成型用塑膠

成型用塑膠材料及其配製

在塑膠製品生產中,可不經改性直接成型的純聚合物極少。單一樹脂難兼顧加工性與使用性能,故需加入增塑、穩定、補強、抗候、著色等添加劑,透過科學配製提升熔體流動、熱穩定、機械強度、耐候及外觀品質,以滿足成型與服役需求。

1. 成型用塑膠材料的配置

在塑膠製品的生產過程中,能夠直接、不經任何改性就進行成型加工的純聚合物數量非常有限。大多數情況下,單一聚合物的性能往往難以同時滿足成型加工性與成品的使用性能需求,因此,必須在聚合物中加入各種添加劑,通過科學配製,使其具有更佳的加工流動性、熱穩定性、機械強度、耐候性及外觀品質。這些經過配製的塑膠原料,才適合投入不同的成型加工方法,製造成多樣化的塑膠製品。

2. 粉料與粒料的製備

粉料與粒料在化學組成上相同,但因混合均勻度、塑化程度及顆粒細分程度不同,導致其加工特性有所差異。

(2-1) 粉料的配製過程

粉料的組成一般包括樹脂、穩定劑、色料、填料、潤滑劑等。雖然粉料與粒料的主要化學組分相同,但在混合均勻度、塑化程度與粒徑分佈上存在差異。粉料的製備通常分為兩個階段:

  • (a) 原料的準備:包括原料的預處理(如乾燥、除雜質)、精確稱量,以及將各成分輸送至混合設備的步驟。
  • (b) 原料的混合:按照既定配方的順序,將樹脂與各種助劑投入混合設備中進行均勻混合。混合順序往往依據添加劑的性質與與樹脂的相容性來決定。粉料製備的基本流程如下(Figure 2)。

(2-2) 粒料的製備過程

粒料是將已混合好的粉料進一步塑化並造粒而成,塑化過程中,利用機械剪切力與摩擦生熱使聚合物熔融,並驅除揮發性成分,粉碎其中的凝膠顆粒,使物料分散更均勻(Figure 3)。

3. 特殊形態塑膠的配製

(3-1) 溶液

溶液的主要組分是樹脂與溶劑,以及適量的增塑劑、穩定劑、色料和稀釋劑等。在塑膠成型中所用溶液有的是在樹脂合成過程中直接得到,也有的需在使用前由配料設備現場配製。由於溶劑在塑件生產過程中已經揮發掉,所以用溶液為原料製成的塑件中並不殘留溶劑。

(3-2) 分散體(溶膠塑膠)

分散體是樹脂在非水液體(分散劑)中形成的懸浮體,常見於PVC糊樹脂。分散劑可分為:

  • (a) 增塑劑類(如鄰苯二甲酸二辛酯DOP)
  • (b) 揮發性溶劑類(如甲基異丁基酮MIBK)

溶膠塑膠可加入稀釋劑、穩定劑、填充劑、凝膠劑、著色劑等,根據用途不同,配方比例也會有顯著差異。例如,用於人造革的配方會加入較多增塑劑以增加柔軟性,而用於防水塗層的配方則會更注重耐候性與黏著性。

溶膠塑膠的製備通常是在球磨機或高速混合機中將樹脂、分散劑及各種助劑充分混合而成。由於加入的組分和比例不同,溶膠塑膠的性質就會出現差異。

(3-3) 纖維狀料

纖維狀料是樹脂中加入高強度纖維作為增強填料,能顯著提升材料的抗衝擊性、耐熱性與尺寸穩定性;纖維增強塑膠的性能很大程度取決於纖維的長度、含量與分佈均勻性。例如:

  • (a) 石棉纖維酚醛塑料:耐熱耐磨,適合製動摩擦件。
  • (b) 玻璃纖維增強塑膠(GFRP):廣泛應用於汽車零件、電器外殼。
  • (c) 有機矽石棉壓塑膠:適用於耐高溫電器絕緣部件。

(3-4) 層狀料

層狀料是將紙張、布料、玻璃布等片狀填料浸漬樹脂溶液後,疊壓成型製得。依填料不同,可分為:

  • (a) 紙層酚醛塑料:電絕緣性能良好,適用於電器元件。
  • (b) 布層酚醛塑料:具有優異的機械強度與耐磨性,常用於齒輪、軸承座。
  • (c) 石棉布層酚醛塑料:耐高溫、耐摩擦。
  • (d) 玻璃布層塑膠(玻璃鋼):強度高、重量輕,廣泛應用於航太、船舶等領域。

4. 不同塑膠形態與加工方法的適配性

合理選擇原料形態,不僅能提高加工效率,還能顯著改善產品性能與外觀品質。不同形態的塑膠原料對應不同的加工工藝如下(Figure 4)。

5. 延伸閱讀

(5-1) 塑膠的組成與分類

(5-1) 塑膠的組成與分類
塑膠是一種以高分子量的合成樹脂為主要成分的材料,在特定條件下(如溫度與壓力)可以被塑造成特定形狀,並在常溫下保持其形狀不變。其基本組成為合成樹脂,並依不同用途加入各類輔助材料,如填料、增塑劑、著色劑、穩定劑等。由於所選用的樹脂種類、助劑性能與配比,以及成型加工工藝的不同,不同品種與牌號的塑膠在加工特性與使用性能上均有所差異。因此,工程技術人員必須充分掌握所用塑膠材料的工藝特性,才能確保製程穩定與產品品質。(按圖連結文章)