塑胶材料市场应用领域的广阔前景

    塑胶材料特性

　　射出成形之加工就是（塑化）→（流动）→（成形）→（固化结晶化）的工程。
　　因此对于塑料的特性，就格外重要了。例如：溶解温度、压力、黏度、比热……等都必须予以重视。由于塑料之领域非常广阔，于此无法深入其间，不过我们将针对其常识部份加以说明。
　　一、可塑化
　　塑胶之所以能够成形加工，是由于它在温度与压力的作用下产生变形，依受热的温度不同，可分为四种状态，即玻璃状态、高弹性状态（橡胶态）、粘流态（可塑化状态）、分解状态：
　　玻璃状态：0～T1，分子在冻结状态，硬且脆，遇压力则易破裂。
　　高弹性状态（橡胶态）、：T1～T2，因外力可变形，未达溶化状态不易成形。
　　粘流态（可塑化状态）：T2～T3，可随意加工成形。
　　分解状态：T3，塑胶开始裂解，出现气体分解物，甚至达烧焦状态。

　　二、塑胶材料之选择：
　　设计制品之初即应选择所用塑料，但大都未将模具并入考虑。但可能的话，所选用的材料应使模具之制造简单才好。
　　成形收缩率小者（PS、ABS、PC）的尺寸精度较易达成。而成形收缩率大者（PP、PE、POM）较难做到尺寸精度（模具的公差为成形品公差之1/6）。
　　流动时黏度比较大者（ABS等），溶液较不易流入缝隙中，但黏度小者（如PA、POM）即使间隙很小溶液亦易于进入。
　　成形时之温度较低者(PS等)较易成形且成形周期亦快，但成形温度高者(PC)则较慢。
　　成形时不易变质或分解者（PS、PE、PP等），量产时不易引起品质不稳的不良品，但成形时易发生变质或分解者，若不严格要求成形条件（模具可以精密控制成形条件）则无法量产。此在热浇道之情形下问题尤其严重。

　　三、熔化塑胶的流动性
　　一般的流体（例如：水、油……）其流动状态，皆依照牛顿定义进行。而塑胶熔液看似普通的流体，其实乃是非牛顿流体。例如：在牛顿流体中，虽然剪断应力有变化，但其粘度却不变。而塑胶熔液，当剪断应力发生变化时，粘度也有明显的变化产生。例如：在牛顿流体中，压力从1增加到了10的时候，则流出量增加了10倍。以塑胶熔液来做同样的实验，当压力从1增加到10，其流出量可能增加了100倍，或500倍，甚至1000倍（依照不同的塑胶而定）。
　　因此在这种非牛顿流动中，压力增大则流动抵抗减小。因此射出成形时，虽然浇口相当狭小，但却很容易填充于模穴内，至于牛顿流体，再加分类有两种，如图：
　　射出成形是将塑胶溶液采用高速度使其产生变形的一种加工法，因塑胶溶液有压缩性，在高速的流动下，容易引起弹性的压力变动。这个现象，当流动阻力有急速变化时，即可看出这种弹性的压力变动变生后，流体前端的扩散方向极为混乱不安定。但是采用高速填充时，塑胶溶液又像是非压缩性的现象。
　　可是在某些情况，必需以急速填充时，射出压力及速度也就异常的增高。因此富有弹性的塑胶溶液（弹簧），头一瞬间时承受过程的压缩，第二瞬间时引起强大的阻力，其原因是压力的起伏变动和流动体前端的乱流所发生的，这种流动状况称为弹性乱流。

　　四、成形条件：
　　(注)以下为一般形塑料之成形条件
　　对于每一种不同塑料，其相对的成形区域或有不同，不过其过程分析皆相同。因此对于优秀的模具设计者而言，应确实了解每一种塑料之成形区域及加工特性。

　　五、结晶性塑胶与非结晶性塑胶
　　从分子的结构观察，结晶性塑胶─线状高分子，依样其化学构造，有些分子的一部份，乃以有规则地集合，将其称为结晶性塑胶。不是所有的分子都变成此状态，依据冷却条件在重量比有40～80％程度变成结晶状态。此程度称为“结晶度”。结晶之内都是称为Lamella的分子链弯曲、折叠，而未进入产生单位结晶之结晶部分的分子链存在于Lamella或球晶之间，产生非结晶部分。非结晶性塑胶……与结晶性塑胶不同，分子无法有规则地集合。这是由于形成高分子链之原子团太大、架桥妨碍结晶。
　　从容积变化的观察结果，亦可将热可塑性塑胶分为两大类，一种是非结晶性塑胶，另一种是结晶性塑胶。对于结晶性与非结晶性之分类，在表中有关各种塑胶的习性已有注明。对于其容积与温度间之变化，我们可由以下例子来做更进一步的了解。例如：PS（非结晶性塑胶之代表）从20℃加热到200℃时约膨胀8.3％，以密度而言，从0.97
cm/g减少到1.012 cm/g（结晶性塑胶之代表）在同条件下有下列的变化：
　　20℃容积：1.03 cm/g
　　200℃的容积：1.33 cm/g
　　容积增加率：29％
　　已溶融的非晶性聚合物，采用现在所使用的射出成形机，可做大幅度的压缩。因条件而异，过剩的溶融体也可强制填充于模穴内，在这种条件下做出的成形品，残留着很大的内应力而固化。对成形品的性能有很大的影响。它会在脱模的瞬间被破坏，稍受到外力或因化学药品的作用也很容易受破坏。
　　结晶性塑胶，因加热使结晶完全融解，溶融体成了非晶状态，其动作与非结晶性聚合物一样。值得注意的是压力变高时，从结晶质到非结晶质的转移温度也会提高。结晶性塑胶成形时，在成形品的品质上有一点很重要，即聚合物在非结晶状态时必需要完成成形的动作。这件事，特别是对保压期间而言，保压中的变形即是因流动而引起的。
　　结晶性塑胶的溶融体急速冷却后，成形品的某些部份，其再结晶化受到妨碍，再结晶化的现象无法瞬间完成，而随时继续进行，密度和结晶化程度之间有直接的关系，结晶化程度高，则密度提高。相反地，结晶化程度低，则密度降低，因急激的冷却，而使再结晶化受到妨碍的部份，因温度、时间因素的差异下，或多或少继续进行后结晶化。后结晶化继续进行，直到回复原本此部份的密度为止。因此可以了解后结晶化与后收缩是相关连的，后结晶化和后收缩也是造成成形品弯曲变形和尺寸变化（成形品变小）的原因。
　　模穴表面温度高的话，成形收缩起初很大，热处理时却少有变化。因此，在很高的模具表面温度下做出的成形品，虽然在高温下使用，但其尺寸安定性却很好。因此，决定结晶性塑胶的模穴尺寸时，必需要考虑后结晶、后收缩的关系，而重要的是，模穴表面温度从成形开始就要正确地掌握。当然，要使模穴的表面温度完全无温度差是不可能的，但可使用有效的温度控制系统，尽量减少温度差。

信息来源：有机玻璃相框