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型高分子含有側鏈之高分子，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。例:聚乙烯(PE)的分枝結構。聚乙烯(PE)的分枝結構高分子的分類(續)塑膠材料之簡介交連(網狀)輕度交連: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。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)高度交連: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。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質高分子結構影響高分子性質的因素(續)數量平均分子量Mn(NumberAverageMolecularWeight)Mn=

ΣnｊMｊ

Σnｊ=ΣWj

Wj

MｊΣ()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

＝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。Tg>25℃，則呈現玻璃態(glassystate)，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:Tg1以下 玻璃態。

B區:Tg1附近 玻璃轉移態。

C區:Tg1<T<Tm

橡膠態。

D區:T>Tm(熔融溫度)

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子性質的因素(續)常見高分子之玻璃轉移溫度、熔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-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塑膠材料之簡介影響高分子性質的因素(續)塑膠材料净之簡介影響高分镇子性質的改因素(續)結晶性結晶性愿高分子筝(Crys险tall零ine)非透明。排列極固為規則帆。局部結斥晶區。具有Tg及Tm值。Note:例:聚乙烯(PE)、聚丙薄烯(PP)、耐龍(Nyl斥on)。非結晶详性高分帅子(Amo舱rph蜻ous圆)透明。排列成鸟隨機狀爹。無結晶區尿。有玻璃煤轉移溫黎度(Tg系)值。無熔融飞溫度(Tm捡)值。Note:例:聚碳酸酯(PC)、壓克力(PMM臂A)、聚苯乙话烯(PS)。塑膠材好料之簡知介影響高分宣子性質的末因素(續)結晶性丧對高分朱子之影丙響機械性質:結晶性学高分子舒，排列沫規則，电所以密企度較高疏，可以惯承受外舞在的負晕荷較大鸦，但在叶低溫下夹易脆，容不耐衝薄擊，受鼠撞擊時骡應力將恰沿著晶赶面快速楼傳遞而炸易破裂绳。例:高密度聚差乙烯(HDP酷E)vs.低密度午聚乙烯(LDPE匆)。光學性宋質:非結晶肢高分子处，折射扑率較低刷，並可伤由多個疤方向反拉射到觀盲察者，甜所以是牺透明的坦。例:聚苯乙烯(PS)。塑膠材料摔之簡介回添加热物影響高分漫子性質的跟因素(續)常見高觉分子之粘結晶性塑膠材络料之簡脂介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迫分子性泄質的因轧素(續)共聚合物(Cop笋oly谜mer先s)例:ABS是由Acy季lon叹itr切ile、Poly休styr烈ene和Rubb榜er-b骗utad立iene所組成Acyl翻onit倦rile葛–硬質。But驼adi说ene页–軟質。Pol撑yst殿yre兴ne申–硬質、徒便宜，按但不耐性熱。塑膠材援料之簡顿介影響高评分子性科質的因刺素(續)塑料(XY)單分子(X)單分子(Y)混合物(Blen队ds,粘Allo题ys)例:Nory走l是由Poly铲styr零ene加上Pol迁yph盯eny啄len够eO旨xid境e(晒PPO最)聚合物之混合案物。塑膠材苦料之簡腐介影響高分颤子性質的瓣因素(續)添加物安定劑:減少因偷光、熱鉴或其他事環境因翼素所造骆成的高垃分子分蒜解。可塑劑:PVC加入可塑恼劑，降低Tg，降低熔榜膠溫度使荐加工較容抹易，且扩加入可塑血劑可增強鸽柔軟度。補強物:複合材料蛛加入玻璃终纖維(G.F.狐)、碳纖(C.F阻.)，可使機械性質大為提炉升。填充物:尺寸安妥定性、诞熱安定士性及降挪低成本贫。塑膠材料窜之簡介影響高累分子性料質的因泛素(續)塑膠材各料之簡桑介分子配向咐性熱塑性蔑高分子手的分子济鏈糾纏涂可藉加蝴熱或剪耻切力使颤之滑開绘，例还:抽孕絲加工反使單軸投延伸，饱分子鏈氧沿著延精伸方向章作規則埋性的排型列。機械強度的延伸方向>>垂直延伸方向。Note:影響高分待子性質的持因素(續)塑膠之稳特性重量輕堅固耐用絶緣性符佳耐蝕性強化學穩定仪性好原料豐亭富、價负格低廉色彩鮮明神、著色容神易加工容穴易、生鞭產效率茎高塑膠材料祝之簡介塑膠材托料之中若英文名薄稱與縮冻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践料之簡方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塑膠材夹料之中悉英文名锹稱與縮困寫(續)塑膠材料喊之簡介塑膠材料胀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叔之簡介塑膠材料衣之辨識(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号之簡介塑膠材班料之分叛類熱塑性塑役料(The射rmop笛last她ics)加熱後熔背解(可塑性)，施以残壓力可疲使其流滤動，冷浊卻後可稳變成固拣體(成型品)，如再荐對其加臭熱可反腿覆成型虽使用，不為可逆匙過程，耻並無永火久性交观連。例:有如蠟施燭加熱志後熔解悉，冷卻引後則恢秒復成原弄先的童硬度，反覆加啊熱、冷卻也告不會改宗變其性合質。無永久脊性交連塑膠材览料之分储類熱塑性呀塑料之娃特性及搁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脾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無色透明熱塑性塑资料之特性趋及用途(續)塑膠材料屯之分類熱固性扶塑料(Ther怕mose漫t)交連交連狀態起初加荷熱會熔的解(有ㄧ定拉的可塑小性)，施以壓午力也可使贷其流動；若溫度過嚼高則發生裂化，不可反覆锣成型使用窃，為不可嗓逆過程，並呈交售連狀態烦。例:有如蛋尤加熱固外化後，活即使再硬加熱也言不會軟席化熔解须。塑膠材料粮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畅料之特性乌及用途塑膠材摇料之選激用依功能诵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%玻纖等塑膠高等塑膠(Advanced)PESPSFPARPEEKLCP等塑膠塑膠材许料之選秒用依功能午來選用(續)工程塑燃膠起源:自195绑6年杜邦典推出新护塑膠，宣稱可取汪代金屬，工程塑犯膠之名赖由此時阳開始。特性:機械強度桥高。具耐熱阿耐久性唤或具特铅殊機能荣。加工性良快好。價格合融理且工薪程性良览好。塑膠材料逮之選用依用途笛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个料之選雕用依用途梳來選用(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

食品包裝塑膠材料忌之選用依用途皱來選用(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)電熨斗塑膠材妖料之選灯用依用途不來選用(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

牙刷塑膠材迁料之選锐用依用途搁來選用(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

表面塗裝塑膠材至料之選此用依用途挂來選用(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

塑膠地板塑膠材辅料之選椅用依機械性斩能及其他贷物性來選山用一般而言育加入玻璃士纖維(Fib重erg裁las劲sR盟ein益for双ced亩Pl垦ast僵ics，FRP)後，可增加展拉伸力、遣減少拉伸笼量、熱膨庙脹降低並吊且可以增父加材料的观機械性能蹦。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:塑膠材料债之選用常見高分勇子之機械夕性能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依機械性挖能及其他兴物性來選跌用(續)塑膠材料理之選用常見高碗分子之甘機械性熄能比較(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等依機械础性能及孕其他物西性來選言用(續)塑膠材料过之選用常見高分想子之機械袜性能比較(續)堅韌性剛性柔軟度碎裂性抗拉伸力拉伸量PCNylonPPOEPPFSiliconeUFPSPBTPSOPPSABSPPPEPAE依機械蚕性能及暑其他物躺性來選私用(續)塑膠材料虽之選用拉伸應力棍與應變依機械性浮能及其他洋物性來選崖用(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饥料之選签用依機械性纳能及其他闸物性來選搜用(續)拉伸應力蹄與應變(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塑膠材料劳之選用常見高分恨子之其他研物性比較抗化學性佳不佳NylonEPPPSPSOPIAllyls(聚烯系)等PC语St黄yre申nic淋s(苯乙烯系)Cell令ulos川ics(纖維化忠合物)等依機械档性能及贡其他物清性來選豆用(續)塑膠材推料之選管用常見高级分子之点其他物糟性比較(續)其他物性非燃性低密度<1.0PSOPPS(聚苯硫醚)Ionomer(離子交鏈聚合樹脂)等PP意P贷E乞PB滤