塑胶材料 - 塑胶加工实验室Grace Laboratory for Polymer Processing.PDFVIP

第一章 塑膠材料 【課堂精華】 §1 .前言 人類使用的製造材料，大致可分為塑膠、陶瓷、金屬等種類，然 而塑膠的使用就成品體積而言，在1985年估計已經成為最多的一種， 地位可說十分重要。 談到塑膠材料時常可見可塑性一詞，但何謂可塑性呢？可塑性 （plastic ）一詞可用來敘述某種物料所具有的一些性質 ，亦可用來作 為指稱某群物料的名字，當某種物料具有可塑性時意即它是可以被模 造或塑形的。天然具有可塑性的物料包括臘類 、陶土 、橡膠 、混凝土 以及玻璃等。石臘稍為受熱即具有可塑性及可模造性 ，玻璃在高熱時 具可塑性 ，陶土及橡膠在受熱以前為可塑性的 ，而混凝土則在硬化以 前可予塑形。 但是塑膠(plastics)一詞卻是一大群合成物料的名字。這些物料大 多數都很相似，因為其中每一種在其製造過程的某段時間都是柔軟而 可予模造的 ，而且因為其中每一種物料所具有的複雜分子都是由化學 家用基本元素 ，例如碳 、氧 、氫及氮等元素的原子鏈製造而成的 。塑 膠化學家通常都不直接由基本元素開始製造 ，而是以通常作其他用途 的物料開始，他往往以酚、甲醛、乙炔 、丙酮、苯及其他化合物經過 1 分裂與再化合來製造塑膠 。例如，化學家使苯（由煤炭抽取 ）及乙炔 (由石油或天然氣製取)這兩種物料的原子連結形成乙苯，再驅除其中 的氫原子 ，就變成苯乙烯(styrene) ，由於加熱 、加壓與觸媒(可引起化 學反應 ，而本身不起變化的物料)等過程後 ，苯乙烯分子就形成鏈狀 的分子。這種化合以形成鍵的作用稱為聚合作用(polymerizing)在此場 合字首poly意指許多鏈，因此由苯乙烯原子形成的許多鏈的粉末就稱 為聚苯乙烯（ploystyrene ），這些粉末可經過加工製成顆粒或成形粉 ， 化學家亦可用製造聚苯乙烯的苯乙烯與由氯化鈉或食鹽所得到的氯 氣相化合，當苯乙烯與氯氣相化合後 ，就產生了另一種塑膠 ，即聚氯 乙烯（polyvinyl chloride）。 在這一階段的塑膠仍然不能用來製造各種物品或塑形 ，必須再加 入其他成分以產生欲得的性質 ，可塑性樹脂(plastic resin)是其中主要 的成分 ，提供塑膠基本的性質 ，並且作為接合其他添加劑的固著劑 (Binder) ，加入增塑劑 （plasticizer ）可使樹脂軟化並減少其脆性 ，顏 料與染料常用以使塑膠著色 ，各種溶劑 ，如水 、嘖漆稀釋劑 ，以及數 百種其他的溶劑 ，都可加入塑膠中以使之變得更具流動性 ，甚或成為 完全的液體－例如澆鑄用塑膠 、接著劑或打光劑等。加入潤滑劑可避 免塑膠在加工時粘著模子 ，安定劑 （stabilizer ）則用以改善其耐光 、 耐熱 、天候變化及老化等性質 ，此外還須加入各種填充劑 （fillers ）, 2 例如 ，加入石棉纖維可增加塑膠的耐火及耐化學性 ；加入木屑可增強 其電性 ，使表面光滑並降低成本。所以由於使用各種相異的配方 ，一 種簡單的基本樹脂可以製造成許多種具有不同性質的塑膠。 經加入各種成分混合後 ，塑膠就可製成顆粒 、成形粉 、薄膜 、膠 板、纖維或液體等形狀 、再由此製成各種標準的形狀 ，例如膠棒 、膠 管 、押出形狀以及其他各種外形 。並藉由許多機械的及化學的加工方 法 ，依據各種塑膠的基本性質與其被模造或被塑造成欲得形狀的能 力 ，而進行加工操作 ，以減少割切 、整修與打磨等工作 ，這些加工程 序包括模造 、澆鑄 、押出及熱成形等方法 。 §2 .塑膠發展演進 人類在有歷史記載以來就已經開始使用塑膠材料，有關天然塑膠 之應用可毫無困難的在古代找到。在出埃及記（第二章）中就曾提到 瀝青，有關瀝青的應用甚至在更早於創世紀（第十一章）中亦曾提到 過。古代羅馬（大約紀元後 23 ~ 39 ）的三十七冊自然歷史，其中陳 述了化石樹脂（琥珀）的性質。此外，在更遠的東方，其他的天然樹 脂『蟲膠』至少已經使用了一千年，早期的紀錄表示印度人曾以蟲膠 製備鑄型件。 18世紀初，人類開始使用橡膠。在 1820年英國人 Thomas Hancoak 曾發現若將橡膠予以剪切或捏煉即變為具可塑者性，因而變成可以流 3 動。初期的橡膠會隨著溫度升高而熔融，隨溫度降低而硬化。而在西 元 1839 年，美國的發明家 Charles Good