塑料-塑膠原料

塑膠原料

一、塑膠的來源與區別 人類在有歷史記載以來就已經開始使用塑膠材料，有關天然塑膠之應用可毫無困難的在古代找到。在出埃及記（第二章）中就曾提到瀝青，有關瀝青的應用甚至在更早於創世紀（第十一章）中亦曾提到過。古代羅馬（大約紀元後23 ~ 39）的三十七冊自然歷史，其中陳述了化石樹脂（琥珀）的性質。此外，在更遠的東方，其他的天然樹脂『蟲膠』至少已經使用了一千年，早期的紀錄表示印度人曾以蟲膠製備鑄型件。有關硫化工作研究發現，若將大量之硫磺（大約每100 橡膠50 份）共同加熱則獲得一種硬質產品，此種產品稱為硬塑膠。硬塑膠之發現常視為一種橡膠工業歷史的里程碑，但它在塑膠材料歷史上之重要性卻常被忽略，其重要性所依據之事實為硬塑膠是第一種擬被製造之熱固塑料，也是第一種塑膠材料涉及一種天然物料的顯明的化學改良。

西元1869 年，美國人JohnWesley Hyatt 為獲得10000 美元的獎金，進而研究一種取代象牙製撞球的物料。從硝酸纖維素和樟腦中發明了世上第一種人造塑膠，名為賽璐璐（Celluloid）。西元1909 年，一種名為貝克來（Bakelite）的塑膠材料(酚甲醛Phenol Formaldehyde)出現，被普遍用來製造黑色的電話機，其名稱的取得是用來紀念其發明人貝克男（Leo Bakeland）。在西元1918 年，Hans John 則使尿素與甲醛反應製成樹脂。然而，由1930~1940 十年間的發展可得知今天主要熱塑料之初期工業發展情形：聚苯乙烯、聚氯乙烯（PVC）和聚甲基丙烯酸甲脂，它們在形式上均可視為乙烯衍生物，故在過去乃被稱為乙烯型塑膠（ethenoidplastics），但寧採用稍嫌不夠正確的名稱乙烯基塑膠(vinylplastics )。

二、塑膠的通性 塑膠(plastic)可以因熱能和壓縮而改變它的黏彈性，在流動時，塑膠會因拉伸(Tensile)及剪切(Shear)的應力而改變其分子鏈的糾纏狀態及方向。 塑膠的熔融液體在流動場中，受力改變分子鏈的特性，稱為『流變特性』，因為這種特性的影響，使得塑膠熔融黏度因剪切速率(或拉伸速率)的增加而減少，不同於一般的牛頓流體，所以又稱為『非牛頓流體特性』。

塑膠加工過程中，密度的改變 塑膠的密度會隨著溫度及受壓縮程度的變化而改變。溫度高時密度小；受壓縮程度大時密度大。 塑膠塑形後的成品在冷卻過程中，如果可以緩慢且充分的收縮，則其最終密度應回復到常溫時的穩定狀態。如果是急速冷卻的話，則可能形成密度不足的結果(尺寸變大)。

熔融黏度 塑膠熔融黏度，除了和分子鏈的活動性及分子鏈的長度有關外，基本上還受下列因素影響： 熔融體的溫度：溫度越高，黏度越低。 受壓縮的程度：受壓縮則自由體積變小，黏度就增加。 剪切速率：在廣泛的剪切速率範圍內，速率越大，黏度越低。當剪切速率接近於零時，則流體呈現牛頓流體特性(即黏度不受剪切速率影響)。

分子配向 (Orientation) 由於流動場的限制，使得熔融液體的分子鏈產生了應力方向的差異，這個結果使得成形品在不同方向上產生不同的性質及收縮率。一般而言，平行於流動方向的收縮率會大於其垂直方向。 分子配向、密度的分布、及冷卻快慢上的差異，都會影響到成形品的收縮，而一件塑膠成形品在不同部位的收縮率差異又是形成產品變形或是翹曲的最大凶手。

三、塑膠的定義 塑膠是一種人造的材料，利用化學的方法，合成一些與天然樹脂相類似的高分子聚合物，我們稱之為「合成樹脂」。 （美國塑膠工業協會）：「主要由碳、氫、氮及其他有機及無機元素所構成，在成品階段為固體，在製造過程中常是熔融狀的液體，因此可藉加熱使其熔化及加壓使其流動，而形成各種形狀。符合此敘述之材料族類中的任何一種，均可稱為塑膠。」 美國材料試驗協會（ASTM）的定義：塑膠乃是一種高分子量有機物質形成的材料，它在製造過程中可以「流動」（flow），以完成製品的造形。

四、塑膠材料的基本特性 1‧質輕、比強度高、堅固耐用。 2‧優異的電絕緣性能。 3‧優良的化學穩定性能。 4‧減摩、耐磨性能好。 5‧透光及防護性能。 6‧減震、消音性能優良。 7‧耐熱性比金屬等材料差。

五、結晶性塑膠的特性 結晶性塑膠有明顯熔點(Tm)，固體時分子呈規則排列，強度較強，拉力也較強。熔解時比容積變化大，固化後較易收縮，內應力不易釋放出來，成品不透明，成形中散熱慢，冷模生產之日後收縮較大，熱模生產之日後收縮較小。

六、非結晶性塑膠的特性 非結晶性塑膠，其無明顯熔點，固體時分子呈不規則排列，熔解時比容積變化不大，固化後不易收縮，成品透明性佳，料溫越高色澤越黃，成形中散熱快。 泛用塑膠 聚乙烯(Polyethylene, PE) 聚丙烯(Polypropylene, PP) 聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride, PVC) 丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚合物 (Acrylonitrile-Butadene-Styrene, ABS) 壓克力(Acrylic Resin, PMMA) 泛用工程塑膠 尼龍(Polyamide, PA-6, PA-66, PA-46, PA-11, PA-12) 聚對苯二甲酸乙酯(Polyethylenephthalat e, PET) 聚對苯二甲酸丁酯(Polybutylenephthalat e, PBT) 聚縮醛(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM) 聚碳酸酯(Polycarbonate, PC) 特殊工程塑膠 聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS) 液晶(Liquid Crystal Polymer, LCP) 聚二醚酮(Polyether Ether Ketone, PEEK) 氟碳樹脂(Polytetrafluorcethyl ene, PTFE) 聚氧苯甲酯(Polyoxybenzylene, POB) 聚醚(Polyphenylene Sulfide, PES) 聚諷(Polysulfone, PSF) 聚芳香酯(Polyarylate, U-Polymer, PAR) 聚醚醯亞胺(Polyetherimide, PEI) 聚醯胺醯亞胺(Polyamideimide, PAI)

七、塑膠分類（依化學構造的性質） 1. 熱硬化性樹脂（Thermosetting Resins）有如雞蛋加熱固化後，再加熱也不會軟化熔融。例如：尿素樹脂（Urea）、三聚氰氨（Melamine）、鈕扣、開關、馬桶等。因此，熱固性塑膠無法經由再加熱來反覆成型，所以熱固性塑膠的廢料通常是不可回收再利用的。 2. 熱可塑性樹脂（Thermoplastic Resins）加熱後變如蠟般地解，回到常溫則恢復原先硬度，反覆加熱、冷卻也不會改變其本來性質。例如：ABS、PC、HIPS、PS、PE、PU、PVC、PP、POM、Nylon、Silicone等。所以熱塑性塑膠的廢料通常可回收再利用，亦即有所謂的「二次料」。

八、工程塑膠的特性 工程塑膠就是被用做工業零件或外殼材料的工業用塑膠，其強度、耐衝擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑膠。日本業界的定義為「可以做為構造用及機械零件用之高性能塑膠，耐熱性在100℃以上，主要運用在工業上」。其性能包括： 1. 熱性質：玻璃轉移溫度(Tg)及熔點(Tm)高、熱變形溫度(HDT)高、長期使用溫度高(UL-746B)、使用溫度範圍大、熱膨脹係數小。 2. 機械性質：高強度、高機械模數、潛變性低、耐磨損、耐疲勞性。 3. 其他：耐化學藥品性、優良的抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。

九、塑膠的「結晶性」 塑膠之構造是由許多線狀、細長之高分子化合物組成的集合體，依分子成正規排列的程度，稱為結晶化程度（結晶度），而結晶化程度可用x線的反射來量測。有機化合物的構造複雜，塑膠構造更複雜，且分子鏈的構造（線狀、毛球狀、折疊狀、螺旋狀等）多變化，致其構造亦因成形條件不同而有很大的變化。結晶度大的塑膠為結晶性塑膠，分子間的引力易相互作用，而成為強韌的塑膠。為了要結晶化及規則的正確排列，故體積變小，成形收縮率及熱膨脹率變大。因此，若結晶性越高，則透明性越差，但強度越大。 結晶性塑膠有明顯熔點(Tm)，固體時分子呈規則排列，強度較強，拉力也較強。熔解時比容積變化大，固化後較易收縮，內應力不易釋放出來，成品不透明，成形中散熱慢，冷模生產之日後收縮較大，熱模生產之日後收縮較小。相對於結晶性塑膠，另有一種為非結晶性塑膠，其無明顯熔點，固體時分子呈不規則排列，熔解時比容積變化不大，固化後不易收縮，成品透明性佳，料溫越高色澤越黃，成形中散熱快。

十、塑料的「MI」值 MI的全名為「熔液流動指數」(Melt Flow Index)，簡稱「熔融指數」(Melt Index)，是一種表示塑膠材料加工時流動性的數值。它是美國量測標準協會(ASTM)根據美國杜邦公司(Du Pont)慣用的鑑定塑膠特性之方法制定而成，其測試方法是使塑膠粒在一定時間（10分鐘）內，一定溫度及壓力（各種材料標準不同）下，融化之塑膠流體，通過一直徑2.1mm圓管所流出之克數。其值越大，表示此塑膠材料之加工流動性越佳，反之則越差。最常使用之測試標準為ASTM D 1238，該測試標準的量測儀器-熔液指數計(Melt Indexer)的結構如下：將待測高分子（塑膠）原料置入小槽中，槽末接有細管，細管直徑為2.095mm，管長度為8mm。加溫至某溫度後，原料上端藉由活塞施加某一定重量向下壓擠，量測該原料在10分鐘內所被擠出的重量，即為該塑膠的流動指數。所以有時您會看到如下的表示法25g / 10min，清楚的表示其MI為25，且是在10分鐘內擠出25g之意。一般常用的塑膠其MI值大約介於1~25之間，MI愈大，代表該塑膠原料黏度愈小及分子重量愈小。而MI愈小，代表該塑膠黏度愈大及分子重量愈大。

十一、塑料的「Tg」 「玻璃轉移溫度」(Glass transition temperature，Tg )，為轉移溫度(Transition temperature)的一種，當聚合物在Tg時，會由較高溫所呈現的橡膠態，轉至低溫所呈現出似玻璃又硬且易脆的性質。結晶性塑料有明顯的Tg及潛熱值，聚合物會呈現塑膠態或橡膠狀態全視Tg與當時使用時的溫度而定，故Tg為聚合物在使用上的重要指標。

十二、塑料的「Tm」 「熔點」(Melting point，Tm)，又稱可加工溫度，為轉移溫度(Transition temperature)的一種。

十三、塑料的「HDT」 「熱變形溫度」(Heat deflection temperature, HDT)顯示塑膠材料在高溫且受壓力下，能否保持不變的外形，一般以熱變形溫度來表示塑膠的短期耐熱性。若考慮安全係數，短期使用之最高溫度應保持低於熱變形溫度10℃左右，以確保不致因溫度而使材料變形。最常用的熱變形測定法為ASTM D648試驗法（在一標準試片的中心，例如：127×13×3mm，置放455kPa或1820kPa負載、以2℃/min條件升溫直到變形量為0.25mm時的溫度。）對非結晶塑料，HDT比Tg小10~20℃；對結晶塑料，HDT則接近於Tm。通常加入纖維補強後，塑料的HDT會上升，因為纖維補強可以大幅提升塑料的機械強度，以致在升溫的耐撓曲測試時，會呈現HDT急劇升高的現象。

十四、塑料的「收縮率」 收縮率係指塑膠製品冷卻固化經脫模成形後，其尺寸與原模具尺寸間之誤差百分比，可依ASTM D955方法測得。在塑膠模具設計時，須先考慮收縮率，以免造成成品尺寸的誤差，導致成品不良。

十五、添加物 添加劑有很多種，有潤滑劑、氧化防止劑、熱穩定劑、強化劑等等。部份原料必須加入添加劑才能做的出塑膠成品。 添加物的功用在於減少純塑膠的使用量、降低成本、減少變形、增加對熱的抵抗、增加耐衝擊的強度及產生其他必要的性質。 常見的添加物包括： 1. 填料（Filler）：有木粉、石英粉、石灰石、棉花、抹布纖維、金屬粉末、石墨粉、黏土、矽藻土等，可降低成本，增加強度。 2. 加強劑（Reinforcements）：有瓊麻、黃麻、玻璃絲、石墨、陶瓷、尼龍絲、棉花、奧龍絲等，可增加強度。 3. 火燄抵抗劑（Flame Retardants）：主要為磷酸脂，具抵抗火燄燒損的功能。 4. 安定劑（Stabilizer）：有「含鋅肥皂加入乙烯」與「酚加入苯乙烯」，可避免氧化失去可塑性。 5. 靜電防止劑（Antistatics）：加入ㄢ，以防止塑膠粒間的靜電電荷。 6. 著色劑（Colorants） 7. 潤滑劑（Lubricants）：有石蠟、鋅氧粉及硬脂酸鈣等，可增加塑膠在模中的流動性。 8. 增塑劑（Plasticizers）：有Phthalate，可增加製品的柔韌性。 9. 紫外線保護劑（Ultraviolet Protector）：主要為碳煙，可防止陽光紫外線的傷害。

十六、各材料強度值比較 強度為：ABS＞PS(略大於PVC)＞PVC＞PE＞PP

十七、各材料價格比較 PVC 每公斤約19.7元(內銷價格) PP 每公斤約23-24元 HDPE 每公斤約21.5-22.5元間 ABS 單體每公斤約34.5元 PS 每公斤約24.5元 價格為 ABS＞PS＞PP>PE(HDPE)＞PVC 塑化原料價格會隨著石油的油價變動，所以報價也只能提供一種趨勢，不過相對的價格是不會變的，比如說ABS的價格再怎麼變，也會高於其他材料，因為他的製作成本就是比較高。

( 資料下載自網路 )

---