優，耐候性良好； # 硬度高、表面光澤優； # 耐水、鹽、弱酸，但會受鹼侵

16、蝕，溶解於有機溶劑； # 超過100C會變形，耐衝擊性亦會稍降； # 可以澆注成型； # 吸濕性偏高，韌性不足主要用途# 照明製品： 燈飾、燈罩等； # 光學製品：太陽眼鏡、放大鏡、光碟等； 醫療製品：醫療器材；化妝品容器等；民生用品：餐具、文具、家電外殼等聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) CH3 CH2-CH n COOCH3極性PMMA較PC吸水性高，會使得DVD的溝紋變形PMMA的光學特性是所有塑膠之中最好的，故生產PMMA製品的基本邏輯就是配方越簡單越好，任何不必要的添加劑都會傷害它原本優異的光學特性。 PMMA的透明性已經到達學理上的極限值，即使有3mm的厚度，它的透光率依舊可以高達9

17、2%。PMMA的耐候性非常優異。 於惡劣的自然環境中長期曝曬，或是在人為模擬的耐候實驗(气山燈或UV燈)之後，抗拒黃變以及維持高透光率的能力都很強。 由於PMMA的透明性和耐候性非常傑出，因此它的傳統用途多半集中於需要視覺美觀的裝飾品。PMMA的表面硬度幾乎是所有塑膠之中最高的，故PMMA抗拒刮傷的能力比其他塑膠高。彎曲強度(flexural strength)也不錯，製品不容易變形。 不過， PMMA的耐燃性並不十分理想； 依照UL94的規範，它的耐燃等級被分類成HB(試片大小：125X13X1.6mm)。PMMA的氧氣燃燒指數(oxygen index)約為17，經過改善之後，氧氣燃燒指數

18、可以達到25左右。 不過透光率和光澤卻必須大幅犧牲，因此耐燃PMMA並沒有實務上的價值。PMMA製品燃燒時並不會產生很大的煙霧或是窒息性的氣體，這一點和PVC製品有極大的不同。PMMA屬於非結晶性的高分子，受熱時，它會逐漸軟化而沒有固定的熔點。 學理上PMMA的玻璃轉移溫度約125C，但是工業用途的PMMA大多在105C附近。 如果由甲基丙烯酸酯(學名Methacrylate)的烷基來看，烷基的化學結構越大，玻璃轉移溫度越低。 這種關係將歸納於下表。甲基丙烯酸烷基酯上烷基的長度折射率玻璃轉移溫度(C)甲基CH3(即是MMA)1,490125乙基C2H51,485 66丙基C3H71,484 3

19、5丁基C4H91,483 27己基C6H131,481 -5PMMA的軟化溫度視分子量和等級而定，一般級PMMA是在90到110C之間。 以車燈級PMMA為例，通常要求維卡軟化溫度(Vicat soft temperature，簡稱VST)在105到110C 的範圍。耐熱級PMMA的維卡軟化溫度可以高達119C，耐衝擊PMMA的維卡軟化溫度經常低於90C。 射出級PMMA的軟化溫度整體上比押出級PMMA略低。PMMA對強酸、芳香族碳氫化合物、酮類(ketone)或是酯類(ester)等極性溶劑的抗腐蝕性比較弱，氧化溶劑對PMMA的腐蝕性最大；弱酸、弱鹼及鹽類的水溶液則不大會腐蝕PMMA。 針對

20、醫療衛生用途，有些特殊級PMMA對藥品或溶劑的抗腐蝕性比較高。 將PMMA置於20C的水中浸泡7天，它的吸水量約為0.3%。 雖然PMMA的吸水率比PC或PS高，但是射出成型零件因吸收水分所引起尺寸的變化，其影響可以忽略不計。中文聚碳酸酯英文Polycarbonate(PC)重複單位化學結構 CH3 O- -C- -O-Cn CH3材料特性# 透明性極佳； # 常溫耐衝擊強度極高； # 耐高溫； # 高剛性； # FDA級； # 耐摩擦性差； # 耐藥品性差主要用途# 鏡片； # 光碟片； # 安全玻璃；# 汽車保險桿； # 電腦外殼及週邊產品； # 醫療器材； # 奶瓶聚碳酸酯 (PC)O1

21、20C空氣乾燥4小時到含水 0.02% 不可以150C 空氣乾燥(HDT： 135C)，否則bridge。汽車大燈：PC汽車方向燈和尾燈：PMMAPSPMMAPC分類汎用塑膠介於二者工程塑膠加工性優良優良尚可3mm厚透光率(%)89928810年後透光率模糊90模糊熱變形溫度(C)達75達100達130抗張強度(MPa)507265抗衝擊強度(缺口)(kJ/m2)2235常見透明塑膠材料的主要特性比較中文聚醯胺英文Polyamide(PA)重複單位化學結構 NH(CH2)5CO n材料特性# 機械強度均佳； # 耐摩耗性及潤滑性極佳； # 玻璃纖維補強效果佳； # 耐藥品性佳； # 氣體遮蔽性

22、佳； # 低溫耐衝擊強度不足； # 吸濕性高； # 吸溼後尺寸及物性變化大主要用途# 射出成型：主要產品如輪圈、運動器材、風扇、馬達外殼、包裝容器、電子連接器、汽車零組件等； #押出成型：主要產品包括押管-主要以PA11及12為主；薄膜-食品包裝；押絲：漁網、釣魚線、牙刷等；電線電纜被覆：如PA6,10聚醯胺(PA)75C 空氣乾燥6小時到含水 0.02% PA6不可以90C 空氣乾燥(PA6的HDT：80C)，否則bridge。-NH CO- Amide化學結構CH/CONH熔點(C)相對結晶度(%)PA6 NH(CH2)5CO n 521527PA11 NH(CH2)10CO n10184

23、24PA12 NH(CH2)11CO n1117723PA6.6 NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO n 525533PA6.10 NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO n 7213PA6T 非極性/極性比 NH(CH2)6 -O-C- -C-OnOOPA的化學結構與基本特性關係有NH CO者尼龍也！最柔軟最不吸水PA9T較之PA6T，韌性改善中文聚縮醛(聚甲醛)英文Polyacetal, Polyoxymethylene (POM)重複單位化學結構 CH2 O n材料特性# 高度耐疲勞性； # 耐摩擦性佳； # 耐潛變性(creep)極佳； # 高機械性質； # 彈性回復性極佳；

24、# 熱安定性較差； # 耐衝擊強度較差； # 比重高(1.41)主要用途# 射出成型：主要產品如彈簧、齒輪、滑輪、扣具及拉鍊等； # 押出成型：板、管及圓棒等的押出但用量較少聚縮醛(聚甲醛)(POM)劣解產生甲醛Homopolymer POM CH2 O nCopolymer POM CH2 O n CH2 CH2 O mHomopolymer POMCopolymer POMHDT, 1820 KPa(C)125110連續耐熱溫度(C)100100彎曲強度(KPa)96,53089,635抗張強度(KPa)68,95062,055伸長率(%)3050硬度(Rockwell)M94M78比重1

25、.4121.41均聚物(Homopolymer)：只含有一种重复单 元的聚合物共聚物(Copolymer)中文聚丁烯對苯二甲酸酯英文Polybutylene Terephthalate (PBT)重複單位化學結構材料特性# 電氣性優異； # 耐熱性佳； # 耐藥品性佳； # 耐熱水性佳； # 耐衝擊強度差主要用途以射出成型為主，產品包括電氣零件、開關及外殼、運動器材及汽車保險桿等。聚丁烯對苯二甲酸酯 (PBT) (CH2)4-O-C- -C-OnOO CH2-CH2-CH2-CH2-O-C- -C-On CH2-CH2-O-C- -C-OnOOOO -C- -O-C- -C-OnOOCH3CH

26、3PBTPETPAR柔軟耐熱、剛性SWATCHS塑膠錶殼, 透明, 比PC耐刮10倍, 耐高溫(抗煙頭) PBT、PET及PAR化學結構比較PBTPETPARHDT, 1820 KPa(C)65100175連續耐熱溫度(C)60100150抗壓縮變形強度(KPa)75,00086,00093,000衝擊強度IZOD, Notch(N-cm/cm)5326215抗張強度(KPa)55,00062,00068,000伸長率(%)10010050硬度(Rockwell)M70M96R125PBT、PET和PAR特性比較在爱护环境、珍惜资源、 持续发展的前提下，促进精实高效成型科技的发展与创新。 -先

27、进成型技术学会- 问答？谢谢！設計高收縮率的結晶性塑膠射出成型品時，設計者應將壁厚變化限制在10%以內。 就低收縮率的非結晶性塑膠而言， 許容壁厚變化可到25%。While designing injection molded parts in high mold shrinkage factor materials, the designer should try to limit wall thickness variation to 10%. The allowable wall thickness variation for the low mold shrinkage factor materials can be up to 2