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物理性質與測試方法

物理性質定義 為了讓客戶能互相比較,業界定義了許多方法,以幫助使用者推估材料性能(Properties)。對於這些數據,必須小心謹慎:只有在相同的試驗標準(Test Standard)與試驗條件(Test Condition)下,同時換算成相同的計量單位,數據才能夠相互比較。實驗標準統一規範了實驗流程的先後次序、試片(Specimen)的製作、預處理、設備的配置、可供使用的實驗條件、最終結果的測量與計算。儘管在相同的的標準與條件下,數據仍然會隨各家實驗室的設備、環境、操作、選擇的計算基準而有所誤差,例如人工削角與機械削角的差異導致缺口角度過大,耐衝數據異常高估。比較時必須將這些因素考慮在內。

目前的實驗標準逐漸靠向兩種,美國ASTM標準(American Society for Testing and Materials,ASTM)與國際標準化機構ISO標準(International Organization for Standardization,ISO);在北美以外地區,ISO標準逐漸更加強勢。

熔融流動速率/熔融指數 (MFR/MI)試驗名稱:Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer(以押出塑性儀測量熱塑性塑膠熔融流動速率)試驗標準:ASTM D1238,ISO 1133試驗名稱:Rubber—Viscosity, Stress Relaxation, and Pre-Vulcanization Characteristics (Mooney Viscometer)(橡膠:透過穆尼黏度計測量黏度、應力釋放與硫化前性能)試驗標準:ASTM D1646,ISO 289-1試驗名稱:Dilute Solution Viscosity of Polymers(以稀釋溶液法測量聚合物固有黏度)試驗標準:ASTM D2857,ISO 1628;ASTM D789(PA),ASTM D1243(PVC),ASTM D4603(PET)以上標準試驗材料的流動性與黏度。要注意不同材料雖然使用同一標準,但由於熔點不同,使用的試驗條件也不同。對PP而言,MFR是塑膠熔體在10分鐘內經過一特定半徑的毛細管的重量。測試時使用的溫度和荷重分為230℃和2.16公斤。PE則是190℃和2.16公斤。由於測試儀器製作的差異及實驗室技術員操作不同,不同實驗室度量的熔融指數相差可達10%。

對於塑膠製程,此測試可作為進料品質控制檢查和成型品的製程後檢查。流動速率在製程後的顯著變化通常代表該製程不適當,破壞分子鏈。流動性過低會造成材料在設備裡黏滯、卡料;滯留時間過久材料容易劣化。在射出領域,流動性過低會造成短射(Shortshots),熔體未能完整充滿模具。還會造成流痕(Flowing Mark)、結合線(Welding line);流動性過高會造成混煉不均,顏色不均勻,毛邊(Flash)。

流動性與黏度可以推測出材料的平均分子量,其象徵分子鏈長。分子鏈長可以增加韌性與耐候性,也會降低結晶度。

密度 (Density)試驗名稱:Density and Specific Gravity(密度與相對比重)試驗標準:ASTM D792,ISO 1183將受測試片分別置於鋼架上與浸水鋼籠中,比較重量差異。密度可以推測出許多結構上的事實,從單體組成成分、比例、聚合物建構與分子鏈結構等。在PE領域,密度是選擇規格最重要的性能依據。密度愈高,可以預期分子結構分支愈少,排列愈緊實,密度愈高。密度上升,剛性上升、耐熱性上升、韌性下降、透明度下降。PE的結晶區密度為1.0,不定形區為0.85;HDPE密度0.95-0.96,MDPE密度0.94-0.95,密度LDPE0.92-0.94。

在PP領域,密度可以推測出規格的結晶度與乙烯含量。PE的結晶區密度為0.96,不定形區為0.86。大多數PP規格維持在密度0.90;當密度高達0.91甚至0.92,表示其結晶程度極高,擁有剛性、耐熱性與耐刮。一般RCP密度在0.88,好的PP彈性體密度0.86,能提供卓越韌性。PP的密度是各種塑膠最低的,適合輕量化。

在複合材料領域,密度可以推測出填充料的添加量。滑石粉密度2.8,碳酸鈣2.71,玻纖密度2.55。一般可採線性推估。

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