如何選擇適當的塑膠材料

如何選擇適當的塑料材料

適當塑料材料，一般應考慮：

·產品本身的機能要求

·塑料的成本

·塑料成形的難易程度

以下以二個實例來說明選擇適當的塑料材料應注意那些事項。

實例一

機車引擎蓋內的滾子，其構造如下圖。

滾子作動示意圖

在行車過程中滾子與鋁合金制的上下蓋不斷有滑行磨擦，因此塑材的耐磨性是一重要性質，而塑料一般熱傳導性差，因此磨擦生熱易累積在磨擦面附近，導至此區域局部高溫。若塑料耐熱性不夠則易變軟，此將導致磨擦系數急劇升高，因此造成加速磨耗，因此塑料耐熱性是第二個被考慮的重點。滾子本身尺寸精度必須穩定才能使受力均勻， 因此尺寸精度的要求是第三個被考慮的重點。依此要求大致可挑選出 PA 、 POM 、 PTFE 等材料。其性能比較如下：

PA、POM、PTFE 等材料性能比較表

PA

POM

PTFE

負載繞曲溫度 ( ℃ )

160

124

121

Taber 磨耗量 (mg)

7

18

0.9

成形收縮率 (%)

1.2

2.5

1.2

吸水率

4

0.2

0.01

成形溫度 ( ℃ )

280

195

360

雖然 PTFE 在耐磨耗及吸水率上較優異，但加工困難且價格昂貴， POM 吸水率低，但成形收縮率及 Taber 磨耗量都比 PA ，因此經評估后目前仍以 PA 應用最多。

實例二

考慮以塑料取代玻璃制成透鏡，玻璃制成之透鏡一般為球面透鏡，在聚焦上會因光線高度不同而有偏差，若制成非球面透鏡則可改善此一缺點，如下圖所示。但玻璃透鏡為研磨制成，若要制造非球面透鏡并非易事，而塑料以射出／壓縮合并制程則容易成形。透鏡的機能要求包括透光率、折射率的穩定性、耐沖擊、尺寸穩定，若靠近光源 ( 如車燈罩 ) 則亦必須考慮耐熱性質。

依此要求大致可挑選出 PC 、 PMMA 、 PS 等透明材料，其性能比較如下表。 PC 、 PMMA 、 PS 三者的光學性質相近，熱膨脹性質也相符，但在耐沖擊及耐熱性質上 PC 則比 PMMA 、 PS 優異。雖然 PC 價格昂貴，但仍廣用于偏光眼鏡及高級太陽眼鏡。

透鏡的像差

光學用塑料的特性

無機玻璃

PMMA

PC

PS

CR 39

AS 樹脂

PVC

PCHMA

MS 樹脂

聚-4-甲基 -戊烯-1

光線透過率 (%)

90~91

92~93

88~89

88~90

89~91

90

88

90~92

90

>90

折射率

(no)

1.42~1.92

1.49

1.59

1.59

1.50

157

1.55

折射率對溫度的依賴性

( ℃-1)

2 × 10-6

1.1 × 10-4

1.2 × 10-4

1.1 × 10-4

1.3 × 10-4

1.4 × 10-4

阿貝數

(Vd)

21~83

57~58

31

31

58

35

56

35

61.0(56.4

埃左沖擊強度

(kg．cm/ cm-1)

2.2~2.8

80~100

1.4~2.8

2.5~3

3.0

1.5~2.5

0.3~1.2

洛氏硬度
(M 尺 )

M80~100

M70

M65~90

M100

M70~90

M80

M72~95

熱變形溫度
( ℃ )

500~720

100

138~142

70~100

140

80~75

75~80

85~90

40.5

吸水率(飽和)

2.0

0.4

0.1

0.2~0.3

0.05

0.15

0.01

線膨脹系數 ( ℃-1)

0.7 × 10-4

0.7 × 10-4

0.8 × 10-4

1.17 × 10-4

0.7 × 10-4

0.5~1.8 × 10-4

0.8 × 10-4

1.17 × 10-4

P

2.4~5.2

1.19

1.20

1.06

1.32

1.07

1.40

1.10

1.09

0.87

常見塑料的物性資料

常用 聚合物的熱變形溫度

聚 合 物

熱 變 形

溫 度

壓力 = 264 psi

壓力 = 66 psi

ABS

97(℃)

102

PC

132

143

Acetal

110

158

Acrylic

92

99

Nylon6

66

185

PE

85.3

Polysulfone

常用聚合物的介電常數

材 料

介電常數

材 料

介電常數

三聚氰胺樹脂

醋酸纖維素

酚樹脂

尼龍 (30%GF)

環氧樹脂

一般用途的聚苯乙烯

氟碳化合性 (PEA、FEP)

5.2 ~ 7.9

3.0 ~ 7.0

4.0 ~ 7.0

3.5 ~ 5.4

4.3 ~ 5.1

2.7

2.1

熱固性聚酯

耐沖擊聚苯乙烯

聚碳酸酯 (30%GF)

熱塑性聚酯

ABS

SAN

4.7

2.0 ~ 4.0

3.48

3.2

3.2

3.0

常用材料的氧指數

材 料

氧指數 (%)

紅橡樹木

聚乙烯 (PE)

聚丙烯 (PP)

聚苯乙烯 (PS)

聚碳酸脂 (PC)

尼龍6-6 (Nylon6-6)

40%玻璃填充聚碳酸脂

聚氯乙烯 (PVC)

聚偏二氯乙烯

聚四氟乙烯 (PTFE)

24.6

17.4

17.4

18.3

27.0

28.0

30.5

47.0

60.0

95.0

不同方法所測得的硬度

聚 合 物

Vickers

Rockwell

Kg/mm2

a

M

R

聚苯乙烯 (PS)

109

66

124

耐沖擊聚苯乙烯 (HIPS)

20-80

50-100

聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)

102

72

125

聚氯乙烯 (PVC)

105

60

123

聚碳酸酯 (PC)

75

120

低密度聚乙烯 (LDPE)

1.57

高密度聚乙烯 (HDPE)

4.05

聚縮醛 (POM)

94

120

尼龍66

9.2

102

70

120

酚樹脂 (Phenolic resin)

120

116

常用聚合物的熱膨脹系數 (10-5 cm/cm/F)

聚 合 物

系 數

聚 合 物

系 數

璜化聚酰胺

氯化三氟乙烯(CTFE)

三氯胺－纖維素

纖維素充填三聚氰胺樹脂

硫化聚縮醛

剛性聚氯乙烯(PVC)

氯化聚醚

縮醛均勻聚合體 (POM)

中度沖擊級ABS

硝化纖維素

縮醛共聚合物 (POM)

高密度聚乙烯 (HDPE)

2.22-2.78

2.50-3.90

2.22

2.50

2.62

2.77-10.30

4.44

4.50

4.45-5.55

4.44-6.66

4.72

6.10-7.22

尼龍6

聚四氟乙烯(PTFE)

醛化纖維素

尼龍6-10

耐沖擊ABS

聚苯烯共聚合物

乙基纖維素

低密度聚乙烯(LDPE)

氨基甲酸酯彈性體

氟化碳化物 (FEP)

尼龍12

4.60

4.60-5.80

4.44-10.00

5.00

5.27-7.22

4.44-5.27

5.55-11.10

5.55-11.10

5.55-11.10

5.60

5.78

常用塑料的成形收縮率

熱固性塑料

塑料材料

填加劑

成形收縮率(%)

酚樹脂

木粉

0.4 ~ 0.9

酚樹脂

玻璃纖維

0.1 ~ 0.4

尿素樹脂

纖維素

0.6 ~ 1.5

環氧樹脂

玻璃纖維

0.1 ~ 0.5

聚酯

玻璃纖維

0.2 ~ 1.2

熱塑性塑料 ( 非結晶 )

塑 膠 材 料

填 加 劑

成形收縮率(%)

PS(一般用)

0.2 ~ 0.6

PS(耐沖擊用)

0.2 ~ 0.6

PS

20~30% 玻纖

0.1 ~ 0.3

AS樹脂

0.2 ~ 0.5

ABS樹脂(耐沖擊用)

0.3 ~ 0.8

ABS樹脂

20~40% 玻纖

0.1 ~ 0.2

壓克力

0.2 ~ 0.8

PVC(硬質)

0.1 ~ 0.4

PVC(軟質)

0.1 ~ 0.5

醋酸纖維素

0.3 ~ 0.7

熱塑性塑料 ( 結晶 )

塑料材料

填加劑

成形收縮率(%)

塑料材料

填加劑

成形收縮率(%)

PE(低密度)

1.0-5.0

聚縮醛

2.5

PE(高密度)

2.0-5.0

聚縮醛

20% 玻纖

1.4-2.8

尼龍6

0.9

尼龍(6/6)

1.5

尼龍

30% 玻纖

0.1-0.5

常用塑料材料的流動長／肉厚 (L/t)

塑 膠

射出壓力 kg/cm2

L/t

塑 膠

射出壓力 kg/cm2

L/t

聚乙烯

1,500

280-250

硬質 PVC

1,300

170-130

聚乙烯

600

14-100

硬質 PVC

900

140-100

聚丙烯

1,200

280

硬質 PVC

700

110-70

聚丙烯

700

240-200

軟質 PVC

900

280-200

聚苯乙烯

900

300-280

軟質 PVC

700

240-160

聚酰胺

900

360-200

聚碳酸酯

1,300

180-120

聚縮醛

1,000

210-110

聚碳酸酯

900

130-90

聚苯乙烯

900

300-260