2002 IKE 44-0

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PIKE-icon-IKE-20-50 Make a note   塑膠物語: 射出加工成形塑膠原料概論

 
Principle  │ Injection  │ Advanced  │
 injection molding; process; material; basic; concept;  introduction; shear rate; viscosity
Table.Figure   ..呂金虎 總經理
高雄塑膠股份有限公司

 
塑膠的合成
塑膠是分子量介於 l4~l06 的有機高分子化合物。
由所謂單體 (Monomer) 的有機化合物,經過聚合 (Polymerization) 的化學反應程序可得到各種不同分子量的化合物; 通常這些化合物的機械性質會因分子量的增加而提高,所以化學家按分子量的大小做了以下歸類:
  • 低分子化合物:  分子量 < 1,000,如單體。
  • 準高分子化合物:  分子量在 l,000~l0,000 之間,又稱為寡聚合物 (Oligomer),如油漆,接著劑等。
  • 高分子化合物:  分子量在 l0,000 ~ l,000,000之間,又稱為聚合物 (Polymer),如塑膠,合成橡膠及人造纖維等。
  • 超高分子化合物:  分子量 > 1,000,000。

聚合物如由單一種單體所聚合而成時被稱為單聚合物 (Homo Polymer),如由兩種似上單體所合成則稱為共聚合物 (copolymer) 如﹕

POM(俗稱塑膠鋼)的


聚合物的性質大體受下列因素之影響:
  1. 構成分子的官能基 (Functional Group)。
  2. 聚合物的聚合度 (結合單體的多寡),也就是分子量的大小。
  3. 聚合物的分子結構,如線形或有側鏈,結晶或是不定形以及是否交聯 (cross linking) 等; 還有結晶度 (結晶區域的比率) 的大小,分子鏈的柔軟性和分子量的分佈等也都會影響聚合物之性質。


塑膠的分子結構
  • 分子鍵與纏集

  • 線形分子鏈 (Linear Molecular chain) 與側鏈 (branched) 結構。

  • 分子鏈的纏集:  不定形結構 (Amorphous) 與結晶 (crystalline)
一次 (共價鍵力) 與 二次結合力 (凡得瓦力)

  • 交聯 (cross linking) 與密集交聯


射出加工常見的塑膠分類與特性

塑膠
結晶
不定形
密度 (g/cc)
變形溫度 (℃)
成品收縮率 (%)
熱可塑性塑膠
         
泛用塑膠
         
PE
 
0.91~0.97
32~95
0.5~2.5
PP
 
0.90~0.91
90~130
1.3~1.9
PS
 
1.04~1.06
65~106
0.3~0.8
PVC
 
1.10~1.60
55~100
0.1~0.5, 1~5
ABS
 
1.04~1.06
82~122
0.4~0.8
PMMA
 
1.14~1.20
76~116
0.2~0.8
泛用工程塑膠
         
PA
 
0.94~1.14
35~121
0.7~2.5
POM
 
1.30~1.45
70~125
1.6~2.4
PBT
 
1.29~1.50
50~110
1.3~2.4
PC
 
~1.20
120~146
0.5~0.7
PPO
 
1.00~1.10
82~195
0.5~0.7
高性能工程塑膠
         
PPS
 
1.34~1.40
110~265
1.0~1.4
PI
 
1.16~1.64
278`380
 
PTFE
 
~
   
PEEK
 
1.30~1.45
151~300
(2.0)
PAR
 
1.17~1.31
95~175
0.8~1.0
LCP
 
1.35~1.45
198~310
0.1~1.0
PSF
 
1.24~1.30
164~190
0.15~0.9
PES
 
1.24~1.37
174~214
0.5~1.0
PEI
 
     
PAI
 
     
           
           
熱硬化塑膠
         
PF
   
1.32~
140~300
 
UF
   
1.45~
110~115
 
UP
   
1.10~
5~280
 
PU
   
1.00~
40~110
 
EP
   
0.6~
40~300
 
MF
   
1.28~
170~220
 
Slkyd
         
Silicon
   
1.12~
210~300
 
DAP
   
1.50~
160~310
 



 
轉態現象與 P-v-T 圖




塑流的噴泉 (Fountain Effect) 與皮膚效應 (Skin Effect)
熔融的塑膠在流動時,是有如噴泉方式的前進,此稱為噴泉效應; 而當塑流接觸到較冷的模壁時,則靠近模壁的部份將會先行固化,此稱為皮膚效應。

先行凝固的皮膚層厚度和散熱的速度有關,通常在下列的情形下會形成較厚:
  • 膜壁溫度較低。
  • 塑料溫度較低。
  • 流道較窄,較薄。
  • 流速較慢。

皮膚層因凝固而無法流動,在它與中心部流動層之間將會產生較大的切斷力 (shear stress),這不僅會阻礙塑膠的流動,嚴重時也會破壞塑膠的結構; 不過切斷力也會產生熱量,當新生的熱等於散掉的熱時,皮膚層在塑流繼績當中就不再增加其厚度。

皮膚層由於是在極短的時間被凝固,所以它跟較充分收縮的中心部比起來,是比較鬆散(密度低)的分子結構,這是成形品變形翹曲的要因之一; 而且皮膚層也是影響凹陷,真空泡,短射以及表面外觀等很重要的因素。



分子配向 (molecular orientation) 與 鬆馳 (relaxation)
熔融塑膠流動時,因受噴泉效應與切斷力的作用,分子鏈會延流動方向排列,此稱為分子配向; 而當流動結束,如塑膠仍有足夠的溫度則會朝原來的糾纏結構回復,此稱為鬆弛。

配向與鬆弛的程度取決於料溫,模溫,射出速度,肉厚,材料黏度以及射出時間等; 它會影響成形品縱橫及厚度方向之收縮率,也是變形翹曲的另一要因; 同時它也使成形品各有不同程度的方向性,改變不同方向的性質。



塑料的流動黏度
有一個理論說塑膠的黏度決定於分子鏈的糾纏程度,糾纏的程度越少,黏度就越低,反之亦然;而塑膠本身的分子量大小,分子結構以及外在的加工溫度,流動切斷力 (使分子鏈配向 )和受壓縮的程度等都會影響它的糾纏,所以塑膠的黏度就受到這些因素的綜合影響。

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  更新期別: 2002IKE44-0. Date: 2003/11/20.
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