塑膠材料的特性與選用
摘要
塑膠材料的特性選用，必須搭配著設計應用，本篇文章 主要討論塑膠材料的測試，以及部分添加劑添加後對塑膠材料造成的物性改變方向，本文編排順序依照材料物 性表測試排序。 分別探討項目為:
．機械特性—拉伸測試 ．衝擊特性—衝擊測試
．溫度特性—熱變形；長時間工作溫度；玻璃轉化溫度； 熱傳導。
．物理特性—比重；模收縮率；表面硬度；摩擦力。
．光學特性—光穿透；光反射；IR遮蔽；藍光遮蔽；光 擴散。 機械特性-拉伸測試
．拉伸測試主要測試結果以以下幾項數據顯現。
． TensileStress(拉伸應力)，yld(降伏點)，TypeI(試片 規格1)，50mm/min(拉伸速度)
． TensileStress(拉伸應力)，brk(斷裂點)，TypeI(試 片規格1)，50mm/min(拉伸速度)
． TensileStrain(拉伸應變or拉伸延展)，yld(降伏點)， TypeI(試片規格1)，50mm/min(拉伸速度) ． TensileStrain(拉伸應變or拉伸延展)，brk(斷裂點)， TypeI(試片規格1)，50mm/min(拉伸速度)
． TensileModulus( 拉伸模量 or 楊式係數 )，50mm/ min(拉伸速度)
1.材料被固定夾持後，機具會使用固定的速度往上拉。
2.拉伸時材料會抵抗拉力，所以會有反作用力。 (實際紀錄的數值為反作用力)
3.曲線代表承受固定力量(Y軸)時的變形量(X軸)。 或是被拉長到固定變形量(X軸)時需要的力量(Y軸)。 階段1.在材料達到降伏點前(Yld)，力量與變形量會是 一個固定斜率(直線)。此線段的斜率就是楊式係數， 或是拉伸模數。
階段2。當力量或是變形量超過降伏點(Yld)時，材料 會產生永久變形，此時將力量放掉材料無法回彈回原 點。 (0。2%的永久變形) 階段3。當過了降伏點，持續拉伸，材料會變形(試 片變長)，因此力量會往下掉(某些材料較明顯)，或 是因為試片面積變小承受的力量變小，直到試片破 裂。此測試通常用於評估材料的是否能夠承受足夠的 力量不變形，或是不會因拉伸而破裂。 使用填充物雖會讓拉伸應力變高，但是延展性卻會變 得非常差，楊式係數變高。添加物的種類有樹種，如 玻璃纖維；碳纖維；雲母片…Etc。
衝擊特性—衝擊測試
Izodimpact測試已經是比較材料耐衝擊性的標準，一 般多以在試片上做”缺口(notched)”之試片的測試 結果作為參考。此試驗會將標準尺寸的試片夾在測試 夾具上，讓擺錘以鐘擺方式落下擊斷試片，並以撞擊 後擺錘擺蕩的角度計算撞擊時能量損耗多少，即材料 受衝擊所吸受的能量 測試的顯示數值如下所示
温度特性
溫度特性—熱變形；長時間工作溫度；玻璃轉化溫 度；熱傳導。講到溫度特性需要先將熱塑性塑膠材料 再細分為非結晶性塑料(amorphous)，以及結晶性塑 料 (crystallinepolymer)。其中最大的差異在於 Tg 以 及Tm的差異。 Tg點:通常用於非結晶性材料，有明確的Tg點 結晶性材料則因上一次的冷卻狀態會直接影響Tg點， 在結晶性材料的Tg點會移動，因此一般不談結晶性 材料的Tg
非结晶性塑料(amorphous)的材料特性
．化學性敏感高
．適度耐熱溫度
．衝擊強度較高
．較低模收縮率
．均勻物性 非結晶性材料:PC；M-PPO；PEI；PC/ABS… 非結晶性材料的溫度測試排列
*1:RTI有三種測試，有時會介於HDT上下。 *2:維卡軟化點測試的結果與Tg點較接近，可將為卡 軟化點近視同為Tg。
結晶性(crystallinepolymer)
．抗化學性較高 (每種塑膠基材還是有不同的酸鹼抗性)
．缺口效應敏感 ．模收縮率較大 ．耐疲勞性 ．耐磨耗性 結晶性材料:PBT；PPS；POM… 結晶性材料的溫度測試排列
*1:RTI有三種測試，有時會介於HDT上下 提高耐溫特性，添加填充物，或是其他基材或是物質 合金(Alloy): A:添加填充物:玻璃纖維，碳纖維，雲母… B:Alloy:PEI或其他耐溫性較高的基材 *添加填充物的方式，在結晶性材料的耐溫性提升效 果會優於非結晶性材料。”
物理特性
1.比重高低:
低比重材料:用於輕量化設計,或是省錢。 高比重材料:用於需要讓產重量更重。 比重的增加有兩種方式:
1-1.Alloy比重較高的基材。
1-2.添加填充物: GF，CF，或是金屬粉末。 比重的減低有材料或是製程方式可以達成: 發泡劑，或是使用 MuCell。 MuCell是一項專利，必須要搭配成型機台使用。
2.模收縮率:
－模收縮率:Flow方向→因有條狀物支撐收縮，此 方向的收縮率會較小；XFlow方向→某些填充物在 XFlow方向的支撐雖沒有Flow方向的體積大，但是 還是會降低一部分的收縮率。
模收縮率的變化會引起做變形或翹曲，模收縮率越 低，變形的可能性越低。 非結晶性材料:flow&Xflow收縮率差異不大。 結晶性材料 : 因有分子配向性，:flow&Xflow 差異較 大。 填充物 2-1.條狀: 玻璃纖維，碳纖維，Flow 方向→因有條狀 物支撐收縮，此方向的收縮率會較小。
X Flow方向→填充物在X Flow方向的支撐雖沒有 Flow方向的體積大，但是還是會降低一部分的收縮率.
2-2.片狀: 雲母片 2-3.球狀:玻璃珠 3.表面硬度: 材質本身的表面硬度，此部分通常使用 Allow硬度較高的基材,或是改變分子煉結的方式。
4.摩擦係數:材質本身的摩擦力,有分”動摩擦”與” 靜摩擦”兩種。
3 & 4合稱為材料本身的耐磨耗性..
光學特性
1. 光 穿 透 : 光 的 穿 透 性， 一 般 為 基 材 本 身 的 特 性。 光 學 特 性 之 一 ” 穿 透 ” 材 料 物 性 表 中 以”LightTransmission”描述。指材料法線穿過物質 的比率。
2.光學特性之一”折射”:當光折射的角度接近90度 時，反射的數值接近反射(Reflectance)，衍伸的另一 個功能為遮光。在材料的應用中，最常使用的添加劑 為Tio2。
3.光學特性之一”IR遮蔽或穿透特性”:利用材料添 加物造成不同的波段遮蔽以及穿透，類似濾波器，可 分成高通；低通；帶通目前的較多運用於遙控器，遮 蔽自然的可見光避免誤動作造成乾擾。雷射熔接的穿 透零件。
4.光學特性之一”擴散”用於光均勻分佈的用品，如 LEDLens，燈管，球泡燈殼，希望光源能夠均勻的散 照在更大的角度。■
