塑膠材料市場應用領域的廣闊前景

    塑膠材料特性

　　射出成形之加工就是（塑化）→（流動）→（成形）→（固化結晶化）的工程。
　　因此對于塑料的特性，就格外重要了。例如：溶解溫度、壓力、黏度、比熱……等都必須予以重視。由于塑料之領域非常廣闊，于此無法深入其間，不過我們將針對其常識部份加以說明。
　　一、可塑化
　　塑膠之所以能夠成形加工，是由于它在溫度與壓力的作用下產生變形，依受熱的溫度不同，可分為四種狀態，即玻璃狀態、高彈性狀態（橡膠態）、粘流態（可塑化狀態）、分解狀態：
　　玻璃狀態：0～T1，分子在凍結狀態，硬且脆，遇壓力則易破裂。
　　高彈性狀態（橡膠態）、：T1～T2，因外力可變形，未達溶化狀態不易成形。
　　粘流態（可塑化狀態）：T2～T3，可隨意加工成形。
　　分解狀態：T3，塑膠開始裂解，出現氣體分解物，甚至達燒焦狀態。

　　二、塑膠材料之選擇：
　　設計制品之初即應選擇所用塑料，但大都未將模具并入考慮。但可能的話，所選用的材料應使模具之制造簡單才好。
　　成形收縮率小者（PS、ABS、PC）的尺寸精度較易達成。而成形收縮率大者（PP、PE、POM）較難做到尺寸精度（模具的公差為成形品公差之1/6）。
　　流動時黏度比較大者（ABS等），溶液較不易流入縫隙中，但黏度小者（如PA、POM）即使間隙很小溶液亦易于進入。
　　成形時之溫度較低者(PS等)較易成形且成形周期亦快，但成形溫度高者(PC)則較慢。
　　成形時不易變質或分解者（PS、PE、PP等），量產時不易引起品質不穩的不良品，但成形時易發生變質或分解者，若不嚴格要求成形條件（模具可以精密控制成形條件）則無法量產。此在熱澆道之情形下問題尤其嚴重。

　　三、熔化塑膠的流動性
　　一般的流體（例如：水、油……）其流動狀態，皆依照牛頓定義進行。而塑膠熔液看似普通的流體，其實乃是非牛頓流體。例如：在牛頓流體中，雖然剪斷應力有變化，但其粘度卻不變。而塑膠熔液，當剪斷應力發生變化時，粘度也有明顯的變化產生。例如：在牛頓流體中，壓力從1增加到了10的時候，則流出量增加了10倍。以塑膠熔液來做同樣的實驗，當壓力從1增加到10，其流出量可能增加了100倍，或500倍，甚至1000倍（依照不同的塑膠而定）。
　　因此在這種非牛頓流動中，壓力增大則流動抵抗減小。因此射出成形時，雖然澆口相當狹小，但卻很容易填充于模穴內，至于牛頓流體，再加分類有兩種，如圖：
　　射出成形是將塑膠溶液采用高速度使其產生變形的一種加工法，因塑膠溶液有壓縮性，在高速的流動下，容易引起彈性的壓力變動。這個現象，當流動阻力有急速變化時，即可看出這種彈性的壓力變動變生后，流體前端的擴散方向極為混亂不安定。但是采用高速填充時，塑膠溶液又像是非壓縮性的現象。
　　可是在某些情況，必需以急速填充時，射出壓力及速度也就異常的增高。因此富有彈性的塑膠溶液（彈簧），頭一瞬間時承受過程的壓縮，第二瞬間時引起強大的阻力，其原因是壓力的起伏變動和流動體前端的亂流所發生的，這種流動狀況稱為彈性亂流。

　　四、成形條件：
　　(注)以下為一般形塑料之成形條件
　　對于每一種不同塑料，其相對的成形區域或有不同，不過其過程分析皆相同。因此對于優秀的模具設計者而言，應確實了解每一種塑料之成形區域及加工特性。

　　五、結晶性塑膠與非結晶性塑膠
　　從分子的結構觀察，結晶性塑膠─線狀高分子，依樣其化學構造，有些分子的一部份，乃以有規則地集合，將其稱為結晶性塑膠。不是所有的分子都變成此狀態，依據冷卻條件在重量比有40～80％程度變成結晶狀態。此程度稱為“結晶度”。結晶之內都是稱為Lamella的分子鏈彎曲、折疊，而未進入產生單位結晶之結晶部分的分子鏈存在于Lamella或球晶之間，產生非結晶部分。非結晶性塑膠……與結晶性塑膠不同，分子無法有規則地集合。這是由于形成高分子鏈之原子團太大、架橋妨礙結晶。
　　從容積變化的觀察結果，亦可將熱可塑性塑膠分為兩大類，一種是非結晶性塑膠，另一種是結晶性塑膠。對于結晶性與非結晶性之分類，在表中有關各種塑膠的習性已有注明。對于其容積與溫度間之變化，我們可由以下例子來做更進一步的了解。例如：PS（非結晶性塑膠之代表）從20℃加熱到200℃時約膨脹8.3％，以密度而言，從0.97
cm/g減少到1.012 cm/g（結晶性塑膠之代表）在同條件下有下列的變化：
　　20℃容積：1.03 cm/g
　　200℃的容積：1.33 cm/g
　　容積增加率：29％
　　已溶融的非晶性聚合物，采用現在所使用的射出成形機，可做大幅度的壓縮。因條件而異，過剩的溶融體也可強制填充于模穴內，在這種條件下做出的成形品，殘留著很大的內應力而固化。對成形品的性能有很大的影響。它會在脫模的瞬間被破壞，稍受到外力或因化學藥品的作用也很容易受破壞。
　　結晶性塑膠，因加熱使結晶完全融解，溶融體成了非晶狀態，其動作與非結晶性聚合物一樣。值得注意的是壓力變高時，從結晶質到非結晶質的轉移溫度也會提高。結晶性塑膠成形時，在成形品的品質上有一點很重要，即聚合物在非結晶狀態時必需要完成成形的動作。這件事，特別是對保壓期間而言，保壓中的變形即是因流動而引起的。
　　結晶性塑膠的溶融體急速冷卻后，成形品的某些部份，其再結晶化受到妨礙，再結晶化的現象無法瞬間完成，而隨時繼續進行，密度和結晶化程度之間有直接的關系，結晶化程度高，則密度提高。相反地，結晶化程度低，則密度降低，因急激的冷卻，而使再結晶化受到妨礙的部份，因溫度、時間因素的差異下，或多或少繼續進行后結晶化。后結晶化繼續進行，直到回復原本此部份的密度為止。因此可以了解后結晶化與后收縮是相關連的，后結晶化和后收縮也是造成成形品彎曲變形和尺寸變化（成形品變小）的原因。
　　模穴表面溫度高的話，成形收縮起初很大，熱處理時卻少有變化。因此，在很高的模具表面溫度下做出的成形品，雖然在高溫下使用，但其尺寸安定性卻很好。因此，決定結晶性塑膠的模穴尺寸時，必需要考慮后結晶、后收縮的關系，而重要的是，模穴表面溫度從成形開始就要正確地掌握。當然，要使模穴的表面溫度完全無溫度差是不可能的，但可使用有效的溫度控制系統，盡量減少溫度差。

信息來源：有機玻璃相框