改善耐衝擊強度的方法

耐衝擊強度既然是衡量塑膠製品摔落到地上,或是受到外力撞擊時,產品是否會發生破裂的重要衡量指標。因此除此之外,實務上,產品工程師選擇塑膠材料時,會很重視的物性指標,一般還會考慮到產品使用的溫度,而有常溫(room temperature)耐衝擊以及低溫耐衝擊的需求。基本上工程塑膠在室溫下都是比較剛硬的高分子,而泛用塑膠中PET和PS也是屬於比較剛硬的高分子(rigid polymer) ,其耐衝擊性都不好,一般規格(normal grade)的PP耐衝擊強度也屬於普通,因此為了提高塑膠材料的耐衝擊強度,目前廠商的技術發展有三大類:

  1. 共聚物(copolymer)改質:在塑膠高分子合成的時候進行改質,例如PP和PS都是在聚合反應的時候導入長碳鏈(long carbon chain)的烯烃類原料(alkane monomer),和原來的丙烯反應達到耐衝擊的目的(市場上稱為HIPS)。長碳鏈或是含有醚基(ether bond)的原料是屬於柔軟的分子結構(soft molecular structure),反應接到高分子主鏈上,可以有效降低塑膠高分子的Tg溫度,進而增加其常溫或是低溫耐衝擊的能力,但是相對的會犧牲塑膠的拉伸強度(tensile strength)以及模數(modolous)。這種改質原則上是塑膠合成廠商在主導,例如台塑、奇美、台苯等。因為合成改質無法客製化,通常需要市場有很大需求量的規格,原料廠商才會願意投入技術開發與生產。
  2. 高分子混摻(polymer blending):將耐衝擊強度不足的塑膠高分子,添加增韌劑並以雙螺桿押出機進行混摻分散。增韌劑(impact modifier)的種類一般會選擇橡膠或是熱可塑彈性體(thermoplastic elastomer),因為當塑膠製品受到外力撞擊的時候,是屬於能量傳遞的過程,因此需要添加能夠將能量吸收的高分子。這就像是我們跌倒時,若是摔在軟的墊子上,比較不會受傷一樣。不同的塑膠材料,因為其極性(polarity)不同,適用的增韌劑也不一樣。市面上常見的有POE、SEBS、MBS、EPDM等彈性體,或是將PP、POE、SEBS、EPDM接枝馬來酸酐(graft maleic anhydride)或GMA做改性,增加和極性高分子的相容性。這種做法可以客製化、少量多樣生產,因此是國內外很多compound廠的作法,每個廠商都有其獨特的增韌配方,好的增韌配方可以用比較少的添加量,達到預設的耐衝擊強度,同時又不會讓拉伸強度下降太多,當然增韌改質的總成本也是客戶會很在意的地方。
  3. 添加玻璃纖維增加耐衝擊強度,玻璃纖維一般表面會做矽烷(silanes surface coating)處理,增加玻璃纖維表面和塑膠高分子的結合力,若結合力不好,兩者介面在受到外力拉扯時就會分開,失去補強的效果,以尼龍6為例,添加15%玻纖,耐衝擊強度約6~7kg-cm/cm;添加33%玻纖,耐衝擊強度約12~13kg-cm/cm;添加45%玻纖,耐衝擊強度約14~15kg-cm/cm。可以發現,當玻纖添加比例達到一定比例時,增加的耐衝擊力將逐步下降。

最後,耐衝擊強度的表示單位有多種,包括J/m、kg-cm/cm、lb-ft/in,比較前應詳加確認條件。一般而言,台灣業者多半是使用kg-cm/cm,美國則多半是用lb-ft/in。

 

產品諮詢: HIPS,增韌劑,玻璃纖維,小量客製化 Compounding

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