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工廠實習 塑膠材料及其加工 授課教師：吳志南 老師 塑膠成型方法 塑膠成型方法 將塑膠從原料加工製成零件或是最終成品，除了 使用切割或顧著程序之外，還需考慮到塑膠的可 塑性。塑膠成型方法的原理不外： (1) 把塑膠材料加熱使之軟化或易於彎曲。 (2) 加壓成預定形狀。 (3) 將預定形狀固定保持。 但需進一步考慮以下五點： 塑膠成型方法 (1) 使塑膠軟化及使之發生化學變化所需的溫度 (2) 使塑膠受壓成預定形狀所需的壓力 (3) 使塑膠塑成預定形狀所需的設備，如模子..等。 (4) 在操作進行前、中、後，塑膠的物理狀態。 (5) 適宜的加工方法，如 何種適於熱可塑性塑膠 何種適於熱硬化性塑膠 塑膠成型方法 塑膠成型方法主要有五種： 1. 模塑 2. 澆鑄 3. 熱成型 4. 補強 5. 發泡 塑膠成型方法 一、模塑成型 將粉末狀、小粒狀的塑膠材料，加熱軟化後利用壓力 使其依據模子形成預定形狀的方法。 模塑成型法可在分成： 壓縮成型、移送成型、射出成型、擠壓成型、 吹瓶成型、滾延成型 塑膠成型方法 (一) 壓縮成型 這是一般熱硬化塑膠最常用的成型法。 程序： 取適量塑膠粉末或粒子與填充劑混合後，置 於金屬模子之模腔，並升高溫度已預熱乾燥，在137 ~193度C 之間加熱，關閉模子，在高壓下，塑膠材料 及融化，注滿模子的模腔。待硬化後減低壓力，即可 將塑件取出。 一般面積大、凹凸較深的製件，最宜用壓縮成型法， 常見製品如，塑膠板、電器外殼等。 塑膠成型方法 塑膠成型方法 (二) 移送成型 零件較複雜或需在塑膠中埋入精緻金屬件時，適合此法。 移送成型法適於硬化期較慢的熱硬化性塑膠。 程序： 將塑膠材料至於移送室加熱，使其液化後， 由活塞加壓經澆口推送至加熱的模腔中，硬化後打開 模子將塑件取出。 常見製品如，分電盤蓋子等。 塑膠成型方法 塑膠成型方法 (三) 射出成型 專用於熱可塑性材料，可高速大量生產。 程序： 將粉狀或粒狀的塑膠材料至於漏斗中，再送入 加熱筒中受熱，活塞推送熔化的塑膠經過分流梭分散， 在高壓的情況下經由噴嘴射入閉合的冷模中。待冷卻 硬化後，打開模子取出塑件。此法的製品常有明顯的 入膠口，及一道分模線。 常見製品如，玩具、各種容器、零件等。 塑膠成型方法 塑膠成型方法 (四) 擠壓成型 熱可塑性塑膠的加工法之一，成品常具有各種截面， 如棒狀、管狀、板狀等之連續性製品。 程序： 將粉狀或粒狀的塑膠材料至於漏斗中，通過 迴轉螺桿的加熱筒中，加熱軟化。塑膠受壓力而向外 推送，通過開放模頭而成型。經冷卻硬化後，再加以 裁切或捲取。模頭的截面決定成品的形狀大小。 常見製品如，水管、電線包膠等。 塑膠成型方法 塑膠成型方法 (五) 吹瓶成型 製造中空完整容器的方法之一。不易嚴格控制成品 厚度，無法做到突然改變壁厚。 程序： 將熱可塑性塑膠先由擠壓機擠壓，經過開縫模 擠出而形成型胚，趁型胚甚熱時將模型閉合，並將型 胚一端封閉，自另一端通入高壓氣體，使其膨脹緊貼 模腔成型，待硬化後打開模子取出塑件。 常見製品如，寶特瓶等。 塑膠成型方法 (六) 滾延成型 可迅速製造連續狀任意長度的塑膠膜或塑膠布。 程序： 將熱可塑性樹脂、安定劑、潤滑劑、著色劑及 增塑劑一起混合攪拌後，在一系列熱滾筒中滾延，即 可將塑膠滾製成膠膜，膠布，再經冷滾筒的冷卻後硬化 用捲取輪捲取。滾筒上若有花紋，即可得到花紋製品。 薄膜與塗料一並經過熱滾筒而相黏，達到膠合目的。 常見製品如，窗簾布、雨衣、膠布、包裝膠膜等。 塑膠成型方法 塑膠成型方法 二、澆鑄成型 將液體塑膠材料澆入模子內以待硬化的成型法。液體 樹脂—常採用多元酯(polyester)，混入觸媒使之硬化。 常溫時，常加入促進劑，加速反應。 (一)簡單澆鑄 將液體狀的塑膠倒入模子中，不需加壓，僅使用觸媒， 視材料不同而在不同溫度中硬化，硬化後取出即可。 塑膠成型方法 壓克力板即採用此法製成，其模具為玻璃平板。將兩片 玻璃平板以夾具分開，調整需要的厚度，封住邊緣，僅 留下一個開口，注入塑膠後，待其硬化打開模子，即可 製成壓克力板。 若將某種物質包在固化透明塑膠裡的澆鑄法，稱嵌埋法 塑膠成型方法 (二) 塑熔膠澆鑄 常用於一般中空的鑄件 1. 浸沾澆鑄：將一定形狀大小的熱模型，浸入液體塑 膠內，塑膠即黏著於模子表面而硬化，時間愈久塑膠 層愈厚，將沾有塑膠的模子加熱硬化，取下鑄件即可。 2. 盛沾澆鑄：將液體塑膠倒入中空的熱模子中，塑膠 與模壁接觸硬化，接觸時間愈久塑膠層愈厚，再將多餘 的液態塑膠倒回容器，加熱模子，硬化後取出即可。 塑膠成型方法 3. 迴轉澆鑄：將液體塑膠倒入加熱的兩半閉合模中， 將模迴轉使膠分布於模壁，硬化後取出即可。 迴轉澆鑄法可製出 完全封閉、中空、無縫的物品。 常見製品為：塑膠水果模型、馬桶水箱浮球等。 塑膠成型方法 三、熱成型 以熱塑性塑膠為材料，加熱使之軟化，拉緊成為任何 形狀，冷卻即固定形狀，加熱至軟化溫度會造成變形 熱成型可分為三種：覆蓋成型、真空成型、吹脹成型 塑膠成型方法 (一) 覆蓋成型(機械成型) 將熱可塑性塑膠板用夾子固定在模框上，加熱使塑膠 軟化，覆蓋在模子上，待其冷卻硬化，即可取下 塑膠成型方法 (二) 真空成型 將熱可塑性塑膠板用夾子固定在模框上，加熱使塑膠 軟化，沿著邊緣封住模子，從模腔下抽真空，利用大 氣壓力使塑膠板緊貼模壁，待其冷卻硬化，即可取下 冷卻與固化狀態下均需保持真空狀態 塑膠成型方法 (三) 吹脹成型 將熱可塑性塑膠板用夾子固定在模框上，加熱使塑膠 軟化，利用吹入空氣的方式，使塑膠板緊貼模壁，待 其冷卻硬化，即可取下。冷卻與硬化狀態下均需維持 操作時的壓力。 塑膠成型方法 四、補強成型 廣義而言，補強塑膠就是任何經過補強材料補強之 塑膠，此處所要討論的是專指樹脂與玻璃纖維混合 而成的塑膠，有耐熱、耐化學性、如鋼鐵般韌性的 特點，稱為—玻璃強化纖維(F.R.P.)，俗稱塑膠鋼。 以下介紹三種簡單的成型方法： (一) 手工塗布 (二) 噴附法 (三) 相對模塑法 塑膠成型方法 (一) 手工塗布 先將單面模子塗上離型劑以利脫模，之後將液體樹脂 --多元酯(polyestor)混合玻璃纖維，用刷子或滾子刷在 模子表面，壓出氣泡後加熱使之硬化，即可取出成品。 塑膠成型方法 (二) 噴附法 【不可使用單一噴槍】 先將單面模子塗上離型劑以利脫模，用噴槍將適量 混合的樹脂、觸媒、促進劑、玻璃纖維噴在模子上 ，待樹脂硬化，即可取出成品。一隻噴嘴裝樹脂與 觸媒，另一隻裝樹脂與促進劑，第三隻裝玻璃纖維 。樹脂與觸媒、促進劑混合反應極快將造成阻塞。 塑膠成型方法 (三) 相對模塑法 模子塗上離型劑以利脫模，再將欲成型的玻璃纖維席 (或布)，至於半邊模子上，注入樹脂，閉合兩邊模子， 待樹脂硬化，即可取出成品。 塑膠成型方法 強化塑膠 (F.R.P.) 有以下優點： 1. 體積穩定，極少熱脹冷縮 2. 抗張力、耐衝擊、無腐蝕性、絕緣性強、耐酸、鹼 3.可做成彩色模造、透明、半透明成品，無須在塗裝 4.可與附件一同模造，易安裝、維修 5.一般使用的工具成本很低 塑膠成型方法 強化塑膠 (F.R.P.) 用途極廣： 1. 建築材料設備—運動場天篷、浪板等 2. 衛生器材與家具—浴缸、座椅等 3.水上船舶物品—遊艇、浮標等 4.容器及導管—塑膠水塔 5.交通工具—車身、螺旋槳、太空艙 6.娛樂設備—衝浪板等 7.公共設施—公共座椅、垃圾桶等 塑膠成型方法 五、發泡成型 將泡沫塑膠製成成品稱為—發泡成型，又細分為兩種 --物理方法、化學方法。 物理方法：利用氣體的泡沫生成劑，受熱時氣體膨脹， 使塑膠發泡，可脹性聚苯乙烯即是此種方法。 化學方法： 由兩種化學藥品製成的發泡劑相互作用放出氣體使 塑膠發泡，聚胺基甲酸酯泡綿即是此種方法。 塑膠成型方法 模塑可脹性聚苯乙烯—將聚苯乙烯小珠，加泡沫生成 劑，欲膨脹後倒入模子，閉合模子，加熱至135度C， 使小珠膨脹，待其冷卻其可取出。 塑膠成型方法 澆鑄聚胺基甲酸酯—將樹脂與發泡劑適量混合，放入 閉合模子待其膨脹，有時須加熱加速反應，反應完成 後打開模子，取出成品。 工廠實習 塑膠之二次加工 塑膠之二次加工 塑膠之二次加工 塑膠經過成型製造程序後，有的為最終成品， 有些則製成固定規格的材料，如塑膠板、塑膠 管、塑膠棒等，須經過二次加工才能變成最終 成品，常用方法包括五項： 1. 切割 2. 修整 3. 研磨 4. 打光 5. 接合 塑膠之二次加工 一、塑膠切割 (一) 剪切 厚度在0.5 mm 以下之塑膠板或膠板，材料不得太脆 會導致劈裂。 (二) 刮削 厚度在2.5mm 以下薄板 ，使用直尺作引導靠板 ，以刮削器刮出一道深 的線，將膠板靠在工作 台邊緣，靠直角將塑膠 板折成兩半。 塑膠之二次加工 (三) 沖模成型 多用於工業生產製造上， 範例是以木板連結沖模的 背後，以木槌垂出。塑膠 板加熱到65度C~85度C使 材料軟化。 塑膠之二次加工 (四) 鋸切 切削厚度超過 5 mm 的塑膠 板，若是鋸補強塑膠(F.R.P.) 之類的，要使用硬度較高的 鋸子。 (五) 鑽孔 因為塑膠材料易裂， 所使用的鑽頭須加以 研磨成零度，且進刀 的速度不能太快 塑膠之二次加工 塑膠之二次加工 二、修整、研磨及打光 塑膠經過鋸切會留下粗糙 的表面，必須經過修整 (一) 鉋平 使用鉋刀來鉋平， 一次鉋的量要少。 (二) 刮平 使用刮刀加以刮平， 將鋼鋸條用砂輪機磨 平即可當成刮刀使用 塑膠之二次加工 (三) 銼平 使用金屬或木工的銼刀，銼熱硬化塑膠時，尚不致 黏著刀口，銼刀會被填塞。而在銼熱可塑性塑膠時， 為避免塑膠黏著刀口，最好選用粗糙單切齒之銼刀。 塑膠之二次加工 三、研磨 (一) 砂光 1. 手工砂光 是工作物表面粗糙程度選用砂紙(布)，由粗的到較細 的，每次換砂紙前須將前一次留下的痕跡除去，最後 以更細的耐水砂紙加水砂光。 2. 機器砂光 使用砂磨機時應該用很輕的壓力，特別是熱可塑性塑膠 ，機器砂光後的成品會留下均勻的磨痕，須加以打光。 塑膠之二次加工 (二) 打光 布輪機上塗抹細磨料及潤滑劑，利用摩擦作用將工 作物表面擦亮的工作。研磨既是磨料及潤滑油混合 製成的固體。打光時將工作物置於布輪下方的象限 即可，由於打光是修整研磨的最後一個程序，若先 前研磨工作未確實，反而容易暴露缺點。 塑膠之二次加工 四、接合 再接合塑膠材料時，或與其他材料接合時，通常有 三種接合原理：黏著、接著，機械接合 (一) 黏著接合 利用材料分子相互融和而接合，方法又分溶劑接合 與熱熔接，一般適用於熱可塑性塑膠。 1.溶劑接合 利用溶劑軟化接合處的塑膠，然後加壓，保持壓力到 溶劑蒸發即可，壓克力接合常使用—氯仿(三氯甲烷)。 塑膠之二次加工 2.熱熔接 與金屬熔接相同，利用熱可塑性塑膠材料受熱，使 表面液化形成流動狀態而接合，待冷卻即結合完成。 (1) 加熱工具熔接 一邊膠膜的熱封，是利用電阻材料發熱傳導到金屬棒 、夾片使塑膠融化而接合。常用於聚乙烯、聚苯乙烯 (2) 感應熔接 將金屬片埋鑄在兩塊塑膠之間，利用高頻電場發熱， 使之接合。此接合法速度快，適用任何熱可塑性塑膠。 塑膠之二次加工 (3) 高週波熱熔接 將欲接合的塑膠至於兩極間，高週波經由電極傳到 塑膠，利用塑膠抗電性而發熱，使塑膠融化而接合， 一般兒童的吹氣玩具多用此法接合。 (二) 接著接合 由於在兩種被接合材料間，使用某種適合的接著劑， 產生一層薄膜而接合。接著劑示範只有黏性或接著 在其他材料上的材料，如白膠、強力膠。特別是熱 固性塑膠可用此法接合。 塑膠之二次加工 (三) 機械接合 將兩種材料以機械方法相互連結，兩種材料間不相互 融合也不流動，常用的扣件有：螺釘、螺釘及螺帽、 自攻螺釘、塑膠螺釘、鉚釘等。使用螺釘時要注意力 道不可過大，會導致塑膠龜裂。 1.利用扣件之接合： (1)螺釘 可再成型時預先製成螺孔，或先用鑽孔機鑽孔以便安 裝螺釘。 接合 塑膠之二次加工 (2) 自攻螺釘 可自行切出螺釘，以順時針方向 旋入螺孔，旋入時保持螺釘正直。 (3) 螺釘及螺帽 與木材、金屬用法相同 (4) 鉚釘 有塑膠或金屬製成的各種形式， 通常在鉚釘作用處周圍襯墊圈， 便於用力接合兩部分塑膠。 塑膠之二次加工 2. 壓榨或收縮固定 將塑膠或其他材料接合在一起的方法。壓縮固定所用 材料強度應較高。先在被接合的部分開一小孔，將另 一部份塞入小孔中。 收縮固定是利用塑膠受熱而膨脹的特性進行的，先在 被接合部分開一小孔並加熱，然後將兩部分壓在一起， 待其冷卻後，小孔收縮及包住壓入部分。