塑膠材質的選定
塑膠材質的選定 日期:2002/4/17 Ver.00 1. 目的:針對用途選用正確的材質. 2. 要求:目前公司最常使用的材質及其物性,請參閱下表: 塑膠種類 ABS(D-180) HCC-350 BASF 495F 衝擊強度D-256(kg*cm/cm) 15 11 14 抗張強度D-638(Mpa) 54.9 28 26 洛氏硬度D-785 113 54 50 抗折係數D-790 2700 2160 2100 熱變形溫度D-648(℃) 90 85 85
3. 設計經驗: 設計之初是採用ABS為原始的架構,但因後來有需要下降成本,因此 將材質更改為HIPS,這將會使塑膠原料的成本下降20﹪左右.第一次更改材質為HCC-350但發生品質問題,因此再次更改為BASF-495F的原料.日後如果有變更材質請注意下列幾點問題: a.變更材質後螺絲的鎖附力是否下降,依照此次經驗會發現,HIPS對於自攻螺絲的承受力量非常不足,容易使螺絲柱裂開,裂開的方向通常是依照螺柱的結合線位置開始,因為此部份的強度較其他位置來的弱.因此如果將材質更改後,必須特別注意此部份的機械結構強度是否足夠,增加結構強度的方式其中最快的方式為增加RIB,可以先增加十字RIB,如果還是不行,可以視情況增加RIB成為米字型.如果仍是無法克服螺柱裂開的問題,就要從螺柱的內徑及外徑思考. ◎ 經驗法則:自攻螺絲的螺柱的內徑定義的方式為 自攻螺絲 TP2 TP3 TP4 建議螺柱內徑尺寸 1.6±0.1 2.3±0.1 3.2±0.1
機械螺絲的扭力強度同樣受到塑膠材質變更而有影響,以M3螺絲為例所能承受最大的扭力如下表所示: 塑膠材質 ABS(D-180) HIPS 能承受的扭力數值kgf-cm 12 8
b.變更材質後材質本身的強度是否有減少,在設計17”第二外觀時發現Door原始設計的材質為PC,變更為HIPS之後發生卡鉤處強度不足,產生斷裂現象,雖經研判後發現並非全是由於更換材質造成,但強度下降是不爭的事實.下表為PC與HIPS之間物性的比較: 塑膠種類 PC(GE 920) HIPS-BASF 衝擊強度D-256(kg*cm/cm) 65 14 抗張強度D-638(Mpa) 61.8 26 洛氏硬度D-785 - 50 抗折係數D-790 2260 2100 熱變形溫度D-648(℃) 132 85
4. 材質詳細資料 a. HIPS: 英文全名：High impact polystyrene 中文名稱：耐衝擊聚苯乙烯 顏 色：透明 特性: 1.耐衝擊聚苯乙烯為熱可塑性樹脂。 2.臭、無味、硬質材料、成形後尺寸安定性良好。 3.有優秀的高介電性絕緣性。 4.為非晶質低吸水性材料。 5.其光澤性良好易於塗裝。
機械加工性： 1.於切削工具加工時應注成形品之局部過熱情形。 2.於穿孔加工應參考鑽頭規格及其加工時之速度及進給速度。 3.壓出作業之典型方法為真空或加壓成形、熱衝、彎曲等加工方式。
b. ABS: 英文全名：Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer 中文名稱：丙烯晴、丁二烯、苯乙烯三種單體的聚合物 顏 色：淡黃色 特性: 1.不透明，為非晶質性(amorphous)塑膠。 2.耐衝擊性佳、抗拉強度佳、剛性高。 3.成型性佳、耐潛變、表面光澤佳。 4.不耐長時間日光照射，其基本物性會下降。 5.燃燒時會產生黑煙，具有惡臭味。 使用: ABS本身具有良好的耐衝擊性、成型性、電鍍性，現行發展上常和其他種類的塑料混摻使用，增加不同產品的功能及用途。如在耐熱性及耐衝擊性的改良上，常與PC作混摻來改良，由於PC具有高耐熱性及高衝擊性，但流動性不佳的缺點，藉由和ABS的混摻可提高其流動性，參考下表可看出，ABS與PC混摻後，機械性質方面改善許多，抗拉強度、衝擊強度皆有顯著上升；而在耐燃性的改良上，可與PVC混摻，PVC價格上較為低廉，但若摻入過量的PVC相對會使加工上的安定性降低，故實際應用上會同時加入耐燃劑與PVC作混摻來提高ABS的耐燃性，同樣參考下表可看出，ABS與PVC混摻後，其耐燃性由94HB提升至94V-0等級。有關ABS與其他種類塑料混摻使用的應用例子尚有許多. ABS可由三種單體比例調配不同的性質，又可適度的依需求來和他種樹脂作混摻，而且塑料價格上也較廉價，其本身所具有物性均衡，故在許多方面的用途上都相當值得考慮使用此一塑料來生產多樣化的製品，目前工業界使用也已相當普遍，如何提高性能增加其附加價值是值得努力的方向。
性質 ABS ABS+PC ABS+PVC 物理性質 比重(g/cm3) 吸水率(%) 成形收縮率(%) 1.04 0.3 0.4 1.12 --- 0.6-0.8 --- --- --- 機械性質 抗拉強度(kg/cm2) 抗裂伸長率(%) 衝擊強度(kg-cm/cm) Rockwell硬度(R scale) 380 20 16 119 550 30 80 111 --- --- 20~40 --- 熱物性質 熱變形溫度18.56kg/cm2(℃) 燃燒性1/16” 89 94HB 98 --- 78~8394V-0 電氣性質 抗電弧性0.062”(arcs) 電弧產生速率(in/min) 15 0 --- --- --- --- ○目前在市場上,LCD Monitor 材質仍是以ABS為主,NoteBook材質是以ABS+PC為主.
c. PC: 英文全名：Polycarbonate 中文名稱：聚碳酸脂 顏 色：透明無色 特性: 1.耐衝擊性相當高，屬於工程塑膠。 2.耐熱性佳、低溫安定性良好。 3.優異的光學性質，透明性、透光度可達90%以上。 4.成型後尺寸穩定性高，耐候性佳，且吸水率低。 5.無毒性。 使用: PC的基本物性可由下表中來觀察，PC塑料的吸水率僅0.24%左右，在與其他常見塑料相比下可說吸水率相當小，其成型後尺寸安定性相當良好；由光學性質上來看，PC本身為非晶質(amorphous)塑料，其在可見光的範圍的透光率可達90%以上，具優秀的光學透光率(LCD 17” IR Cover材質設計就是以PC為主)；而由耐熱性的觀點來看，PC屬於工程塑膠，不僅在耐熱上具有一定程度的能力，機械性質上也比一般的泛用塑膠來的高，目前用量相當大的光碟片，其基板就是利用PC製造，因其成型後的尺寸安定性高不易反翹(光碟片在寫入、讀取時皆不希望光線會因表面不平整而有散射的現象)、低吸水率(可減少因時間的長久而資料受潮毀損)、可透光性、耐熱性(光碟機在寫入或讀取時會有一定程度的熱量產生)，皆是光碟片採用PC為基板的原因。 再觀察下表，PC屬於工程塑膠，其機械性質相當良好，並且添加玻璃纖維更可進一步提昇其機械性質，尤其在抗拉強度、彎曲強度上更可見顯著的增加；PC本質上就具有UL94 V-2難燃性(亦稱防火等級)，經由難燃劑的添加配合，可提高至UL94 V-0的程度，由於現今許多先進國家皆已修法防止電氣火災的產生，所以許多產品皆控制一定要由具有難燃性的塑料來生產。基於PC具有如此優異的強度、及良好難燃性，所以許多行動電話、筆記型電腦、鋰電池外殼材料，皆是採用PC或PC系列的合膠來製造，此方面的應用可說是以相當急速的用量在增加。 PC應用的範圍不僅只有上述的用途，在許多食品容器上須有透明度需求的產品，並且要不具有毒性，須通過FDA (Food and Drug Administration ，美國食品及藥物管理局)認定，如咖啡壺、嬰兒奶瓶，皆是PC所應用的領域範圍，PC可應用的範圍可說是相當的廣泛，值得設計者考量在設計時使用此一塑料。
性質 PC PC+30%GF 物理性質 比重(g/cm3) 吸水率(%) 1.20 0.24 1.43 0.20 機械性質 抗拉強度(kg/cm2)彎曲強度(kg/cm2)衝擊強度(J/m)Rockwell硬度(M scale) 6309501370 130016001590 熱物性質 熱變形溫度18.6kg/cm2(℃)線膨脹係數燃燒性UL94(1.6mm) 1353.8*10-5V-2 1452.18*10-5V-0 電氣性質 介電常數106HZ耐電弧性(sec) 0.01120 0.009120 光學性質 透光率(%) 93 ---
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