2024年2月20日发(作者：)
塑膠材料講議
壹：緒論
自古以來，在人類的日常生活中，凡與食、衣、住、行有關連所使用的各種器物、材料，均取之於大自然。諸如：木材及金屬，但由於長期取材的結果，導致環境的破壞與資源日益匱乏，因此，當產業革命之後，世界較先進的國家。其經濟的成長快速。人們對物質生活的享受更加注重，對各種材料的需求產生不可遏止的慾望。且對於質與量的講究著重於求新與求變，為因應市場的需求，經過科學家戳力研發各種可替代的材料後。發現在原油的提煉過程中。可裂解出很多單體的化學原料，而這些材料所製成的器材，不但質量優越，且重量很輕，而且這些單體在可以互相融合的狀況下，再經過聚合加工過程後,更可改變其原有的物性,且物性更超越各單體原本所具有的物性。因此，劃時代的材料-----塑膠於焉此而產生。益利材料科技股份有限公司既為橡、塑膠業界的成員，在與客戶的生意往來間必產生各種互動關係，為因應客戶的需求與售後服務，甚至在資訊的獲取目標與研究發展的領域中，探求更專業的技術與知識。必能對公司營運有所助益,更可以增進更雄厚的競爭能力，使每位員工具備有獨當一面的單兵作戰技能,為達到從專業中求專業的宗旨，則必需對員工的在職訓練工作上投入更堅實的函授與訓練，以使每個人在塑膠材料的領域中，獲得最專業的知識、經驗與技能，培育出最優秀的人才，組織最卓越的營運團隊。
貳：塑膠與橡膠(Plastic & Rubber).
(一). 在目前塑膠材料的市場上，常見的種類約略可分成下列幾種：
1. 聚氯乙烯---英文簡稱 PVC(Polyvinyl Chloride)
2. 聚乙烯---英文簡稱 PE (Polyethylene), 聚乙烯又可分為
(A) 線性低密度聚乙烯---英文簡稱 LLDPE (Linear Low Density Polyethylene).
(B) 低密度聚乙烯---英文簡稱 LDPE (Low Density Polyethylene)
(C) 高密度聚乙烯---英文簡稱 HDPE (High Density Polyethylene)
3. 聚丙烯---英文簡稱 PP (Polypropylene) 聚丙烯又可分為
(A) 聚合聚丙烯---英文簡稱 HOPP (Homo polymer propylene)
(B) 共聚合聚丙烯---英文簡稱 COPP (Copolymer propylene)
4. 聚苯乙烯---英文簡稱 PS (Polystyrene), 聚苯乙烯又可分為
(A) 一般級聚苯乙烯---英文簡稱 GPPS (General Purpose Polystyrene)
(B) 耐沖擊聚苯乙烯---英文簡稱 HIPS (High Impact Polystyrene)
(C) 發泡級聚苯乙烯---英文簡稱 EPS (Expension Polystyrene)
5. 丙烯氰苯乙烯聚合物---英文簡稱 AS 或 SAN(Acrylic Nitrile Styrene copolymer)
6. 丙烯氰丁二烯苯乙烯聚合物---英文簡稱 ABS (Acrylic Nitrile Butadiene Styrene)
7. 聚甲基丙烯酸甲酯---俗稱亞克力塑膠，英文簡稱 PMMA (Poly Methyl Meth Acrylate)
8. 聚醯胺塑膠---俗稱尼龍(Nylon)英文學名為Polyamide.依其密度可分成Nylon6,
Nylon66,Nylon610，Nylon11,Nylon12.其中最常用者為Nylon6及Nylon66兩種。
9. 碳酸酯聚合物---英文簡稱 PC(Polycarbonate)
10. 飽和聚酯塑膠---英文簡稱 PT (Poly Terephthalate)，此類塑膠依其用途可分為
(A) PET (Poly Ethylene Terephthalate)，一般使用於保特瓶、聚酯絲、 PET片及薄膜(Sheet))製造用途。
(B) PBT (Poly Buthylene Terephthalate).
11. 聚縮醛塑膠---俗稱塑鋼，英文簡稱 POM (Polyacetals).
(二) 在目前橡膠材料市場上,常見的種類約略分為下列幾種:
1. 天然橡膠-英文簡稱 NR,(Natural Rubber),即生膠.
2. 丁二烯合成橡膠-英文簡稱 BR,(Butadiene Rubber)
3. 苯乙烯丁二烯合成橡膠-英文簡稱 SBR,(Styrene Butadiene Rubber)
4. 氯化橡膠-英文簡稱 CR,(Chloro 或Chlorinated Rubber)
5. 異戊二烯合成橡膠-英文簡稱 IR,(Isoprene Rubber)
6. 三元乙丙烯雙鍵合成橡膠-英文簡稱 EPDM,(Ethylene Propylene Diene Monomer),含有雙環戊二烯,即傳統熱硬化橡膠.
7. 丁烯合成橡膠-英文簡稱 IIR,(Isobutyl Isoprene Rubber)
9. 矽膠-英文簡稱 SR,(Silicon Rubber)
叁：熱可塑性塑膠彈性體(Thermo Plastic Elastomer)
塑膠聚合物的種類中，其聚合物適合加入摻配料、添充物、添加劑，經過compound使能相溶製成顆粒，經押(射)出機器製造成形後，可藉由二次加工(加熱)予以定型者，均屬熱可塑性塑膠(Thermo Plastic)，此類材料，目前的市場需求量最大，尤其在電線(wire)、電纜(cable)、3C(Computer-電腦,Communication-通訊,Consumer Electronic-消耗性電子)零件製品，製鞋業、玩具製造業等。每個製造業依其產品的特性，選擇適合的熱可塑性塑膠彈性體材料。由於PVC長期使用以來對環境保護及人體的健康產生危害。世界上較為先驅的國家和地區開始體會環保的重要性。因此要求其企業在永續經營的理念中逐步禁止使用PVC，而熱可塑性塑膠彈性體成為最適用的材料。
所謂熱可塑性彈性體,即凡可用熱可塑性方式加工,當加熱時有可塑性行為,於溫度下降至常溫時,外觀呈彈性體狀態,其分子量必有二個單一分子團,一分子團為硬質部(Hard domain),高溫時呈熱可塑行為,另一分子團為軟質部(Soft domain)呈彈性體.二者結構式卻不同,當受熱時熱可塑之硬質部可流動,加工成形,冷卻時軟質部呈現橡膠質感,此即為熱可塑性彈性體.而熱可塑性彈性體依其所摻配硬質部之不同,大略可分成下列幾
個種類:
1. TPVE-硬質部為PVC,即聚氯乙烯彈性體.
2. TPV-硬質部是Partial Curve之彈性體部份架構,亦即將TPE加以部份硫化
(Partial Vulcanization),又稱動態加硫(Thermodynamic Vulcanization),類似傳統熱硬化橡膠(Thermo-Set Elastomer).
3. TPO-硬質部為olefin,為乙烯,丙烯,丁烯系之聚合物,俗稱聚烯烴(又稱石臘)彈性體.
4. TPS-硬質部為 Styrene,即聚苯乙烯彈性體,又可分為 SBS及 SEBS兩個系列
5. TPU-硬質部為Urethane,即聚胺酯彈性體.
6. TPEE-硬質部為Ester,即聚酯(又稱多元酯)彈性體.
7. TPAE-硬質部為Amide,即聚醯胺彈性體.
各彈性體依其用途及需求之物性,加以Compound不同的硬質部,及加工助劑(Process),但主原料均以 TPE作為Base,因此TPE是熱可塑性彈性體家族(Family
name)的統稱,摻配硬質部後之共聚合物(Polymer)則為其分系,茲就各系之世界著名專業製造商及市場售價加以分析之.
1. TPVE-英文全名為 Thermo Plastic Polyvinyl Elastomer,以美國杜邦公司(Dupont) 所生產的Alcryn 最為著名,單價約 5USD/kg.
2. TPV-英文全名為 Thermo Plastic Polycnrve,其物性類似EPDM(Ethylene
Propylene Diene Monomer-乙,丙烯雙鍵合成橡膠,並含有雙環戊二烯),以美國
AES 公司(Advanced Elastomer System) 所生產的Santoprene 及荷蘭DSM公司之 Sarlink最為著名,AES 公司之前身為孟山都公司(Monsanto),一般級之單價約5-6USD/kg. 具防火功能單價約 8USD/kg以上.
3. TPO-英文全名為 Thermo Plastic Polyolefin Elastomer,此級材料勢必成為3C(Computer-電腦,Communication-通訊,Consumer electronic-消耗性電子)製品的主要材料,目前英國 Magaron, 德國EEC,韓國LG,美國Dupont, 日本三井化工(Mits-I)等均有生產,益利材料科技股份有限公司是台灣自行研發此材料的第一家,已獲得諸多需求廠商的青睞與肯定,此級材料一般的單價約
4.5-5USD/kg,具防火功能之單價約6USD/kg以上.
4. TPS-英文全名為 Thermo Plastic Polystyrene Elastomer,即Styrene(聚苯乙烯)並含有部份氫化物,較有名者如 Hydrogenate, 單價約5-6USD/kg.
5. TPU-英文全名為 Thermo Plastic Polyurethane Elastomer,此級材料之一般級在市場,單價從 2USD/kg 至4USD/kg均有.如為抗紫外線(Ultra-Violet Ray)且透明料者,單價約5USD/kg,而TPU 在Compound具防火功能者,其難度頗高,其中以美國Goodrich公司所生產型號 58244之膠料,售價高達10 USD/kg.
6. TPEE-英文全名為 Thermo Plastic Polyester Elastomer,一般俗稱海萃級是以美國杜邦公司(Dupont)Hytrel 之商品名稱之,市場上以美國Dupont 公司之Hytrel及荷蘭DSM公司之Arnitell最為著名,其他如日本Toyobo(東洋紡織)美國GE(奇異)公司之Lomo D,韓國的Koolom等均有生產,一般級市場單價約
6-7USD/kg,具防火功能之單價更高達12USD/kg.
-英文全名為 Thermo Plastic Polyamide Elastomer,以法國ATO公司所生產的 Pebax最為著名,單價約 10USD/kg.
肆: 熱可塑性彈性體分類歸納說明:
由各分系所製成的熱可塑性彈性體,因其用途及對物性的需求各異,以致於單價不一,造成在分類上無法統一規範,市場複雜,在世界統一編號中其英文命名統稱為
Thermo Plastic Rubber (熱可塑性橡膠)在 Co Code(Commodity Code) No; 40021990一欄中略有詳細說明.
伍: 各分系彈性體硬度(Hardness)分析:
1. TPVE- 市場供應之硬度在Shore 570A-950A 之間.
2. TPV - 市場供應之硬度在Shore 400A-500D 之間.
3. TPO - 市場供應之硬度在Shore 600A-930A 之間.
4. TPS - 市場供應之硬度在Shore 200A-930A 之間.
5. TPU - 市場供應之硬度在Shore 700A-950A 之間.
6. TPEE - 市場供應之硬度在Shore 850A-600D 以上.
7. TPAE - 市場供應之硬度在Shore 400D 以上.
陸: TPE 之部份硫化說明
TPE 由於材質本身亦存在部份缺點,如使用在電源電線(AC)上,耐高溫較差,且押出(Extrusion)及射出(Injection)成形之線材或Moulding Parts之表面,容易刮傷,因此唯有加以部份硫化(Partial Vulcanization),以改善上述之缺點,更可增強其耐候性及熱壓縮變形率,但部份硫化後之TPV,卻相對地使其原有的延伸率(Elongation)及拉力強度(Tensile Strength)減低,硬度增加,且防火性亦降低,因此,加以部份硫化之TPV,常被使用在餐具握把,汽車的避震系統(Cushion)之防塵套或汽車引擎蓋內之橡膠零件等之製造.
柒: 物性單位解說
拉力強度:(Tensile Strength)
目前在熱可塑性彈性體物性之拉力強度常用的單位有三種:
(1) kg/cm2 (2) Mpa (3) PSI
其相對換算公式如下:
(a)單位換算公式:容量/面積
1Mpa 相當於 10kg/cm2
1kg/cm2相當於14.22PSI.
PSI即 Pound Per Souce Inch 之簡稱.
則公製與英製單位相對照為
1kg=2.2Lb
1Inch=2.54cm
故1kg/cm2=2.2Lb/1kg*2.542cm2/IN2
=2.2*2.54*2.54
=14.22Lb/IN2 (PSI)
假設某彈性體拉力強度為5.5Mpa依上列公式換算:
5.5Mpa*10kg/cm2=55kg/cm2
5.5Mpa*142.2Lb/IN2=782Lb/IN2(PSI)
(b)壓縮變形率(Compression Set)
壓縮變形率是指彈性體在耐候受壓後之變形結果之測詴數率,分成常溫,700c及1000c三種溫度條件加以測詴,其方法為將10mm厚(長)度之詴片分別在上列三種溫度下分別強壓成5mm,並持續22小時後除去壓力,經過30分鐘後,測量其厚(長)度,即可得知壓縮變形率之數值,該數值之百分比越小表示壓縮變形率越佳,如經22小時之壓縮後仍恢複到壓縮前之厚度,則其壓縮變形率為0%,計算公式如下:
10-x/10-5*100%
x代表除去壓力經30分鐘後所測得之厚(長)度值,單位為mm或cm
捌: 熱可塑性彈性體與PVC塑膠硬度對照
PVC 粉沫因加工成顆粒狀時必須攪拌液態可塑劑(DOP),而熱可塑性塑膠彈性體可藉由主膠控製硬度,經Compound方法直接加工而成.因此市場上硬度單位規範不同,PVC以”P”為單位,即PHR之簡稱,而熱可塑性塑膠彈性體則以Shore”A”為單位.譬如 PVC之硬度 80P,表示使用80%之粉沫,摻配20%之DOP加工而成,而DOP含量越多,其硬度越軟,故PVC硬度P值越高時,其硬度越軟,此與熱可塑性塑膠彈性體恰成相反,Shore A值越低表示硬度越軟,兩者常產生混淆,為避免供貨發生疏失,特將兩者硬度單位作成下列之對照表:
PVC硬度單位PHR 與TPE硬度單位 SHORE A
對照表
PVC/DOP
100/PHR
90/PHR
80/PHR
70/PHR
60/PHR
50/PHR
40/PHR
TPE 系列 Shore A
570
A
630 A
690
A
750 A
810 A
880 A
950 A
硬度標準之誤差值為 ± 30A
玖：結論
綜合上列各項敘述說明，藉以提升我公司員工之素質與專業，凡我公司一份子。
均應用心學習與牢記。隨時隨地充實自己的專業知識與作戰能力，組成最堅強的團隊，使客戶對我公司作最佳的肯定，必能在營運上達到事半功倍的成長效果。願與全體員工共勉之。
撰述人:
EASY MATERIAL TECH CO., LTD
Manage Director
TPR與 TPO 之區別說明
Thermo Plastic Rubber (熱可塑性橡膠彈性體)簡稱 TPR 或 TR, 與 Thermo
Plastic Polyolefin Elastomer (熱可塑性聚烯烴彈性體)簡稱 TPO，在材料分類上雖同屬 TPE 系列,猶如同一族群，但在加工 (compound) 過程所用的摻配料仍有很多不同，因此用途及物性產生很大的區別，茲分別說明如下：
1. TPR-
TPR 之主要原料為TPE (Thermo Plastic Elastomer) 和一些添加劑所compound 制成，是所有熱可塑性橡膠與彈性體之家族群統稱，成份中含有 Styrene
Elastomer Base (聚苯乙烯彈性體)， Olefin Elastomer Base (聚烯烴彈性體)，Amid
Elastomer Base (聚醯胺彈性體)，Ester Elastomer Base (聚酯彈性體)，Urethane
Elastomer Base (聚 脂彈性體)并加入大量的合成橡膠，以增加其彈性，主要用途用于鞋材、玩具，及腳踏車、旅行箱及工具握把部份，屬于環保材料。其廢棄時以熱可塑方法回收 (Recycle)。
TPR 在加工過程中必須摻入約12%之白油，用于控制其硬度：如同PVC 用
Dop (可塑劑)一樣，若compound 過程有疏失或受到高溫時，白油偶會釋出，更由于富彈性，拉力強度較低,且會移形，耐候性差。故不適合使用電線、電纜的外被材料。
2. TPO-
TPO 之主要原料亦為 TPE，其主聚合物之軟質部為SEBS 和 EPDM 系列，硬質部則摻入PE，并填充表面已處理過之輕質碳酸鈣，及乙烯-雙硬脂酸醯胺
(Ethylene Bi-Stearate Amide).和加工助劑所 compound 而成，其硬度完全以主膠彈性體 (Olefin Elastomer) 在控制，有別于 TPR (詳材質証明書)，故 TPO 之拉力強度、耐移形性、耐候性均優于 TPR 甚多，又就環保方面而言。 TPO 達到完全環保之標准。所謂完全環保即廢棄時以燃燒方法不產生大量濃煙，不會釋出有毒及侵蝕性氣體，以掩埋方法在一定時限會自動融解，且融解后不釋出有毒物質或造成任何污染。此又別于 TPR 之廢棄物處理法-回收。
總而言之，TPR 是專為鞋材、玩具等而制造。 TPO 則專為電線、3C配件而制造。兩者之物性、用途、材料成份仍有很大的區別，故 TPR 之不適用于電線外被與 TPO 之不適用于鞋材、玩具是完全可以想象的相對原由，從事不同領域的制造者，猶應引以為惕，針對各自需求，選擇適當材料，才可避免瓜田李下的窘況。
益利材料科技股份有限公司
