內容目錄
1. 高聚物降解是什麼？
高聚物是由許多長鏈分子組成的材料，塑膠、橡膠、纖維都屬於高聚物的一種。在塑膠成型過程中，高聚物可能受到熱、壓力、氧氣、水分、雜質或機械應力的影響，使原本完整的分子鏈發生變化。簡單來說，高聚物降解就是塑膠分子鏈被破壞的過程，進而造成塑膠材料的強度、韌性、耐熱性與外觀品質受到影響。
高聚物在儲存時也可能發生降解，只是相較於成型加工階段，儲存期間受到的外界影響通常較小，因此降解速度較慢，這種緩慢的降解常被稱為老化。不過，無論是在儲存或加工過程中，降解的本質其實相同。
2. 塑膠成型過程中為什麼會發生降解？
塑膠成型多半是在高溫與壓力下進行，例如射出成型、擠出成型、壓縮成型等。這些加工條件會讓塑膠材料承受許多外部作用。造成高聚物降解的常見原因包括：
(2-1) 加工溫度過高
當加工溫度太高，或材料長時間停留在高溫環境中，高分子鏈就可能被熱能破壞，產生熱降解。
(2-2) 機械剪切過強
塑膠在攪拌、混煉、擠壓、射出時，會受到剪切力與拉伸力。如果機械力過大，也可能造成分子鏈斷裂。
(2-3) 原料含有水分
部分塑膠材料容易吸收空氣中的水分。若加工前沒有充分乾燥，水分在高溫下可能引發水解，使材料性能下降。
(2-4) 空氣中的氧氣影響
塑膠在高溫下接觸氧氣，可能產生氧化降解，使材料變黃、變脆或老化。
(2-5) 原料中含有雜質
如果原料中含有酸、鹼、金屬雜質或其他污染物，可能加速降解反應，使塑膠更容易分解。
3. 高聚物降解會造成哪些問題？
高聚物降解會直接影響塑膠製品的外觀與性能。常見問題包括：
- (a) 塑膠變色、發黃或變黑。
- (b) 表面出現氣泡。
- (c) 產品產生流紋或銀絲。
- (d) 材料變脆、容易斷裂。
- (e) 強度與韌性下降。
- (f) 尺寸穩定性變差。
- (g) 產生異味或分解物。
- (h) 嚴重時出現焦化、碳化。
如果降解程度較輕，可能只是外觀變差；但如果降解嚴重，塑膠製品的機械性能會明顯下降，甚至無法正常使用。
4. 高聚物降解的主要類型
高聚物降解可依照造成原因分成不同類型。在塑膠成型加工中，常見的降解類型包括熱降解、氧化降解、力降解與水解。
(4-1) 熱降解
熱降解是指塑膠因為受熱過度，導致高分子鏈斷裂或結構改變。在塑膠加工中，熱降解是最常見的降解類型。尤其是當加工溫度太高、加熱時間太長，或材料長時間停留在料管中，就容易發生熱降解，這類材料對溫度較敏感，加工時必須特別注意溫度控制。容易發生熱降解的塑膠包括：
(a) PVC，聚氯乙烯。
(b) PVDC，聚偏二氯乙烯。
(c) POM，聚甲醛。
(4-2) 氧化降解
氧化降解是指高聚物與氧氣發生反應，導致材料結構被破壞。在常溫下，多數塑膠與氧氣的反應非常緩慢。但在高溫加工環境中，氧化反應會明顯加快。當熱與氧氣共同作用時，就容易形成熱氧降解。因此，對於容易氧化的塑膠材料，加工時應避免長時間高溫暴露，必要時可加入抗氧化劑。
(4-3) 力降解
力降解是指高聚物受到機械力作用，使分子鏈被拉斷或剪斷。塑膠在加工時，常會經過粉碎、攪拌、混煉、擠出、射出等程序。這些過程都會讓材料受到剪切力與拉伸力。當機械應力超過高分子鏈可以承受的範圍時，就會造成分子鏈斷裂。不過在實際加工中，力降解通常不是單獨發生。因為機械摩擦也會產生熱量，所以力降解常常會與熱降解、氧化降解一起出現。
(4-4) 水解
水解是指塑膠材料中的水分，在高溫下與高分子發生反應，造成分子鏈斷裂。部分塑膠材料具有吸濕性，容易吸收空氣中的水分。如果成型前沒有充分乾燥，水分就可能在高溫加工時引發水解。容易發生水解的塑膠通常含有以下結構：
(a) 醯胺基。
(b) 酯基。
(c) 碳酸酯基。
5. 如何防止塑膠成型過程中的降解？
高聚物降解通常會讓塑膠製品品質變差，因此在加工時應盡量避免。以下是常見的改善與預防方法。
(5-1) 使用合格的塑膠原料
原料品質會直接影響加工穩定性。如果塑膠原料中含有過多水分、酸鹼物質、金屬雜質或污染物，都可能加速降解。因此，加工前應確認原料符合規格，避免使用受潮、污染或品質不穩定的材料。
(5-2) 成型前做好乾燥處理
吸濕性塑膠在加工前必須充分乾燥。特別是 ABS、PMMA、PA、PC、PSU 等材料，容易吸收水分。如果沒有乾燥就直接加工，可能在高溫下產生水解，造成產品表面缺陷或性能下降。一般來說，吸濕性較強的塑膠在加工前，應依照材料規格控制含水量，部分材料通常需要降低到約 0.01% 至 0.05% 的範圍。
(5-3) 合理設定加工溫度、壓力與時間
不同塑膠對熱與應力的敏感程度不同，因此加工條件必須依材料特性調整。尤其是熱穩定性較差、加工溫度與分解溫度接近的塑膠，更需要精準控制成型條件。設定製程條件時，應注意：
- (a) 加工溫度不可過高。
- (b) 加工溫度應低於材料分解溫度。
- (c) 壓力不可過大。
- (d) 剪切速度不可過高。
- (e) 材料在料管內停留時間不可過長。
- (f) 避免反覆加熱或多次回收加工。
(6-4) 改善模具設計
模具設計也可能增加塑膠降解的風險。例如流道過長、流道有死角、排氣不良或冷卻效率不足，都可能讓材料在高溫環境中停留太久，導致燒焦、變色或分解。良好的模具設計與設備應注意以下幾點：
- (a) 流道設計應順暢，避免熔膠流動阻力過大。
- (b) 避免死角與滯留區，減少材料長時間停留。
- (c) 控制流道長度與截面變化，降低過度剪切與壓力損失。
- (d) 加熱系統應均勻穩定，避免局部過熱。
- (e) 冷卻系統應具備穩定且均衡的冷卻效率。
- (f) 排氣設計應良好，避免氣體滯留造成燒焦或成型缺陷。
透過上述設計，可使塑膠熔體在模具內保持穩定流動，減少局部過熱、滯留與氣體累積的情況，進而降低材料降解與成型不良的發生機率。
(6-5) 加入穩定劑或抗氧化劑
對於熱穩定性較差、容易氧化，或加工溫度較高的塑膠，可以加入適當助劑，提高材料對降解的抵抗能力。常見助劑包括：
- (a) 熱穩定劑。
- (b) 抗氧化劑。
- (c) 光穩定劑。
- (d) 水解穩定劑。
這些助劑能減少高溫、氧氣、水分或光線對高聚物的破壞，提升塑膠材料的加工穩定性與使用壽命
☆☆☆ 延伸閱讀 ☆☆☆
(☆) 熱塑性塑膠的成型特性(上)
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)
(☆) 塑膠材料的特性與使用性能
塑膠材料的特性可以用「可設計、好加工、應用廣」來概括。它通常重量輕、容易成型，適合大量生產；同時具備不易生鏽、耐多數化學品、絕緣性佳等優點。更重要的是，塑膠的性能很「可調」：透過樹脂種類、添加劑與纖維填充等配方設計，可以在硬度、韌性、耐熱、耐磨、透明度與尺寸穩定性之間做出不同取捨，滿足從日用品到工業零件的各種需求。以下的的播放清單是有關塑膠材料的特性與使用性能說明提供給各位參考。
