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射出成形塑膠原料概論2010.05.10高分子的性質概念•一群較小分子量分子，鍵結成高分子量的巨大分子，這些小單位分子叫單體，巨大分子就是高分子(聚合物、Ploymer)•原子間的鍵結形式是共價鍵，分子鏈上單體數目n稱為聚合度•加成反應時由於各分子鏈所引入單體數量不同，造成最終產品聚合度不是單一值，所以高分子的分子量必然是呈現一種分布曲線高分子的性質概念高分子的性質概念•低分子化合物:分子量1,000，如單體。•準高分子化合物:分子量在l,000~l0,000之間，又稱為寡聚合物(Oligomer)，如油漆，接著劑等。•高分子化合物:分子量在l0,000~l,000,000之間，又稱為聚合物(Polymer)，如塑膠，合成橡膠及人造纖維等。•超高分子化合物:分子量1,000,000•聚合物如由單一種單體所聚合而成時被稱為單聚合物(HomoPolymer)，如由兩種似上單體所合成則稱為共聚合物(copolymer)高分子的性質概念高分子的性質概念•本質特性：取決於材料本身的化學結構及物理狀態，ex:比容、密度、比熱、Tg、Tm…•加工性質：不同加工方法會造成產品性質差異，此乃高分子特殊之處，ex:排向作用、結晶度…•產品性質：產品不變性要求往往是最重要的，材料的選定、設計及加工方式得出產品性質聚合物的性質大體受哪些因素影響•構成分子的官能基(FunctionalGroup)。•聚合物的聚合度(結合單體的多寡)，也就是分子量的大小。•聚合物的分子結構，如線形或有側鏈，結晶或是不定形以及是否交聯(crosslinking)等;還有結晶度(結晶區域的比率)的大小，分子鏈的柔軟性和分子量的分佈等也都會影響聚合物之性質高分子分類高分子分類–線性高分子•線性高分子：沒有側鏈的高分子，稱為線性高分子，不一定成一直線，亦可卷曲形態，一群線性高分子往往糾結在一起，加熱可以滑開，但經冷卻又再回到糾結形態，此作用即是可回復的熱可塑效應高分子分類–分枝形高分子•分枝形高分子：含有側鏈的高分子稱為分枝形高分子•側鏈造成主體障礙，影響分子糾纏狀況，影響高分子性質，ex:PE分枝就比較不易結晶•加熱據流動性、熱可塑性高分子分類–交連•分子間有一部分以共價鍵結合，當加入溶劑時，允許溶劑撐開分子鏈，可使之膨潤•最典型的交連性高分子是橡膠，分子鏈與分子鏈間部份是共價鍵構成高分子分類–交連丁二烯（軟、黏）橡膠（有彈性）5%S高分子分類–高度交連•此類高分子主鏈間大都由共價鍵結，並產生三度空間之網狀結構•因主鏈間都是由高鍵結的共價鍵組合，所以加進溶劑，沒有足夠力量撐開分子鏈，所以沒有顯著膨潤效果•加熱甚難使分子滑開，所以加熱甚難流動•熱固性塑膠、接著劑、塗料..影響高分子性質的因素影響高分子性質的因素分子量的大小及分布•分子量的分布曲線和聚合的方法和條件有密切關係•分子量大，玻璃轉移溫度Tg較高，機械性質、耐熱性、耐衝擊性性皆提昇，但黏度隨之增大造成不易加工•分子量的分布也會影響高分子性質•Mn稱為數量平均分子量；與機械性質比較有關•Mw稱為重量平均分子量；與熔膠黏度有關•Z平均分子量與黏彈性比較有關影響高分子性質的因素分子量的大小及分布•Mw/Mn我們稱為分子量分佈(PDI)，他是一個表示分子量分佈區間的參考指數•PDI=1，稱為單一分散高分子•PDI1，稱為多成份分散高分子•PDI大表示分布寬，性質較差，加工較易•PDI小表示分布寬，性質較好，加工較差•線性高分子PDI值約2影響高分子性質的因素•假設有3個高分子，分子量分別是1000，100及10，則其Mn=(1000+100+10)/3=370Mw=(1X1000的平方+1X100的平方+1X10的平方)/(1000+100+10)=910影響高分子性質的因素高分子玻璃轉移現象•一般物質有三相，但高分子沒有氣態的存在•一般物質用Tm(熔點）來界定液態和固態•高分子在Tm以下附近還有橡膠態，既不屬於固態亦不屬於液態•玻璃轉移溫度Tg：從橡膠態冷卻下來，鏈節的移動性被冷凍下來那個溫度點，也就是高分子玻璃態開始解凍的溫度•Tg表示高分子開始大鏈結移動，也就是脫離硬梆梆的玻璃態，開始較具延展性的溫度•自由體積：VfVf=Vt–VoVf:分子可旋轉的活動空間(移動及轉動)Vt:總體積Vo:分子實際所佔的體積•Vf隨著溫度而下降，使體積下降至一常數時就是Tg，Vf越大，分子越容易旋轉，Tg就越低影響高分子性質的因素高分子玻璃轉移現象轉態現象與P-v-T圖影響高分子性質的因素高分子玻璃轉移現象•可撓性高，容易旋轉，Vf大，Tg低•側鏈愈大，Vf小，Tg高•極性欲大，鏈間形成偶極互相牽制，造成不易旋轉，Tg高•分子量Mn大，分子鏈不易旋轉，Tg高•化學交連致使分子鏈不不易旋轉，Tg高•可塑劑會滲入高分子鏈，撐開高分子鏈致使Vf增加，Tg下降高分子鏈愈容易活動Tg愈低，愈容易加工；高分子鏈愈不容易活動Tg愈高，愈不容易加工影響高分子性質的因素高分子玻璃轉移現象結晶性•高分子依結晶情形可分結晶性高分子及非結晶性高分子•尚未有100%的結晶性高分子合成出來•分子鏈的構造越規則，排列越對稱，有足夠驅動力促使分子鏈排到結晶格子，則形成結晶性高分子•溫度升高容易填入結晶格子，但相對分子熱運動大易逃出結晶格子，最後達成一平衡•結晶性高分子排列整齊，密度高，可以承受外界負荷較大，低溫下脆，受衝擊時將沿結晶面快速傳遞•結晶性高分子多有結晶區與非結晶區同時存在，結晶區折射率較大，變的不透明結晶性結晶結晶不結晶結晶性結晶性塑膠的分子結構•分子鏈的纏集:不定形結構(Amorphous)與結晶(crystalline)添加物•添加物主要是為了改善機械性質、物理、化學性質•加GF、CF使機械性質大大提昇•加可塑劑降低Tg、黏度，改善加工性•加安定劑提昇熱安定性分子配向(molecularorientation)與鬆馳(relaxation)•熔融塑膠流動時，因受噴泉效應與切斷力的作用，分子鏈會延流動方向排列，此稱為分子配向;而當流動結束，如塑膠仍有足夠的溫度則會朝原來的糾纏結構回復，此稱為鬆弛。•配向與鬆弛的程度取決於料溫，模溫，射出速度，肉厚，材料黏度以及射出時間等;它會影響成形品縱橫及厚度方向之收縮率，也是變形翹曲的另一要因;同時它也使成形品各有不同程度的方向性，改變不同方向的性質。分子配向(molecularorientation)與鬆馳(relaxation)配向性•分子鏈糾結可藉加熱或剪切力使之滑開•分子鏈延沿著延伸方向整齊排列，由於分子鏈主鏈鍵結都是共價鍵，遠比垂直方向分子鏈間凡得瓦爾力大的多，所以延伸方向機械強度比垂直方向遠大的多•流動方向受延伸比較較大，分子也受到配向性•由於彈力效應，外力去除後會有一定程度的回復，造成流動方向收縮較嚴重•GF等補強物是無機材質，不易收縮，反而不那麼據烈分子配向(molecularorientation)與鬆馳(relaxation)