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塑胶原料特性1


塑膠原料特性(1)

2012年6月1日星期五

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內容

高分子概念 塑膠材料分類 塑膠微結構與物性之關係 連結器與塑料之關係

2012年6月1日星期五

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高分子的概念
Homopolymer Copolymer
Alternating Random Block Graft
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AAAAAAA (ex. Polystyrene)

ABABABA (ex. Polyester) AABBBABABBA (ex. SBR) AAAABBBBAAAA (ex. SBS) AAAAAAA (ex.HIPS)

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Scheme of classification of polymer composites

Polymer

Homopolymer

Copolymer

Amorphous

Crystalline

Graft

Blend

Alternating

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軟脆PVC

硬脆PS

硬剛PP

軟韌SBR stress(kg/cm2)

硬韌PC

strain(%)
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高分子物性決定因素

〃MFR(melt flow rate)=f(molecular weight) 〃Density=f(molecular branch) 〃Molecular weight distribution

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塑膠材料分類(1)
以基本結構來分 熱塑性:(thermoplastics) 1)線性高分子組成 2)藉加熱與冷卻具有改變液態與固態的可逆性反應 3)加工過的材料可重複回收使用 熱固性:(thermosets) 1)分子構造呈網狀、三次元結構 2)無法進行液態與固態的可逆性反應 3)加工過的材料無法重複回收使用

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塑膠材料分類(2)
以分子之配列來分 結晶性: 1)具有明顯熔點 2)當結晶結構被破壞時,比容(單位重量的體積) 會有明顯的變化。 非結晶性: 1)無明顯之熔點 2)具透明性 3)抗化學性較差

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塑膠材料分類(3)
以功能來分 塑膠依其機械、電氣、熱學及其他性質功能來分。 1 )泛用塑膠:通常以美觀及低功能使用要求,為訴求 重點。如:PE 、 PVC 、 PMMA、ABS 2 )工程塑膠:常用以取代鋁、鐵等金屬鑄造及高功能 要求的精密零件上。如:POM 、 PBT 、 NYLON 、 PC 3 )高級工程塑膠:運用於特別要求之電子精密零件。 如:LCP 、 PES 、 PEEK 、 PEI

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塑膠微結構與物性之影響(1)
分子量與物性之關係 1)分子量增加,強度增強。 2)不可無限制增加,因分子糾纏,不易流動,加工 困難 無定形與結晶狀態。 1)聚合物分子鏈之間以雜亂糾纏卷曲的方式聚集 在一起,此狀態稱之為無定形狀態 (Amorphos state) 。 2)聚合物分子鏈和其他分子鏈互相以有規則的方式 聚集在一起,則稱有規則排列的部分為結晶狀態 (Crystal state) 。

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不定形 V.S. 結晶性

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不定型與半結晶狀態
決定高分子是否具有結晶性的關鍵因素:
→高分子鏈排列的規則性

?不定型(amorphous)
→Tg

?半結晶(semi-crystallization)
→Tm、Tc
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不定形狀態的五種黏彈性行為
玻璃狀態 玻璃轉換 皮革似區域

Semicrystallin polymer 橡膠似區域
橡膠似流動

Log Er

流體流動 Tg

溫度T(℃)

Tm
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塑膠微結構與物性之影響(2)
結晶狀態 結晶化速度表成結晶核發生速率與結晶核成長速率之積 熔融塑膠的結晶核發生速率是愈低溫愈大。結晶核成長 速率取決於分子鏈的擴散速度,所以愈高溫愈大。 此關係的模型,若適當控制射出成形時的模具溫度,即 可得希望的結晶狀態。

往模具射出後,徐冷的話推進結晶化,急冷的話未結晶 前就固化,結晶程度小。

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結晶速率(模溫之設定)
結晶成長之範圍:Tg~Tm
結晶速率= 結晶核生成速度×結晶核成長速度 低溫時;結晶核生成速率大 高溫時;結晶核成長速度快

球晶大具有較高的機械模數,但易脆
材料中添加0.01~0.1%之核生成劑
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影響結晶性高分子性質的因素
⊙結晶結構的本性 ⊙結晶度(degree of crystallinity) ⊙球晶(spherulites)的大小與數目

⊙結晶的位向性(Orientation)

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結晶度(degree of crystallinity)
沒有100%的結晶性高分子
→高分子鏈從熔融狀態冷卻下來,在 有限的結晶時間內並無法完全的鬆弛且排 列成行,填充至晶格中。 →結晶度決定於: molecular structure thermal pretreatment
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結晶度(degree of crystallinity)
由實驗計算結晶度的方法:
1﹑χ-ray Diffraction

?絕對值
2﹑密度

3﹑熱卡計(DSC)
?相對值
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結晶對高分子性質的影響
?密度(Density)
?剛性或倔強性(Rigidity or Stiffness) ?抗張強度(Tensile strength) ?耐衝擊強度(Impact strength)

?硬度及抗磨損性
(Hardness and abrasion resistance)
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結晶對高分子性質的影響
?熱機械性質 (Thermal mechanical properties) ?光學性質(Optical properties)

?溶解性(Solubility)

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不定型與結晶性聚合物之性質比較
特性 耐化學性 熔點 尺寸安定 加入補強纖維 之熱變形溫度 熔融後之黏度 低 高 結晶性 優 有固定熔點 差 高達熔點附近 不 定 形 (非 結 晶 性 ) 差 僅有軟化點 優 僅及軟化點

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連接器與塑料之關係

在操作及製程溫度期間的熱安定性 材料的抗化學性 結構設計 抗張應力應變 韌性 成形性 填充物及添加劑 燃燒性 變形

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連接器與塑料之關係(1)
熱要求 1)熱變形溫度( HDT )-評估其短期耐熱能力 2)連續使用溫度(RTI)等級-評估其長期耐熱功能 3)材料本身的熱膨脹係數(CTE)-與印刷電路板的熱 膨脹係數相近而搭配,熱膨脹速率不同則會引起 翹曲,並且損壞焊接點。 4)熔點(Tm)及玻璃轉移溫度(Tg)-高分子從玻璃態 轉變成橡膠態的溫度,溫度高於其點,尺寸安定 及性質將降低,也有可能造成分子的應力釋放而 造成高分子不可逆的膨脹。

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連接器與塑料之關係(2)
抗化學性 連接器 Housing的要求是能夠在寬廣的化學環境中,依 然能發揮其功能。他們必須能承受清洗劑、焊錫助劑及 二次加工的清洗溶劑之侵蝕。
抗潛變 Housing 材料在受荷重下的抗潛變能力來自端子在 Housing 內之預先荷重力,也會影響到連接器長期的可 靠度,一般而言,有較高熱變形溫度或彈性模數的高分 子有較低的潛變。

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連接器與塑料之關係(3)
結構分析的考慮 端子保持力 流道平衡
抗張應力應變 提供材料在受負荷下響應的訊息,為了使連接器塑膠 之設計的結構分析能有效執行,設計者必須有在特定操 作溫度下的應力應變曲線,並且精確的以內插或外插模 擬在實際操作條件下之材料行為。

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連接器與塑料之關係(4)
韌性
無缺口之衝擊強度所顯現的是樹酯的韌性,韌性對 於連接器之所以重要,在於使用中能順應彎曲伸縮 ,特別是薄壁的地方及扣環。 模收縮 當融熔塑膠在模具中冷卻其收縮的現象稱之 收縮作用變數有 材料模溫、成形壓力、射出速率、融熔溫度、 流動方向

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連接器與塑料之關係(5)

成形性 成形性影響價格、可靠度及品質 許多因素影響成形性 1)流動難易 2)成形收縮程度及預測 3)翹曲的傾向 4)製程中熱劣化的敏感性 5)材料回收使用的能力

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連接器與塑料之關係(6)
翹曲 翹曲乃收縮不均造成的結果,不均衡的冷卻速率造成 不均衡的收縮。 另一原因是玻纖補強材之異向性導致微差收縮所造成 (大多以 END GATE DESIGN)

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連接器與塑料之關係(7)
添加物 添加物或組成的變化造成材料特性改變,例如玻纖加 入其中,抗張強度、比重及使用溫度範圍將增加,然 而延伸率、熱膨脹係數及收縮將減少。 燃燒性 在實際燃燒條件下,產品之燃燒特性的取決評估預測 或描述,這些測試並非準確並且不可信任,燃燒性要 視零件大小著火難易、燃燒蔓延速度及產品的氧化程 度而定。

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THE END

谢谢大家

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