4-1 實驗試片
4-1-1 試片尺寸
本實驗試片之尺寸根據ASTM D638[19]，為長150mm×寬20mm×厚度
（1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm），如圖4-1，共計四種不同厚度試片。
4-1-2 實驗材料
實驗材料為聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚苯乙烯(PS)、丙烯樹脂(PP)，
材料物性如表4-1至表4-4所示。
4-1-3 材料性質
工程塑膠定義為被用做工業零件或外殼材料的工業用塑膠，其強度、
耐衝擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑膠。日本業界的定義為「可 以做為構造用及機械零件用之高性能塑膠，耐熱性在100℃以上，主要運用 在工業上」。其性能包括：
1. 熱性質：玻璃轉移溫度(Tg)及熔點(Tm)高，可長期使用在溫度高、溫 度範圍大的環境，熱膨脹係數小。
2. 機械性質：高強度、高機械模數、潛變性低、耐磨損、耐疲勞性。
3. 其他：耐化學藥品性、優良的抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定 性佳。
常用塑膠原料分類如圖 4-2 所示。
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(1) PC 材料性質
PC屬於聚酯類(polyester)，碳酸酯組合(carbonate ester group)是由芳香族 組合連結而成[20]。這結構可令物料有高熔膠黏度及良好的抗高溫能力。PC 強硬、堅韌、透明，在不同的溫度範圍下，性質仍保不變；燃燒較慢(防火 級為VI，甚至可以是V0)，有一定的絕緣性質，但不適用於有電弧的地方。
加工不能滲入水份，否則塑料降質，不能抵抗缺口、化學品及UV光。遇到 拉力時塑料容易破裂，不然可以抵抗蠕變。PC的抗衝擊力良好，尤其是於 低溫下；可抵受高達135℃。有防火級及增強玻璃級，在某些情況下亦會應 用PC與其他聚合物調配而成的塑料。例如，因為PC不能抵受汽油、低溫及 水解，故在汽車工業上的用途有限。改良橡膠級的PC/PBT調配料在 - 50℃
下仍保持剛韌，能抵受高熱、燃油及風化，並可接受油漆及超聲波焊接。
減少份子量的PC有較低黏度，加工溫度較低，故循環更快。將PC與POP接 合，可改良防火性質。通常PC會與ABS接合，因為調配物料堅硬、透光、
熱變形溫度高、容易著色及模塑。
主要用於電子、電子工程、醫學及打磨工程等用途，製品包括注射器、
封蓋、眼鏡、頭盔、相機、風筒、卷髮器、熨斗手柄等。在醫學上，PC已 代替不鏽鋼的用途，因為對血液無反應，而且容易消毒(利用氣體或伽瑪射 線)。另外，又可製造鐳射唱碟，因為PC 附合尺寸穩定、表面平滑，低內 部應力及定向性的要求。PC適合製造汽車緩衝器、前端及車冀。
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(2) POM 材料性質
聚甲醛(或聚縮醛) polyformaldehyde 學名為聚氧亞甲基，是一種熱塑性 結晶聚合物[20]。英文縮寫為POM。結構式為 [- CH2-O-]n，1942年以前，
甲醛聚合得到的多半是聚合度不高、容易受熱解聚的聚氧亞甲基二醇
HO(-CH2-O)nH，其中n＝8～100的為多聚甲醛；超過100的為聚甲醛，1955 年前後，美國杜邦公司由甲醛聚合得到甲醛均聚物，即均聚甲醛，商品名 為Delrin。美國塞拉尼斯公司由三聚甲醛出發，製得與少量二氧五環或環氧 乙烷的共聚物，即共聚甲醛，商品名為 Celcon。
聚甲醛很容易結晶，結晶度70％；通過高溫退火，可增加結晶度。均 聚甲醛的熔融溫度為181℃，密度為1.425 g/cm3。共聚甲醛的熔點為170℃
左右。均聚甲醛的玻璃化溫度為－60℃。酚類化合物是聚甲醛的最佳溶劑。
從熔融指數的研究得知，均聚甲醛的分子量分布較窄。除強酸、氧化劑和 苯酚外，共聚甲醛對其他化學試劑很穩定，而均聚甲醛還對濃氨水不穩定。
經穩定處理的聚甲醛可加熱到230℃仍無顯著分解。聚甲醛可用熱壓、射出、
押出、吹塑等方法成型，加工溫度為170～200℃；也可用機床加工，還可 焊接。製品質輕，堅硬，有剛性和彈性，尺寸穩定，摩擦係數小，吸水率 低，絕緣性能良好，又耐有機溶劑；可在廣泛的溫度範圍(-50～105℃)和濕 度範圍內使用；在各種溶劑和化學試劑作用下，以及大負荷和長時間循環 應力下保持性能不變。
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聚甲醛可作為工程塑料，代替銅等有色金屬，用於汽車工業、機械工 業中的配件如齒輪、泵、自潤滑軸承、葉輪、擠出螺杆、閥杆、螺母等，
以及絕緣器件；還可製成儲槽、管道和農藥噴霧器等。
(3) PS 材料性質
聚苯乙烯 (polystyrene)，簡稱PS，苯乙烯的均聚物[20]。苯乙烯還能與 眾多的單體生成共聚物。共聚物通常以其單體名稱間加“-”相連命名，例如 丙烯-苯乙烯樹脂(AS)。苯乙烯的均聚物和共聚物通稱苯乙烯樹脂，都是熱 塑性樹脂。由於聚苯乙烯的原料易得，性能好，成本低，所以發展較快。
其產量在塑料中居第三位。
聚苯乙烯的數均分子量通常為5～30 萬。非晶態聚苯乙烯的密度為1.04
～1.065 g/mm3，玻璃化溫度為80～90℃；結晶聚合物的密度為1.11～
1.12g/mm3，熔融溫度為240℃。電阻率為1020～1022歐‧厘米，導熱係數0
℃時為0.105瓦/(米‧開)，100℃時為0.128瓦/(米‧開)。由此可見，聚苯乙烯 具有優良的絕熱、絕緣性能。此外，它還具有卓越的透明性。其最大的缺 點是低溫易脆裂，長期使用溫度為0～70℃，但可用橡膠改性，以提高其衝 擊強度，稱為高抗衝聚苯乙烯HIPS。
聚苯乙烯主要用作包裝材料，還常用作建築材料、汽車附件、無線電 和電視機殼體、傢具、管材、儀表、以及玩具等。
(4) PP 材料性質
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聚丙烯(polypropylene)為丙烯的聚合物[20]。英文縮寫為PP。聚丙烯原 料豐富，綜合性能優良，容易加工成型，生產成本較低，所以用途廣泛。
其缺點是低溫韌性較差，脆折溫度高(8℃左右)，且易老化。近年來通過共 聚合和共混等方法製得改性產品，其耐低溫性、耐衝擊性和耐老化性等有 所提高，因此，用途日益擴大。自20世紀50年代納,G發現等規聚丙烯以來，
其工業生產發展非常迅速。1981年聚丙烯的世界年產量已達400餘萬噸。
主要化學和物理性質聚丙烯的重均分子量約為3~7105，質輕，密度約 0.91 g/mm^3，熔融溫度約為174 ℃，強度高，硬度大，耐磨並耐化學腐蝕，
耐熱性好，可在120 ℃使用，其性能不受環境濕度的影響。其製品的耐彎 曲疲勞性優異，能經受幾十萬次彎折而不損壞。加工性能好，加工成型時 收縮率低。
聚丙烯用途廣泛，可用於製作容器、包裝袋、薄膜等包裝運輸材料，
大量用於汽車、建築、化工、醫療、農業和家庭用品等方面，它的成纖性 良好，可經熔融紡絲製成纖維或不織布，其強度與尼龍相仿，用於製作地 毯、濾布、工作服、運動服、衣料、蚊帳等，特別是它比水輕，有浮力，
不吸濕，適用於製作水上用品，如纜繩、漁網等。
4-2 實驗設備
4-2-1 模具
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模具採一模四穴之方式開發，所使用的材料為AISI-P20低碳模具用鋼 (含碳量在0.28%-0.40% 之間)，模具採用兩片模板上下對開方式，其主澆道、
澆道、澆口與模穴位於同一側。於上下模間並具有對稱之冷卻水管道設計，
以使試片在成型過程中獲得適當溫度調節。其試片的製作方式為融膠流動 方向與拉伸方向平行，且每單一試片的排列方向一致，以使模穴內之各試 片的成型過程一致。試片在模具內的配置如圖4-3至圖4-4所示。
4-2-2 射出成型機
實驗所使用之射出成型機為TOYO公司所生產射出機，如圖4-5。其射 出元件之螺桿直徑為45mm，最大射出率約115cm2/sec，鎖模單元為曲肘式 鎖模機構，最大鎖模力可達150頓。控制面板可針對四階段不同速度、壓力 控制，並依不同的射出條件給予設定。射出機詳細規格如表4-5。
4-2-3 模溫控制機
實驗所用的模溫機為信易牌系列模溫自動控溫機，如圖4-6，利用熱交 換原理，機內之加熱器及冷卻器可精確調節熱煤的溫度，並經由模具內水 路或油路快速循環於模具內部，將模具在成型的時間內保持穩定的溫度以 確保成型品質提高生產效率，傳熱媒體為熱煤油，電熱功率為5.4kW，幫浦 馬力為0.5 HP，幫浦壓力為2.5 kg/cm2，最大流量為65 l/min，使用溫度範圍
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在60℃~150℃。
4-2-4 烘料機
實驗所用為信易牌烘料機，如圖4-7。在實驗前先將塑膠原料烘乾，以 避免塑膠粒因受潮而影響材料特性。
4-2-5 加熱爐
本實驗使用之加熱爐，如圖4-8，能夠設定加熱溫度與加熱時間，並自 動調整加熱速率以達到目標溫度與時間。以Thermal Couple量測爐內溫度與 加熱爐顯示溫度比較，誤差約在1℃內。其缺點為加熱速度越快其誤差也就 越大，以30分鐘從35℃加熱至130℃的情況下，30分鐘之後加熱爐sensor顯 示溫度誤差大約為+7℃，需要約15分鐘以穩定溫度。因此若需要準確之溫 度控制，本加熱爐以持溫時的溫度控制較為精確。加熱爐爐冷溫度與時間 關係如表4-6。
4-2-6 拉伸試驗機
拉伸試驗使用電腦控制之MTS型號810之閉迴路液壓伺服控制10噸材 料試驗機，如圖4-12。試驗中並利用自動化測試軟體與自動資料擷取系統，
以電腦連續記錄試驗過程材料之拉伸負荷與相對位移量資料。試片拉斷後，
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經由負荷與位移輸出數據，計算材料相關性質如應力與應變值、0.1% 偏位 降伏強度、抗拉強度、伸長量及楊氏模數等。
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表4-1 聚碳酸酯樹脂(PC)材料物性表[21]
特性 數值 單位
流動係數 10 g/10min
密度 1.20 g/cm3
引張強度 630 Kg/cm2
延伸率（降伏點） 6 %
彎曲模數 24000 Kg/cm2
缺口衝擊強度 14.3 Kg-cm/cm
洛式硬度 77 M-Scale
玻璃轉移溫度 136 ℃
軟化點 153 ℃
成型收縮率 0.5-0.7 %
燃燒率 V-2 Class
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表4-2 聚甲醛樹脂(POM)材料物性表[22]
特性 數值 單位
流動係數 2.5 g/10min
密度 1.42 g/cm3
引張強度 700 Kg/cm2
延伸率（降伏點） 5 %
彎曲模數 26000 Kg/cm2
缺口衝擊強度 14 Kg-cm/cm
洛式硬度 92 M-Scale
玻璃轉移溫度 160 ℃
軟化點 178 ℃
成型收縮率 2.0-2.2 %
燃燒率 HB Class
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表4-3 聚苯乙烯(PS)材料物性表[23]
特性 數值 單位
流動係數 5.0 g/10min
密度 1.05 g/cm3
引張強度 320 Kg/cm2
延伸率（降伏點） 40 %
彎曲模數 21000 Kg/cm2
缺口衝擊強度 10 Kg-cm/cm
洛式硬度 54 L-Scale
玻璃轉移溫度 86 ℃
軟化點 102 ℃
成型收縮率 1.2 %
燃燒率 HB Class
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表4-4 丙烯樹脂(PP)材料物性表[24]
特性 數值 單位
流動係數 22 g/10min
密度 0.9 g/cm3
引張強度 345 Kg/cm2
延伸率（降伏點） 15 %
彎曲模數 12000 Kg/cm2
缺口衝擊強度 5 Kg-cm/cm
洛式硬度 85 R-Scale
玻璃轉移溫度 90 ℃
軟化點 145 ℃
成型收縮率 1.4 %
燃燒率 HB Class
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表4-5 射出機詳細規格表 射膠系統 (Injection Unit)
射膠量 10(293) oz(g)
鎖模系統 (Clamping Unit)
鎖模力 150 Ton
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表4-6 加熱爐爐冷溫度與時間關係表
時間 溫度
1 hr 2 hr 3 hr 4 hr 5 hr
150℃ 141.4℃ 131.4℃ 122.3℃ 114.2℃ 106.9℃
126℃ 117.4℃ 107.4℃ 98.3℃ 90.2℃ 82.9℃
80℃ 71.4℃ 61.4℃ 52.3℃ 44.2℃ 36.9℃
76℃ 67.4℃ 57.4℃ 48.3℃ 40.2℃ 32.9℃
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圖4-1 實驗試片圖面
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圖4-2 常用塑膠原料分類圖
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圖4-3 模具設計圖面
圖4-4 模具與 3D 設計圖面