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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)
4. 塑膠分子的取向
在塑膠成型加工過程中，有一個取向現象值得注意。我們先看一下塑膠熔體是如何流入成型模具型腔的，這將有助於瞭解塑件表面和芯部方向性產生的原因，如(圖6)所示。
非晶態高聚物的玻璃態、高彈態和黏流態以及結晶型高聚物的非晶態部分，在一定條件下會存在分子取向。當液體狀態的塑膠在射出機中受力的作用下，高速通過噴嘴及模具的流道時，長線形的高分子會順著流動方向做相互平行的排列，一旦這些排列在塑膠冷卻固化之前來不及消除而留在了固態塑件中，分子的取向及因此而形成的取向效應便保持下來。
一般來說，取向作用會使塑件的整體性遭受削弱，表現為塑件內部各處的物理機械性能不均衡。由於分子排列的結果，與分子鏈相垂直方向的強度將差于平行方向。顯然，當這種取向強烈時，塑件很可能出現翹曲變形或開裂。(圖7)列舉了幾種常用塑膠分子取向後其縱、橫兩個方向上的拉伸強度及伸長率的比較。
塑膠的取向作用在有些塑件上是比較容易注意到的。如(圖8-1)中的透明聚苯乙烯圓形面蓋塑件，粗的直澆口設在中央，由於射出時起始射壓不高，後來的塑膠在較大的壓力梯度下緩慢進入模腔，造成分子輻射狀的取向排列，加上冷卻過程太快，定向作用便被保留下來。結果，經過一段不長時間的使用或靜置，機械強度的差異便以應力破壞的方式暴露出來，從中央開始沿輻射方向出現眾多裂紋。
(圖8-2)是黑色的改性聚苯乙烯及聚苯乙烯共混料塑件，在料流方向上出現一個彎曲位A，由於通道突然收縮變窄，塑膠充盈時壓力梯度大，分子取向作用大，當射出接近結束發生輕微脹模時，熱熔料擠開基本冷固了的排列有序的分子鏈，於是出現了A位置應力發白的缺陷。
克服取向作用的一個途徑是採用較充分的射出條件(如加快射出速度、提高料溫和模溫)，必要時讓塑件在接近塑膠軟化溫度下進行退火，但效果並不太理想。
註；退火是在低於Tm而高於Tg的溫度下(一般是在熱變形溫度以下20~30°C)進行的熱處理方法。
5. 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。
6. 塑膠的結晶度
熱塑性樹脂固體中的分子聚集狀態有疏密，可以把緻密的部分稱為結晶部分，而把過疏的部分稱為非結晶部分，大多數的聚合物都會有某種程度的結晶部分，因此，我們把結晶部分的含有率稱為結晶度。但一般來說，像尼龍、熱塑性聚酯那樣具有官能團的聚合物，或像聚丙烯、聚乙烯等分子排列較規整的聚合物，它們的結晶度較高，而共聚物或混合的聚合物等其結晶度較低。一般聚合物的實際結晶度比其固有的結晶度要低，因此，其結晶度可以通過熱處理或提高模溫的方法得到提高。
結晶度高的聚合物其強度增加、伸長率下降、體積減小。塑膠的結晶度越高，其密度就越大，熔融溫度(熔點)也越高，而且強度大，透明性低，伸長率小。可見結晶度和物性有著緊密的關係，各種樹脂在拉伸特性上的變化和該樹脂在成型加工過程中產生的結晶化的差異有關。而且結晶化的差異越大，聚合物拉伸特性的變化幅度也越大。熱塑性樹脂的結晶部分和非結晶部分的模型如(圖13)所示。
結晶性較好的聚合物會因其結晶化的進行而產生體積收縮，進而影響其塑件的尺寸穩定性。因此，必須設法在加工時盡可能使其結晶度提高到固有的結晶度，以防止後收縮引起塑件的尺寸穩定性下降。事實上，為了改善塑件的尺寸穩定性，常在樹脂中添加一些能起結晶化的成核劑。
7. 塑膠的玻璃化溫度
熱塑性樹脂會出現一個玻璃化溫度(玻璃化轉變點)的現象，即聚合物在溫度增高的過程中，在其熔融前會在某一溫度範圍內處於既非固體又非黏性液體的橡膠態，我們把出現橡膠態的開始溫度稱為玻璃化溫度(Tg)。在這個溫度範圍裡聚合物的熱膨脹會突然變大，而且所發生的形變和橡膠不同，是不可逆的形變。
玻璃化溫度特性對使用聚合物塑件時是非常重要的，例如，把塑件放置在玻璃化溫度以上的溫度條件下時，會招致意想不到的變形。反之，如果想對塑件進行改變形狀加工處理等，則可以在玻璃化溫度以上進行實施。此外，希望提高塑件的結晶度時，也可以在這個溫度範圍中進行處理。
8. 塑膠的蠕變及應力鬆弛
如果把一個由熱塑性樹脂製成的細長板的一端掛上重物，在放置了一段較長的時間後，就會發現板的長度在隨著時間一點一點地增大，而且即使把重物取下來，板的長度也不會再恢復，我們把這種現象稱為蠕變。
如果在板的兩端加上拉應力或者壓應力並使之保持在一定的長度，同樣在放置了一段較長的時間後，就會發現所加的應力在逐漸變小甚至變為零，我們把這種現象稱為應力鬆弛。
當然，這種現象在作用力施加較短的瞬間是見不到的，只有在長時間受力的情況下才能發生。這種現象在鋼鐵、陶瓷或熱固性樹脂中是見不到的，熱塑性樹脂之所以發生這種現象，與線狀巨大分子隨時間順其應力方向滑移有關。
因此，為了防止這種現象的發生，就應該增加大分子和大分子之間的橫向束縛力。這其中的一個方法就是提高其結晶度，如尼龍、聚酯及聚丙烯等樹脂，本來其結晶度就較高，但為了更好地防止以上現象的發生,必須在進行纖維加工時,用熱處理或拉伸來最大限度地提高它們的結晶性。另一個方法就是使用某些化學藥品，使之形成三維網狀結構，如熱固性樹脂就屬於此類，因其三維網狀結構的束縛可以有效地防止大分子間的滑移。
塑膠的蠕變現象或應力鬆弛現象常引發一些意外的事故。如把一個是凹形、另一個是凸形的兩個塑件，強制壓在一起組合成“子母扣配合”的形式時，由於是強制壓入，在接合部兩塑件必然要分別受到壓應力和拉應力的作用，時間一長，接合部就會鬆動而影響裝配品的繼續使用。此外，在塑件的儲存或搬運過程中，必須注意不要使之受到很大的應力，否則會引起塑件的變形、破損等問題。
9. 塑膠的熱膨脹
熱塑性樹脂的缺點之一是其熱膨脹和熱收縮比較大，有時會因此影響其使用。例如，在其他種類的樹脂表面上用熱塑性樹脂塗覆時，或把金屬和熱塑性樹脂組合在一起使用時，由於各自膨脹係數的不同，有時會造成彎曲、龜裂、鬆弛等問題。而且，把其塑件作為機械零部件使用時，也會因發生熱膨脹等引起尺寸變化，造成配合不良等問題。
一般各種材料都有隨溫度升高其熱膨脹係數增大的傾向。樹脂的熱膨脹係數和品質體積(比容)與溫度的關係如(圖14)所示。
從(圖14)中可知，樹脂在一定的溫度範圍內其熱膨脹系數是以一定的速率變化的，而一旦到了玻璃化溫度就會有急劇的增大，最後導致熔融。根據對樹脂內部的觀察，在低溫下保持不變的自由體積(分子間的自由間隙) ，一旦到了玻璃化溫度後就會隨溫度升高而急劇增大。塑件變形加工必須在Tg以上進行，正是因為自由體積增大後分子易於運動，所以有利於改變其形狀的加工。熱塑性樹脂的熱膨脹係數一般比其 他材料要大5~10倍。
