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1. 熱塑性塑膠的應用
熱塑性塑料由線性或支化聚合物組成,其分子鏈之間沒有交聯作用。這樣的結構使得在高溫下,它們可以融化成流體狀態,並在冷卻後成形。這類塑料具有很高的可塑性,能夠被製造成各種複雜的形狀,如薄膜、板材、管材、棒材和薄壁部件等(圖1)。
塑料在成型工藝和成品質量方面的各種性能,統稱為塑料的工藝性能。對塑料工藝性能的了解和掌握程度,直接關係到塑料是否能夠順利成型並保證成型品的品質,同時也影響到模具的設計要求。以下是有關於熱塑性塑膠的特性說明。
2. 塑膠三態的微觀結構和工藝特性
我從模具鉗工轉向模具設計領域,開始接觸模流分析這塊工作後。那時會看一些模流分析書籍與資料,這些資料內容經常可以看到關於塑膠三態的說明,但那時對這些內容大多只是模糊理解。直到進入研究所之後,我開始閱讀一些高分子材料相關的書籍,才逐漸釐清三態的熱力變化以及對於塑膠材料的影響。對多數技術人員而言,要靜下心來看技術資料或專業書籍並不容易,像我們這一輩(我1975年次)往往就是因為不愛讀書才去學技術。然而,若想在專業觀念上真正進步,就必須要去理解這些基礎理論。以下我整理了塑膠三態的文章說明,盡可能以易懂的方式表達,希望能幫助各位對這個重要概念建立起更清晰的認識。
(2-1) 塑膠加工過程中的塑膠熱力三態轉換
在塑膠加工過程中,塑膠材料的物理與力學性能會隨著溫度的變化而產生顯著改變。隨著溫度升高,塑膠會進入不同的物理狀態,其力學特性也會依照加熱階段而有所不同,這對成型加工具有關鍵性的影響。因此,充分了解塑膠在加熱過程中的物理轉變與力學行為,對於掌握成型條件與提高加工品質至關重要。(按圖連結文章)

(2-2) 熱塑性塑膠與熱固性塑膠加工溫度變化曲線解析
塑膠材料在日常生活與工業製造中均扮演著不可或缺的角色,其性能表現與溫度變化密切相關。當溫度升高時,塑膠會產生一系列顯著的物理與力學性質變化,這些變化對其加工成型過程與最終應用性能具有決定性影響。(按圖連結文章)

3. 塑膠分子的取向
在塑膠成型(尤其是射出)現場,你可能遇過這些情況:明明是同一種材料、同一套模具,成品卻在不同方向的強度落差很大、收縮率不一致,甚至放置或使用一段時間後產生翹曲、裂紋。這些問題往往不是「料不好」或「模具不好」,而是被一個常被忽略的關鍵牽動——塑膠分子鏈的「取向性」。以下文章內容會用工程端看得懂、用得上的方式,帶你釐清:取向是什麼、它為何在充填與保壓中形成。
(3-1) 塑膠分子的取向性
塑膠分子取向性是受外力的作用,高分子鏈被拉直拉長,同時球晶體也被拉長。分子取向是在外力作用下的一種形變,分子的形變能提高其拉伸強度和衝擊強度。但在取向垂直方向上其拉伸強度有所下降,衝擊強度也有所降低,所以說分子取向有方向性。(按圖連結文章)

(3-2) 塑膠成型中的「分子取向」
在塑膠材料的成型與應用過程中,「取向性」是一個經常被提及,卻不一定被完整理解的重要概念。分子取向不僅影響材料的力學性能,也與成品的尺寸穩定性、變形甚至開裂風險密切相關。這篇文章將從取向的基本概念出發,說明其微觀本質、解取向行為,以及對射出成品品質的實際影響與應對方式。(按圖連結文章)

(3-3) 高聚物成型過程中的取向
在射出、押出、吹塑、拉伸等高聚物成型過程中,你常會聽到「取向」這個詞。它不是教科書上的名詞而已,而是會直接反映在產品上:強度方向性差異、收縮不一致、翹曲變形,甚至開裂。要把這些問題講清楚,關鍵在於理解:分子為何會被「排隊」、又為何會「鬆回去」。(按圖連結文章)

4. 塑膠的熔體黏度
熔體黏度是反映塑膠熔體流動的難易程度的特性,是熔體流動阻力的度量,黏度越高,流動阻力越大,流動越困難。聚乙烯的分子形狀及其分子量分佈不同,其熔體黏度將有不同的表現。當熔融溫度或施加的壓力所引起速率變化時,將對加聚物或縮聚物的熔體黏度產生影響。(圖9-1)和(圖9-2)分別為各種樹脂的熔體黏度與溫度、壓力的關係。

從(圖9-1)可以看出,醋酸纖維素(CA)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PM-MA)、尼龍(PA)及聚碳酸酯(PC)等樹脂,它們都是隨著溫度的增加而黏度急劇下降的,因此曲線的斜度較大,而聚乙烯及聚甲醛樹脂則對溫度不敏感,見(圖10)。

(圖9-2)和(圖11)表示測定時因加壓引起速率(稱之為剪切速率)變化時,各樹脂熔體黏度的變化情況。從(圖9-2)可知,聚苯乙烯及各種聚乙烯樹脂的熔體黏度隨速率的增加表現出急劇下降的傾向,而尼龍、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯及聚碳酸酯的熔體黏度則對速率不敏感。如果把熱塑性聚酯和聚丙烯做比較,在100cm/s以內的低速率區域,當剪切速率改變時熱塑性聚酯的黏度幾乎不變,而聚丙烯樹脂的黏度則隨剪切速率的增加而急劇下降。

熱塑性樹脂存在這樣一種傾向,如果其熔體黏度對溫度敏感的話對剪切速率就表現得不敏感;相反,對剪切速率敏感的話對溫度就不敏感。唯一例外的樹脂是聚苯乙烯,它的熔體黏度不僅對溫度敏感,而且對剪切速率也敏感,見(圖12)。

聚苯乙烯(PS)之所以是最容易成型加工的樹脂,就是因為它能簡單地通過提高熔融溫度,或通過提高熔融樹脂注入模具時的速度(射出速度)的方法來降低其樹脂黏度。像尼龍這樣含有官能團的樹脂,其最佳成型溫度(實際的射出溫度)都在熔融溫度附近,而且其溫度可調範圍較小;由於活潑原子團組成的加聚物,其最佳成型溫度高得多,溫度可調範圍大,通過提高射出速度的方法等都可降低其熔體黏度,加聚物樹脂的特性通過多級(多段)射出速度的射出機會得到更好的發揮。





