內容目錄
1. 熱塑性塑膠加工溫度變化
熱塑性塑膠（Thermoplastics）因其分子結構具可重複加熱與冷卻的特性，在溫度變化下呈現出三種主要的物理狀態：玻璃態、高彈態與黏流態(Figure 1)。這三種狀態的轉變是聚合物受熱行為的基礎，也是加工過程中的重要參考依據。
2. 熱塑性塑膠加工的三種受熱狀態
熱塑性塑膠具有可反復加熱熔融與冷卻成型的特性，因此廣泛應用於各類製品的製造。當溫度升高時，材料會依序經歷玻璃態、高彈態與黏流態三種狀態；隨著溫度降低，這些變化又會反向發生並重複循環。
(2-1) 玻璃態（Glassy State）
當熱塑性塑膠處於玻璃化溫度（Glass Transition Temperature, θg）以下時，呈現出堅硬脆性的固態，稱為玻璃態。此時的塑膠結構排列緊密，分子鏈活動受限，材料幾乎無法產生明顯變形，是大多數塑膠產品在使用時的典型狀態。
- (a) θg：玻璃化溫度，為塑膠從剛性轉為具彈性行為的轉換溫度，是使用性能的上限參考。
- (b) θb：脆化溫度，低於此溫度材料會顯得極為脆弱，易斷裂，是塑膠材料使用的下限溫度。
處於玻璃態的塑膠雖不適用於熱成型加工，但可進行精密的機械加工，例如車削、鑽孔或銑削等。
(2-2) 高彈態（High Elastic State）
當加熱超過玻璃化溫度（θg）時，塑膠分子活動開始變得活躍，材料呈現出像橡膠一樣的彈性，進入高彈態。這一階段的塑膠具有良好的彈性與可逆形變能力，是許多成型工藝的理想條件。在高彈態下，塑膠可進行下列加工：
- (a) 真空成型（Vacuum Forming）
- (b) 吹塑成型（Blow Molding）
- (c) 彎曲成型（Bending Forming）
- (d) 壓延成型（Calendering）
由於形變為可逆，為確保製品定型，成型完成後需迅速冷卻至玻璃態以下，以防止回彈與變形。
(2-3) 黏流態（Viscous Flow State）
當加熱溫度繼續上升並超過黏流化溫度（θf）時，塑膠進入黏流態，變成可流動的液態材料。此時塑膠的分子鏈間互相滑動，具有流動性，適合用於射出、擠出等成型方式。
- (a)θf：黏流化溫度，是高彈態向黏流態的轉換點。
- (b)θd：熱分解溫度，當塑膠加熱至此溫度以上，會發生分解反應，產生異味、變色或力學性能喪失。
黏流態的特點在於材料變形不可逆，即一旦定型冷卻，其形狀與結構便會固定。這是熱塑性塑膠能夠重複加工與回收的主要依據。θf與θd之間的溫度範圍越寬，加工操作的彈性越大，有利於控制製程參數。
3. 熱固性塑膠受熱時的特殊行為
相較於熱塑性塑膠，熱固性塑膠（Thermosetting Plastics）在加熱時的行為有顯著不同。這類塑膠受熱會發生不可逆的化學反應，導致其硬化成型後無法再次熔化。熱固性塑膠的受熱階段：
- (a) 初期加熱：塑膠開始變軟，出現黏流性，具有可成型性。
- (b) 固化反應：隨著加熱時間延長與溫度升高，聚合反應啟動，分子鏈交聯形成穩定的三維網狀結構。
- (c) 完全固化：塑膠完全變成堅硬固體，且無法再次加熱熔化，呈現永久形狀。
- (d) 熱分解：繼續加熱至高溫時，材料會開始分解並喪失結構與性能。
4. 結語
塑膠在受熱時所呈現的玻璃態、高彈態與黏流態，揭示了材料在不同溫度下的力學行為與加工潛力。而熱固性塑膠的不可逆硬化過程，更凸顯了加工時機的關鍵性。對於從事塑膠設計、成型加工與品質控制的工程師與技術人員而言，深入了解這些熱性質，是確保產品品質與加工效率的核心知識。如果你從事塑膠材料相關產業或對材料工程有興趣，理解這些基礎熱性變化行為，將大大提升你在選材、設計與製程上的專業判斷能力。
5. 延伸閱讀
(5-1) 塑膠加工過程中的塑膠熱力三態轉換
在塑膠加工過程中，材料的物理與力學性能會隨溫度變化而顯著改變。隨著溫度升高，塑膠會呈現不同的物理狀態，其力學特性亦會在各階段有所差異，並對成型加工產生關鍵影響。因此，充分掌握塑膠受熱後的物理狀態與力學性能，對於確保成型加工品質與效率具有重要意義。(按圖連結文章)
(5-2) 熱塑性塑膠的成型特性
熱塑性塑膠是一種具備良好可塑性與加工性的材料，只需加熱至特定溫度即可熔融流動，冷卻後則可恢復為固態，並能多次加熱重塑，因此廣泛應用於射出成型與擠出加工等製程中。相較之下，熱固性塑膠在高溫加熱時會發生不可逆的交聯反應，固化後結構穩定，無法再度熔融成型，適用於需高耐熱性與機械強度的應用場景。(按圖連結文章)
