塑膠材料的案例
塑膠材料基本特性介紹
高性能工程塑膠材料 主要常見的高性能工程塑膠材料有LCP、PPS、PPA、 PSF、PES、PEEK、PEI、PTFE等，相較于工程塑料， 高性能工程塑膠的材料可耐受的溫度高于150°C，具 有更高的剛性強度，且能耐受更高的溫度，但同時價 格也是三種塑料中最高的。
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塑膠材料的應力- 應變曲線 Stress-strain curve of resin material
■劉文斌/型創科技 技術總監
噴泉流動(FountainFlow)
塑膠材料和金屬材料最大的性質差異，可以由材料的應變( 變形量值) 和材料模數(modulus- 楊氏模數，彈性模數) 之間的變化關系來區別。塑膠材料的應力- 應變參數的變化性質是在產品設計上重要的參考依據。
圖1: 金屬材料的應力- 應變曲線圖
圖1。顯示為金屬材料典型的應力- 應變曲線圖，在此曲線上包含著一段線性比例關系的區域，此區域的材料行為符合所謂的虎克定律(Hook’sLaw) 彈性行為。此彈性區域的材料模數( 楊氏模數，彈性模數) 為一常數定值；所謂模數Modulus=(stress)/(strain) 即為應力-應變曲線上的對應斜率，在此彈性區域上可以藉由簡單的應變量值與起始彈性模數的乘積，來計算出應力值，可作為產品設計上的參考依據。
圖2: 塑膠材料的應力- 應變曲線圖
另外，如上圖2。則顯示塑膠材料典型的應力- 應變曲線圖，由圖型中可知塑膠材料的彈性區域- 或線性比例區域，只存在于起始原點附近非常小的區域內，整體的應力- 應變曲線則呈現較大的圓弧形狀，而且模數( 曲線的斜率) 會隨著應變的量值變化而逐漸改變，所以塑料的材料特性是會表現應變是模數的函數，模數將會隨應變量不同而變化不同( 不是一個定值)。所以塑膠材料和金屬材料不同，塑膠材料的破壞應力值將會小于起始彈性模數與應變的乘積值。
針對塑膠材料的設計考慮上，并不能像金屬一樣直接使用彈性模數與變形量的乘積來作為破壞應力的設計，塑膠材料的使用范圍是在較大應變量區域，因為已經超出線性比例的彈性范圍外，所以在產品破壞應力設計上，需要考慮在起始比例線性彈性模數范圍外的應力- 應變關系。如下圖3。
展開 塑膠材料篇：塑膠的分類
以下是塑膠的常規性分類，在產品設計的過程中，熱塑性塑膠選用的比較多，熱塑性塑膠實際上也可分為結晶性塑膠和非結晶性塑膠，分類的方法是多樣的，大家應根據自己的理解進行歸納總結，后續會對其中常用的塑膠材料進行更詳細的介紹。
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塑膠材料篇：高分子的結構，影響著材料的諸多性能
塑膠材料篇：聚合物的聚集態結構，對聚合物性能的影響
塑膠材料篇：重新認識ABS
END
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展開 關于塑膠材料在射出成型中需要注意的因素
本文將探討塑料在射出成型中的幾個關鍵因素，包括塑料含水率、回收料添加比例、材料填充物、溫度以及料筒內滯留時間。深入了解這些因素對成型過程的影響，有助于優化生產效率并提高成品質量。
含水率對射出成型的影響
含水率是塑膠材料中水分含量的度量，它對射出成型具有顯著影響（圖1）。高含水率可能導致成型過程中產生氣泡和產生空洞的問題，從而降低成品的質量。水分的存在還會降低材料的熔融溫度和黏度，影響流動性。因此，在射出成型前，確保塑膠材料的適當干燥對于獲得良好的成型結果至關重要。
圖1：塑料不同含水率的差異
回收料添加比例的影響
回收料是從廢料、廢棄塑料制品中回收再利用的材料。添加回收料可以降低成本并減少對環境的影響。然而，回收料的添加比例對成型過程和成品質量具有重要影響。較高的回收料添加比例可能會導致材料的物理性能下降，如強度和耐熱性的降低；材料的黏度下降，容易發生流延、毛邊等問題。因此，需要在平衡成本和性能之間做出權衡，并進行適當的測試和調整，以確定最佳的回收料添加比例。
材料填充物對成型的影響
填充物是被添加到塑膠材料中的固體顆粒或纖維，用于增加材料的剛性、強度和耐熱性。在射出成型中，填充物的選擇和添加比例對成型零件的性能和外觀有重要影響。例如，玻璃纖維填充料可以提高強度和剛性，但可能導致表面粗糙度增加。因此，在選擇填充物時，需要綜合考慮材料性能、外觀要求和成本效益。
溫度對成型過程的影響
溫度是射出成型中的一個關鍵參數，對材料的熔融、流動和冷卻過程都有直接影響。過高或過低的溫度都可能導致成型缺陷，如翹曲、收縮和縫合線等。因此，確保適當的料溫以及溫度分布的均勻性至關重要。此外，不同類型的塑膠材料對溫度的敏感性也不同，因此需要根據具體材料的特性進行調整（圖2）。
展開 
塑膠材料的特性與選用
■資料來源：ACMT SMARTMolding 20年9月刊
摘要
塑膠材料的特性選用，必須搭配著設計應用，本篇文章主要討論塑膠材料的測試，以及部分添加劑添加后對塑膠材造成的物性改變方向，本文編排順序依照材料物性表測試排序。分別探討項目為：
? 機械特性：拉伸測試。
? 沖擊特性：沖擊測試。
? 溫度特性：熱變形、長時間工作溫度、玻璃轉化溫度、熱傳導。
? 物理特性：比重、模收縮率、表面硬度、摩擦力。
? 光學特性：光穿透、光反射、IR 遮蔽、藍光遮蔽、光擴散。
機械特性：拉伸測試
拉伸測試的主要測試結果以下列幾項數據顯現：
? TensileStress（ 拉伸應力），yld（ 降伏點），TypeI（試片規格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileStress（ 拉伸應力），brk（ 斷裂點），TypeI（試片規格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileStrain（拉伸應變or 拉伸延展），yld（降伏點），TypeI（試片規格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileStrain（拉伸應變or 拉伸延展），brk（斷裂點），TypeI（試片規格1），50mm/min（拉伸速度）
? TensileModulus（ 拉伸模量or 楊式系數），50mm/min（拉伸速度）
圖1：添加物的種類有數種，如玻璃纖維、碳纖維、云母片……等
圖2：拉伸測試分為三個階段
在拉伸測試中，材料被固定夾持后，機具會使用固定的速度往上拉。拉伸時，材料會抵抗拉力，所以會有反作用力（實際記錄的數值為反作用力）。
展開 塑膠材料篇：高分子的結構，影響著材料的諸多性能
塑膠材料的種類繁多，性能各異，雖然常用的材料還不算太多，但是有些材料性能差異很大，有些則比較相似，如果我們光靠記憶各材料的性能來熟悉材料，顯然是比較低效的，特別是一些你不常使用的材料，即使當時你能記住它具體性能用途，但是估計也會很快忘記。所以，這個時候，理論、原理性的知識就顯得尤為重要，以下內容實際上在上學時我們都學過，只是當時很難去理解，現在回過頭來看，其實還是有些收獲的。
高分子鏈的結構，其實影響著高分子塑膠材料很多性能，如強度、剛度、沖擊強度等物理性能，有些材料分子結構式非常相似，但性能卻各異，比如這三種材料：PE、PS、PVC。
本文為啥把它們三放在一起舉例介紹呢，主要是他們名字太相似了，咋一看，一字之差，實際上它們的性能差別很大，它們都為五大通用塑膠之一，產量大，價格便宜，廣泛應用于日常產品上。
PE，學名稱為“聚乙烯”，是指由乙烯單體經自由基加聚反應合成的聚合物。
PS，學名稱為“聚苯乙烯”，是指由苯乙烯單體經自由基加聚反應合成的聚合物。
PVC，學名稱為“聚氯乙烯”，是指由氯乙烯單體經自由基加聚反應合成的聚合物。
PE、PS和PVC的單體化學結構式如下，可以看出，結構式的主要區別是，PS中苯環取代了PE（聚乙烯）中的一個氫原子，而PVC中氯原子取代了PE（聚乙烯）中的一個氫原子。
所以也統稱聚乙烯類塑膠，其中把苯環、CI等稱為取代基（R），它們的聚合反應如下：
由于分子結構的不同，所表現出來的性能也會不同，從上面的結構式可以看出，PE的分子結構具有對稱性，而PS和PVC分子結構不對稱。
那么對稱或不對稱的分子鏈結構對聚合物的性能有什么影響呢？
展開 塑膠材料的收縮與翹曲(一)
塑膠材料的收縮與翹曲(一)
■ 型創科技/ 劉文斌 技術總監
前言
在射出成形制程中，當高溫塑料熔膠射入模穴后開始進 行冷卻時，因材料熱漲冷縮的特性，所以會使塑料在冷 卻的過程中，持續伴隨著材料比體積 (specificvolume) 的減小，此冷卻過程所產生的體積減小，就是塑膠材料 的收縮現象。此收縮現象會持續進行直到成品冷卻到室 溫條件后，體積收縮變化才達到平衡狀態。然而有的材 料甚至會在室溫條件下，或因為吸濕、照光、受熱等狀 況，而啟動了產品內部的應力釋放，所以會再造成產品 體積上的持續收縮變化，此現象即是所謂的產品后收 縮，所以一般要檢驗產品尺寸是否已穩定沒有收縮變形 狀況,會去要求產品需靜置48小時后，再進行尺寸上的量測。
產品翹曲
而所謂的產品翹曲就是指成型產品的表面外觀發生變 形，使的產品外型無法依照設計上的外觀尺寸及形狀。 如果產品的整體收縮相當均勻，那產品就不會發生變形 或是翹曲的現象。換言之產品的變形或翹曲現象，主要 的形成原因就是在產品的局部位置上,發生了不均勻的 收縮現象。然而造成產品不均勻收縮變形的原因有許 多，例如：在成型過程中所產生的產品內部應力(流動 應力或收縮應力)，或是因為產品在某些位置上發生較 劇烈的分子鏈定向效果或補強纖維的排向現象，或是在成型時產品的整體溫度分布差異很大或溫度變化不一 致，或是在成型過程中產品的作用壓力差異極大(例 如常見在澆口附近發生過飽壓現象，遠離澆口的流動 末端卻飽壓壓力不足等)，或是在產品厚度方向不同 位置上，于成型冷卻固化階段時，所感受的壓力程度 也不盡相同等等??，因為造成產品不均勻收縮的原因 很多，且會互相影響；所以要使產品在成型后能有較 均勻的收縮，且產品的變形及翹曲程度能被接受或是 可藉由成型條件來調整控制，都需要先對塑料產品的 收縮及翹曲特性有所了解。
展開 塑膠材料的收縮與翹曲(二)
塑膠材料的收縮與翹曲(二)
■ 型創科技/ 劉文斌 技術總監
纖維補強塑料
纖維補強塑料由于其纖維具有高度纖維排向效果，所以 此材料射出件也會因纖維排向造成不同方向具有不同 的特性。對于一無補強材添加的純料塑料及一有纖維補 強的塑料，在相同產品設計下相互比較其翹曲方向，不 難發現可能對于相同射出件會產生出完全相反的翹曲趨 勢，如(圖1)所示。
圖1: 未補強材料與纖維補強材料對射出件產品翹曲的影響
冷卻效率對產品翹曲的影響 整體產品具有不均勻冷卻(局部位置的冷卻速率與大部 分區域不同)或是產品厚度方向具有不對稱性的冷卻， 都會造成產品有不一致的收縮量，同時也會衍生出翹曲 問題。所以經常會發現產品在冷卻后開模頂出會有嚴重的翹曲現象。
一般射出件成品的翹曲原因
一般射出件成品的翹曲原因可以分為：(a)成品整體的冷 卻不均勻，例如產品局部位置的冷卻過快或過慢，尤其 常見的是冷卻水路設計上水管的排列疏密度或冷卻效率 差異，也會造成產品整體的冷卻不均勻現象。 (b)針對 局部位置如果成品厚度方向上具有不對稱性的冷卻，也 會造成厚度方向的收縮量值不同，而衍生出翹曲現象。
產品厚度參數對產品翹曲的影響
射出產品的厚度越大其收縮量值會越大；由于大部份 射出件的厚度都不是均勻的，所以沒纖維補強塑料的 產品大部分的翹曲問題，可能都是來自產品厚度的不 均勻性所造成。另外產品厚度的不均勻性，也會影響 到產品的冷卻速率或是結晶程度的差異。高結晶程度 會伴隨著較高的體積收縮量，而較慢的冷卻速率通常 可以有較高的結晶度，所以產品在厚度上的差異，往 往就會因為其冷卻速率不同，而造成結晶性材料的結 晶化程度不同，進而衍生收縮量值不一致而最后形成 產品的翹曲現象。
展開 abaqus中塑膠材料的力學行為的設定
下圖是一張傳統的金屬材料的應力應變曲線。
從圖中可看出，金屬應力應變曲線在屈服之前都是一個穩定的直線段，我們把0.002作為材料屈服位置,從右邊這張表格可以看出，2805這種材料信息中包含tensile modules 是2400mpa。Tensile of stress 在屈服的時候是66mpa，屈服的應變是6.2%。現在我們用這個簡單的公式應力等于楊氏模數乘以應變。你會發現這三個值去計算的結果是并不相等的。
如果遇到這種狀況，尤其是還差很多，一個是本來應該是屈服強度是66mpa，它提供的信息算出來就是將近150mpa。那所以我們就要知道，材料在發生屈服之前，其實是一段非線性的彈性行為。那遇到這種狀況該怎么辦？
看下圖，右邊圖材料信息與上圖一致，左邊是Campusplsastics軟件找到同樣一種材料。這張圖是在不同溫度下的拉伸應力應變曲線。
找到綠色曲線，也就是23度，室溫情況，跟我們的另外一個prospect 找到的資料，同樣是室溫情況下去做拉伸試驗。可以看到它的數據是相同，就是他在屈服的時候，最大值的地方，它的應變是6.2%，屈服應力是66mpa。 知道他把屈服點定在這個位置。2400moa其實是在拉伸段一開始的時候比較短的直線段，但是后來他就開始發展成非線性的彈性行為。這時候我們就不能用傳統的那個那種彈性+塑性的方式去描述材料行為。那一般的塑膠材料還會有另外一種特性，就是它的拉伸跟壓縮的行為通常會是不一樣的。可以看下圖。
從上圖可以看出在右半側這邊是拉伸，左半邊是壓縮，同樣都5%的地方去看它的應力會是不一樣的。它表示說他的拉伸跟壓縮的行為是不一樣的。但是通常材料比較怕拉伸行為，所以我們做單拉實驗，是做一個比較保守的設計。
展開 塑膠材料篇：聚合物的聚集態結構，對聚合物性能的影響
六、結晶和非結晶聚合物性能的區別
七、結晶性塑膠和非結晶塑膠的分類
推薦閱讀
塑膠材料篇：高分子的結構，影響著材料的諸多性能
塑膠材料篇：重新認識ABS
塑膠表面處理總結
END
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展開 從發泡射出探討塑膠材料輕量化之流動、發泡特性及結構強度之變化
■ 逢甲大學 / 彭信舒 副教授 & 黃柏維 博士
(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.079)
前言
塑膠發泡成型方式可透過熱壓成型、擠出成型和射出成型等方法來進行塑膠發泡產品成型。其中，「塑膠發泡射出」是一種一次性成型方法，具備高生產效率以及穩定產品質量之優點且適用于形狀復雜、尺寸要求嚴格的發泡塑膠制品；除此之外，也是目前業界用以生產結構發泡產品的主要方法之一。在輕量化和環保目標意識的推動下，企業除了選擇替代材料或采用新技術實現輕量化目標外，還必須考慮材料對環境的不利影響。有鑒于物理發泡技術日趨成熟，通過調整工藝參數可以達到理想的效果，有機會取代化學發泡工藝。因此，「塑膠發泡射出成型」已成為備受關注的重要應用技術。
近年來，有許多關于具氣泡結構之塑膠發泡射出成型研究論文與技術報告出現，其目的是利用各種發泡方式，使溶入氣體之熔融塑膠在射出充填過程中，透過氣泡成長，使原料的用量或產品的重量達到原料減量與輕量化之產品設計，并且在產品頂出后能得到較佳之產品質量（包含：改善翹曲變形、改善收縮與凹陷……等缺陷），同時達到縮短成型周期、降低生產成本、提高生產率之目標。為了提高以及加速塑膠發泡射出成型技術產業化應用，氣泡大小、氣泡分布、氣泡密度等相關特性掌握，已成為業者在產品開發階段必須考量的重要因子。
展開 
塑膠件的結構設計：螺紋連接結構篇（中）
以上因素可以歸類為：
塑膠材料的性能
：拉伸屈服應力、彎曲模量、摩擦系數
螺絲的幾何參數
：螺紋角、螺距
螺絲柱的設計
：內孔設計（孔徑、螺紋旋合深度），外徑設計
01 塑膠材料的性能
1、拉伸屈服應力
在材料拉伸過程中，當應力達到一定值時，應力有微小的增加，而應變卻急劇增長的現象，稱為屈服，使材料發生拉伸屈服時的正應力就是材料的拉伸屈服應力。在螺絲擰緊過程，螺絲柱內孔側壁形成螺紋，并受到螺絲的拉伸力F，如果此拉伸力超過塑膠材料的拉伸屈服應力，塑膠螺紋開始發生塑性變形，螺紋的完整性遭到破壞而無法回復，具體表現為緊固力和滑牙扭矩降低。
所以，在其他條件一定情況下，選擇拉伸屈服應力大的材料，能有效提高緊固力和滑牙扭矩。
2、彎曲模量
彎曲模量是衡量塑料抵抗彎曲變形能力大小的尺度。塑膠螺絲柱內螺紋的形成實際上塑膠被螺絲螺牙擠壓變形，然后多余的塑膠流動到螺絲相鄰螺牙之間的凹槽而形成的。
一般來說，流動到凹槽的塑膠越多，螺紋面與塑膠之間的接觸面積越大，此處的拉伸屈服應力值越大，緊固力和滑牙扭矩越大，同時減少了螺釘松動的可能性。
按彎曲模量的大小分類，塑膠材料可以分成以下幾大類：
1）低彎曲模量（<20000kg/cm2）
此類塑膠材料通常較軟，主要包括PP、PE、軟PVC、PA1010、PA11、PA12等，比較容易形成螺紋，但這些材料本身的拉伸屈服應力小，不太適合用在需求高連接強度的場合（除非通過優化螺絲柱結構，否則滑牙扭矩通常不高）。
展開 史上最全最廣的塑膠材料和工藝知識大贈送
塑膠產品設計如何正確選擇材料
二.
透明塑膠光學產品的殘留應力定性分析
圖8：以肉眼觀測不同透明塑膠材料試片之結果
圖9：以應力偏光觀測不同透明塑膠材料試片之結果
結論
所以應力偏光觀測透明塑膠殘留應力技術是一項相當簡易之定性觀測方法，可使成型加工業者在生產在線迅速獲得應力分布的信息，也可迅速調整成型加工參數的設定，減少成品的殘留應力與減少產生破壞之可能性。■
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新能源領域電連接器冷熱沖擊CAE仿真分析初探
隨著新能源汽車的崛起，電連接、馬達等核心部件的連接器也在迅猛發展，2025年市場規模預計達數百億元，同比增長率超20%；區別于傳統的3C行業連接器，新能源領域的連接器一般都是含銅排或者鋁排的塑膠零部件，塑膠材料以PA6/PA66/ PBT/PPA/PPS為主，一般含30%左右的玻纖材料，由于工作環境比較惡劣，隨著應用經驗的積累，現在此類零部件開發過程的大都要進行冷熱沖擊試驗，從-40°到150°不等，循環次數50+，一般在200次左右，這對產品的設計、材料的選型、塑膠注塑工藝等的開發提出了更高的要求。
因為塑膠材料和銅/鋁的熱膨脹系數差異較大，比如PA6兩者的差異最大能到10倍左右，PPS略好在1.5-3倍，如果基體材料不添加玻璃纖維或者彈性體及增韌劑做改性，冷熱沖擊試驗的過程，塑膠有開裂風險；
如何有效的預測此類產品是否會在冷熱沖擊過程中有開裂風險是目前行業的一大痛點，傳統的開發過程，需要在樣件階段進行冷熱沖擊物理試驗，如果試驗開裂，結構變更、模具變更、材料變更等周期長，成本高，如果在開發前期，通過CAE仿真的對產品結構、注塑工藝、材料選型等進行仿真計算，精確的預測開裂風險，可以有效的降低產品后期的變更風險，節省成本并縮短開發周期。
筆者在新能源電連接器領域深耕10年+，此領域CAE仿真分析的方法和過程經過多次迭代，基于最新的仿真分析方法，分析過程主要考慮的因素有：
a. 不同材料之間的接觸界面,
b. 注塑后塑膠收縮的殘余應力、
c. 注塑后玻纖分布、
d. 注塑后熔接線
e.
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