知道塑料性質的請進
壹、塑料的來源
塑料工業屬於高分子工業，是石化工業的壹環，具有高度關聯性，是多層次加工特性之產業。塑料是以石油或天然氣為原料，經提煉、裂解成各種石化基本原料（單體）後，再經聚合反應（加成聚合或縮合聚合）而得的高分子樹脂。各類塑料經過逐步加工衍生出各種下遊制品，包括橡膠、塗料、接著劑、人造纖維、合成樹脂等。
二、塑料的定義
塑料是以石油或天然氣為原料，經過合成反應而得到的高分子樹脂。所謂高分子樹脂是指單體化合物經過聚合反應，聚合合成高分子聚合體，其分子量可達到數千甚至數百萬。在高分子領域的分類上，分子量未達1000者稱為低分子，介於1000～10000者稱為準高分子或寡聚合體（Oligomer），大於壹萬以上者稱為高分子（Polymer）。壹般常用來做成型加工的塑料，其分子量大約在10000～1000000之間，而分子量低於壹萬的寡聚合體則常用來做紡織用樹脂、塗料、接著劑、合成樹脂等。所以，並非所有高分子聚合體均可作為塑料的用途，事實上要看其分子量、分子結構、官能基、玻璃轉移溫度（Glass transition temperature ，簡稱Tg）等種種因素，塑料隨溫度與分子間鍵結而呈現玻璃態、橡膠態、熔膠態等變化。
塑 料 名 稱分 子 量 M/W.C
聚 乙 烯 PE4000
聚異丁烯 PIB17000
聚乙烯醇 PVA29200
聚苯乙烯 PS38000
壓克力 PMMA10400
三、塑料的種類
壹般而言，塑料可大分為兩大類：熱塑性塑料（Thermoplastic）及熱固性塑料(Thermosetting)。
熱塑性塑料在常溫下通常為顆粒狀，加熱到壹定溫度後變成熔融狀，將其冷卻後則固化成型，若再次加熱則又會變成熔融狀，可進行再次的塑化成型。因此，熱塑性塑料可經加熱熔融而反復固化成型，所以熱塑性塑料的廢料通常可回收再利用，即有所謂的「二次料」之稱。熱塑性塑料分通用塑料（如PE、PP、PS、PVC、ABS等）、工程塑料（如PC、PA、POM、PBT、PPO、PPS、LCP等）和合金（如PC/ABS等）。
熱固性塑料則是加熱到壹定溫度後變成固化狀態，即使繼續加熱也無法改變其狀態。因此，熱固性塑料無法經再加熱來反復成型，所以熱固性塑料的廢料通常是不可回收再利用的。
四、工程塑料的定義及其特性
工程塑料是指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料，是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。日本業界將它定義為“可以做為構造用及機械零件用的高閱芩芰希?腿刃栽?00℃以上，主要運用在工業上”,其性能包括：
1. 熱性質：玻璃轉移溫度(Tg)及熔點(Tm)高；熱變形溫度(HDT)高；長期使用溫度高(UL-746B)；使用溫度範圍大；熱膨脹系數小。
2. 機械性質：高強度、高機械模數、低潛變性、強耐磨損及耐疲勞性。
3. 其它：耐化學藥品性、抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。
被當做通用性工程塑料者包括聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)、聚酰胺(尼龍, Polyamide, PA)、聚縮醛(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM)、變性聚苯醚(Poly PhenyleneOxide, 變性PPE)、聚酯(PETP，PBTP)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)、聚芳基酯，熱硬化性塑料則有不飽和聚酯、酚塑料、環氧塑料等。它們的基本特性為拉伸強度均超過50Mpa，抗拉強度在500kg/cm?以上，耐沖擊性超過50J/m，彎曲彈性率在24000kg/cm?，負載撓曲溫度超過100℃，硬度、老化性優。聚丙烯若改善其硬度和耐寒性，也可列入工程塑料的範圍。此外，還包括較特殊者的強度弱、耐熱耐藥品性優的氟素塑料，耐熱性優的矽溶融化合物，以及聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑料、變性蜜胺塑料、BTResin、PEEK、PEI、液晶塑料等。
各工程塑料的化學構造不同，所以它們的耐藥品性、摩擦特性、電機特性等有所差異。由於各工程塑料的成型性不同，因此有的適用於任何成型方式，有的只能以某種成型方式進行加工，這樣就造成了應用上的局限。熱硬化型工程塑料的耐沖擊性較差，因此大多添加玻璃纖維。工程塑料除了聚碳酸酯等耐沖擊性大外，通常具有硬、脆、延伸率小的性質，但如果添加20~30%的玻璃纖維，則它的耐沖擊性將有所改善。
五、結晶性塑料的定義及其特性
結晶是指分子排列的規則，冷卻後成為結晶構造。壹般塑料的結晶構造是由許多線狀、細長的高分子化合物組成的集合體，依分子成正規排列的程度，稱為結晶化程度（結晶度），亦謂每條分子只有部分排列整齊，所以結晶性樹脂其實只有部分是結晶。結晶部分占有的比例，即為結晶度。而結晶化程度可用X線的反射來量測。有機化合物的構造復雜，塑料構造更復雜，且分子鏈的構造（線狀、毛球狀、折叠狀、螺旋狀等）多變化，致其構造亦因成形條件不同而有很大的變化。結晶度大的塑料為結晶性塑料，分子間的引力易相互作用，而成為強韌的塑料。為了要結晶化及規則的正確排列，故體積變小，成形收縮率及熱膨脹率變大。因此，若結晶性越高，則透明性越差，但強度越大。
結晶性塑料有明顯熔點(Tm)，固體時分子呈規則排列，強度較強，拉力也較強。熔解時比容積變化大，固化後較易收縮，內應力不易釋放出來，成品不透明，成形中散熱慢，冷模生產後收縮較大，熱模生產後收縮較小。相對於結晶性塑料，另有壹種為非結晶性塑料，其無明顯熔點，固體時分子呈不規則排列，熔解時比容積變化不大，固化後不易收縮，成品透明性佳，料溫越高色澤越黃，成形中散熱快，以下針對兩者物性進行比較。
結晶性塑料的特性如下：
1. 分子在結晶構造中緊密的靠在壹起，所以結構就更堅實。密度、強度、鋼度、硬度就增加，但透明度降低。
2.結晶性樹脂在熔點溫度時產生了急劇的比容下降，非結晶性樹脂比容在熔點溫度沒有急劇改變。比容是指單位質量的體積，單位是/g。結晶度依樹脂種類，冷卻速度而異，硬質聚乙烯結晶度高達90％，耐龍的結晶度僅20～30％左右。冷卻速度愈慢，結晶度愈高。
A. 結晶性與非結晶性塑料的物性對比
物 性結晶性非結晶性 物 性結晶性非結晶性
比重較高較低耐磨耗性較佳較低
拉伸強度較高較低抗潛變性(Creep)較佳較低
拉伸模數較高較低硬度較硬較低
延展性或伸長率較低較高透明性較低較高
耐沖擊性較低較高加玻纖補強效果較高較低
最高使用溫度較高較低尺寸安定性較差較佳
脆 性較脆－翹曲性較易－
收縮率較高較低著色性較難較易
流動性(MI)較佳較低耐熱性較高較低
耐化學藥品性較高較低折動性較佳較差
B. 熱塑性塑料依結晶性與非結晶性區分
結晶性塑料非結晶性塑料
泛
用
塑
料聚乙烯
(Polyethylene, PE)
聚丙烯
(Polypropylene, PP)聚氯乙烯
(Polyvinyl Chloride, PVC)
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯***聚合物 (Acrylonitrile-Butadene-Styrene, ABS)
通用級聚苯乙烯
（General purpose polystyrene，GPPS）
壓克力
(Acrylic Resin, PMMA)
泛
用
工
程
塑
料尼龍
(Polyamide, PA-6, PA-66, PA-46, PA-11, PA-12)
聚對苯二甲酸乙酯
(Polyethylenephthalate, PET)
聚對苯二甲酸丁酯
(Polybutylenephthalate, PBT)
聚縮醛
(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM)
變性
（，PPO）
聚碳酸酯
(Polycarbonate, PC)
變性氧化二甲苯
（Polyphenylene Oxide PPO）
特
殊
工
程
塑
料聚苯硫醚
(Polyphenylene Sulfide, PPS)
液晶
(Liquid Crystal Polymer, LCP)
聚二醚酮
(Polyether Ether Ketone, PEEK)
氟碳樹脂
(Polytetrafluorcethylene, PTFE)
聚氧苯甲酯
(Polyoxybenzylene, POB)
聚醚
(Polyphenylene Sulfide, PES)
聚諷
(Polysulfone, PSF)
聚芳香酯
(Polyarylate, U-Polymer, PAR)
聚醚酰亞胺
(Polyetherimide, PEI)
聚酰胺酰亞胺
(Polyamideimide, PAI)
六、塑料的性質
塑料雖有許多優良性質，但並非每壹種塑料均能具備所有的優良性質。材料工程師與工業設計家都必須深入了解各類塑料的性質，才能設計出完美的塑膠制品。塑料的性質，大體可分為基本物性、機械性質、熱性質、化學性、光學性及電氣性等六類，下文將逐項加以討論。
（壹）基本物性
基本物性是指塑膠原料的基本物理性質，常見的有比重、假比重、粒徑、粘度、分子量、遊離單體含量、吸水率及透氣率。
1、比 重
比重是指物質密度與水密度的比值（水密度為1），所謂密度是指單位體積的重量。目前所知塑料中比重較輕的為聚甲基戊烯（0.83），較重的為鐵氟龍（2.3），其它的多在1左右。比重可用來估算制品所需原料的重量，而要減輕塑料的用量或重量可采用發泡的方式解決。比重的測定可依ASTM D792水中置換法測得。
2、分子量
壹般化合物的分子量是不變的，而聚合體的分子量則是大小不均，所以必須采用平均值及分布度表示。常用的分子量表示法為重量平均分子量MW及數目平均分子量MN，其比值MW/MN稱為分子量分布。這些的測定可依ASTMD3598的膠粒穿透色層分析法得到。
3、黏 度 黏度常用來顯示膠塑體（Plastisol）及膠溶體（Organosol）的特性，壹般可依ASTM D1823及ASTMD1824的方法測得。
4、假比重及粒徑分布 這兩項常用來顯示塑料原料的顆粒大小及填塞緊密狀況。粒徑分布可依ASTMD1921的篩分法測得，假比重可依ASTM D1895的方法測得。
5、遊離單體（Free monomer）
遊離單體含量可表示樹脂聚合的程度，壹般以?或ppm表示。用做食品容器的塑料，或單體聚有毒性的塑料對遊離單體含量管制較嚴。
6、吸水率（Water absorption）
吸水率表示塑料吸收水份的程度。其測量方法是將樣品烘幹後稱重，再浸入水中24或48小時，然後取出來再稱重，計算重量增加的百分比，即為吸水率。酚醛樹脂、尿醛樹脂、尼龍、纖維素樹脂等吸水率較高，PE、PP等吸水率較低。壹般吸水率大者，其機械強度與尺寸穩定性易受影響。
7、透氣率 透氣率表示塑料膜或塑料板氣體穿透難易的程度，可依ASTM D1434的方法測得。
8、熔融指數（Melt Flow Index,MI）
熔融指數，全稱熔液流動指數，是壹種表示塑膠材料加工時的流動性的數值。它是美國量測標準協會(ASTM)根據美國杜邦公司(DuPont)慣用的鑒定塑料特性的方法制定而成，其測試方法是先讓塑料粒在壹定時間（10分鐘）內、壹定溫度及壓力（各種材料標準不同）下，融化成塑料流體，然後通過壹直徑為2.1mm圓管所流出的克（g）數。其值越大，表示該塑膠材料的加工流動性越佳，反之則越差。最常使用的測試標準是ASTM D 1238，該測試標準的量測儀器是熔液指數計(MeltIndexer)。測試的具體操作過程是：將待測高分子（塑料）原料置入小槽中，槽末接有細管，細管直徑為2.095mm，管長為8mm。加熱至某溫度後，原料上端藉由活塞施加某壹定重量向下壓擠，量測該原料在10分鐘內所被擠出的重量，即為該塑料的流動指數。有時您會看到這樣的表示法?MI25g/10min，它表示在10分鐘內該塑料被擠出25克。壹般常用塑料的MI值大約介於1~25之間。MI愈大，代表該塑料原料粘度愈小及分子重量愈小，反之則代表該塑料粘度愈大及分子重量愈大。
（二）機械性質
機械性質是指塑料的各種機械性能強度，主要可分下列各項：
1、抗張強度（Tensile strength）及伸長率（Elongation）
抗張強度又稱抗拉強度，是指將塑膠材料拉伸到某壹程度，所需力量的大小，通常以每單位面積多少力來表示，而其所拉伸長度的百分比即為伸長率。拉伸強度試片其拉伸的速度通常為5.0～6.5mm/min。詳細測試方法依ASTM D638。Strain）。
2、彎曲強度（Flexual strength或Bending strength ）
彎曲強度又稱折曲強度，主要用來測定塑料耐折的能力，可依照ASTMD790的方法測試，常以每單位面積多少力來表示。壹般塑料以PVC、美臘明樹脂、環氧樹脂及聚酯類彎曲強度為佳。玻璃纖維也常用來提升塑料的耐折性。
彎曲彈性率是指將試片彎曲時（測試方法如彎曲強度），在彈性範圍內，單位變形量所產生的彎曲應力。壹般彎曲彈性率越大，則表示該塑膠材料的剛性越好。
3、壓縮強度（Compressive strength）
壓縮強度是指塑料承受外來壓縮力的能力，其測試值可依照ASTMD695方法測定。聚縮醛、聚酯、壓克力、尿權樹脂和美臘明樹脂在這方面性能較突出。
4、沖擊強度（Impact strength）
沖擊強度是指塑料受外力打擊所能承受的強度，其測試值可依照ASTMD256測試，其中有夏比（Charpy）法及艾氏（Izod）法兩種。計算方法是將破壞試片所需的能量值除以試片的寬度。壹般塑料以PVC、PE、PP、ABS等沖擊強度較高。
5、硬度（Hardness）
壹般塑料的硬度常采用Rock Well Durometer（洛氏硬度）及Shore Durometer（蕭氏硬度）法來測試。其中Shore A常用來測定較軟的塑料，如TPE等彈性體或橡膠；Shore D則用來測定較硬的塑料；而Rock Well幾乎都是測定較硬之工程塑料或高性能工程塑料。它們的公式換算為Shore D ＋ 50 = Shore A。普通PE、MF、UF、FRP等塑料較硬，PE類較軟。
6、彈性系數（Modulus）
彈性系數是指塑料受外力作用變形後恢復原來形狀的能力，壹般以應力對應變的比值表示。彈性值愈大表示塑料材料的剛性（Rigidity）愈好。
（三）熱性質
熱性質是指塑料在溫度變化的影響下，各種形性改變的程度。通常熱性質與塑料加工的關系最為密切。現將重要的項目分述如下：
1、玻璃轉移點（Glass Transition Point，Tg）
當塑料的溫度達到玻璃轉移點時，其分子鍵的分枝開始局部脈動，塑料便由玻璃狀變成橡膠狀。也就是說，當聚合物的溫度在Tg時，會由較高溫下呈現的橡膠態，轉至低溫下所呈現的具堅硬易脆性質的玻璃狀。結晶性塑料有明顯的Tg及潛熱值，聚合物是呈現橡膠態還是玻璃狀全視Tg與當時使用時的溫度而定，故Tg為聚合物在使用上的重要指針。以下列舉數種塑料的Tg值：
塑料名稱Tg (℃)
塑料名稱Tg (℃)
PVC (rigid)80~212聚碳酸酯
(Polycarbonate, PC)39~150
HDPE-120PET79
LDPE-120PBT20
Polypropylene, PP-10~-18PI410
聚苯乙烯
(Polystyrene, PS)63~112PPS85
PMMA100~120PSF190
ABS88~105PESF230
PA57PEEK143
聚縮醛
(Polyacetal, POM)-50~-85U Polymer190
PEI217~220PAI280
Nylon 650~59Nylon 6, 649~261
Nylon 4678聚乙烯
(Polyethylene, PE)
-120~-125
Polyvinyl chloride60~76Polysulfone146~273
聚丙烯
(Polypropylene, PP)-10~-18ASA104
HIPS100PES230
SAN100PU120
2、塑料的熔點（Melting Point，Tm）
塑料的熔點是指塑料由固體狀態變成熔融狀態時的溫度，此時結晶性塑料的比容顯著增加，此溫度又稱可加工溫度。下表為壹些塑料的Tm值：
塑 料 名 稱Tm (℃)
塑 料 名 稱Tm (℃)
HDPE130~135PET250~265
LDPE107~120PBT225~230
Polypropylene, PP165~176POB450
PA220PEEK334
聚縮醛
(Polyacetal, POM)175~181PPS285~290
PTFE327Nylon 6215~225
Nylon 46295Nylon 11184~187
聚碳酸酯
(Polycarbonate, PC)220Nylon 12177~178
PMMA160Nylon 6, 6225~265
PVC (rigid)212Nylon 6, 10213
ACETAL160聚乙烯
(Polyethylene, PE)115~176
Nylon 6, 12210~220聚丙烯
(Polypropylene, PP)176
3、熱變形溫度（Heat distortion temperature，HDT）
熱變形溫度顯示塑膠材料在高溫受壓下能否保持不變的外形，壹般用來表示塑料的短期耐熱性。若考慮安全系數，短期使用的最高溫度應保持低於熱變形溫度10℃左右，以確保不致於因溫度而使材料變形。最常用的熱變形測定法為ASTM
D648試驗法，即將試片在壹定壓力及壹定加溫速度下，彎曲到壹定程度時的溫度。例如，在壹標準試片（127×13×3mm）的中心，置放在455kPa或1820kPa負載下，並以2℃/min條件升溫直到變形量為0.25mm時的溫度。對非結晶塑料，HDT比Tg小10~20℃；對結晶塑料，HDT則接近於Tm。通常加入纖維補強後，塑料的HDT會上升，因為纖維補強可以大幅提升塑料的機械強度，以致在升溫的耐撓曲測試時，會呈現HDT急劇升高的現象。下表列舉幾項常用塑料的熱變形溫度比較：
塑料名稱HDT1820Kpa(℃) 塑料名稱HDT1820Kpa(℃)
結晶性非結晶性
聚乙烯
(Polyethylene, PE)29~126硬質 PVC54~79
聚丙烯
(Polypropylene, PP)40~152聚苯乙烯
(Polystyrene, PS)63~112
PBT60~65ABS66~107
PET80~100壓克力 PMMA
(Acrylic Resin)68~99
尼龍6PA-663~80PPO100~128
Homopolymer POM125~136聚碳酸酯
(Polycarbonate, PC)39~148
Copolymer POM110H-PVC54~74
PI315~360PSF175
HDPE43~49PAR175
MDPE32~41PES205
尼龍6, 6PA-6, 662~261GPPS96
HDPE43HIPS96
LDPE32PS+20~30%GF103
尼龍6-10PA-6-1057AS88~104
尼龍6-12PA-6-1260Poly
(vinyl chloride)60~76
尼龍11PA-1155Polysulfone146~273
尼龍12PA-1255
4、熱膨脹系數（Heat Expansion coefficient）
熱膨脹系數是指塑料加熱時尺寸膨脹的比率，可依ASTM D696的試驗法測定。由於壹般塑料的熱膨脹系數比金屬大2～10倍，因此在設計模具、塑料與金屬並用的器具、塑料的鉗核物時，必須詳加考慮，以防止因內部應力而造成產品的龜裂變形。
5、收縮率（Shrinkage）
收縮率是指塑膠制品經冷卻、固化並脫模成形後，其尺寸與原模具尺寸之差的百分比，可依ASTM D955方法測得。在塑料模具設計時，收縮率是首先必須考慮的，以免造成成形品尺寸的誤差。
因結構不同的關系，結晶性塑料與非結晶性塑料的收縮率存在明顯的差異。壹般地，結晶性塑料的收縮率比非結晶性塑料的收縮率大上好幾倍（如下表所示）。同時有添加玻璃纖維或其它強化劑的塑膠材料，其收縮率可降低好幾倍。影響成型收縮的因素有熱收縮、結晶度（熱塑性）或硬化度（熱固性）、彈性回復、分子配向、與成型條件等因素。
（1）熱塑性塑料
塑料
名稱成形收縮率(%)
塑料
名稱成形收縮率(%)
塑料
名稱成形收縮率(%)
ABS0.3~0.8PA0.6~2.5POM0.8~3.5
AS0.2~0.7PA-60.5~2.2PP1.0~2.5
CA0.3~0.8PA-660.5~2.5PPO0.5~0.7
CAB0.4~0.5PA-6101.2PPS0.6~1.4
CAP1PA-6121.1PS0.2~1.0
CP0.4~0.5PA-111.2PVA0.5~1.5
EC0.4~0.5PA-120.3~1.5PVAC0.5~1.5
EPS0.4PAR0.8~1.0PVB0.5~1.5
FEP3.0~4.0PBT1.3~2.4硬質PVC0.1~0.5
FRP0.1~0.4PC0.4~0.7軟質PVC1.0~5.0
EVA0.5~1.5PCTFE0.2~2.5PVCA1.0~5.0
HDPE1.2~2.2PE0.5~2.5PVDC0.5~2.5
HIPS0.2~1.0PET2.0~2.5PVFM0.5~1.5
LCP0.1~1.0PES0.5~1.0SAN0.2~0.6
LDPE1.5~3.0PMMA0.2~0.8SB0.2~1.0
（2）熱固性塑料
塑料名稱成形收縮率(%) 塑料名稱成形收縮率(%)
EP0.1~0.5SP0.0~0.5
MF0.5~1.5UF0.6~1.4
PDAP0.1~0.5UP0.1~1.2
PF0.4~0.9DAP0.1~0.5
PU0.6~0.8BMC0.0~0.2
（3）各類塑料對超音波融接的難易
材 質適宜融著技術的難易強 度
PS（壹般用）優優優
Polyester
（tetoron dacron）優優優
AS良良優
ABS良良良
PC良良優
Polyactal
（Delrin，Duracon）良良優
亞克力
（Acrylic）可可可
PVC
（硬質）可可良
PP不可可良
PE不可不可不可
Polyamide
（尼 龍）不可不可不可