工程塑胶及其应用特性.docx

第2章工程塑膠及其應用(EngineeringPlasticsandTheirApplications)工程塑膠(Engineeringplastics)是二十世紀50年代以後隨著電子電器、汽車、航太、通訊及國防工業等高技術產業的發展在以泛用塑膠為基礎之下崛起的新類型的高分子材料。工程塑膠一般而言是指【在較寬的溫度範圍和較長期的使用時間能夠保持優良性能並能承受機械應力做為結構材料使用的一種塑料】。因此工程塑膠不僅可以代替金屬作為結構性的材料隨著高科技產業的發展工程塑膠的發展將成為未來不可缺少的高分子材料。工程塑膠的分類工程塑膠的分類如同其他的高分子材料一樣有很多種方法例如耐熱特性、化學組成、結晶特性、應用領域或是特殊用途；但是最常用的是以耐熱性作為分類簡單敘述如下:依耐熱性分類一般以長期使用溫度(以美國UL相對溫度指數(RTI)表示):RTI在100℃～150℃以上稱為泛用工程塑膠。RTI在150℃以上稱為高性能工程塑膠或稱超級工程塑膠。另外也有人以熱變形溫度(HDT)來分類。依化學組成分類工程塑膠可以分類為聚醯胺類(俗稱尼龍):為目前使用數量最多、種類最多的工程塑膠材料。常用的尼龍材料有—尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍11、尼龍12、尼龍6T、尼龍9T、尼龍610等超過二十幾種尼龍。聚酯類:聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、液晶聚合物(LCP)、聚苯酯(PHB)、聚芳酯(PAR)。聚醚類:聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。芳香族雜環聚合物:聚醯亞胺(PI)、聚醚亞胺(PEI)、聚苯駢咪唑(PBI)等。含氟聚合物:聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)等。就聚合物的型態工程塑膠可分為半結晶性(semi-crystalline)和非結晶或稱無定型(Amorphous)兩大類。半結晶型:聚醯胺(PANylon)、聚甲醛(POM)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯酯(PAR)、聚醚醚酮(PEEK)、氟樹脂、對稱性聚苯乙烯(sPS)等非晶性:聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、聚碸類(PSU)、聚芳酯(PAR)最後以下面三角形的圖說明泛用塑膠、泛用工程塑膠與高性能工程塑膠的分類。工程塑膠發展的歷史工程塑膠做為塑膠工業的重要分支在於30年代高分子理論中的高分子結構與性能關係研究開始。最先提出來的是美國杜邦公司的卡洛斯(W.H.Carothers)於1931年發明尼龍66堪稱為二十世紀百大科學發明之ㄧ。自尼龍66開發來之後許多的工程塑膠陸續被研究及商業化。自從尼龍66開發出來後杜邦公司於1959年商業化聚縮醛(POM)由於其高剛性、高硬度與機械強度使得其逐漸取代金屬因此常被人稱為塑膠鋼。1958年德國拜耳公司發展了聚酸酯(PC)進一步擴展結構性材料的應用加強了工程塑膠的市場展有率。1964年美國奇異公司發展了聚苯醚熱性質與電氣性質相當優異但是加工性不佳後了添加了耐衝擊苯乙烯之後成功了開拓該原料的市場也開啟了工程塑膠共混改質(alloy)的應用。1970年美國賽拉尼斯公司發展聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)成為五大泛用工程塑膠最後發展成功但是卻是成長率最快的工程塑膠材料。聚醯胺類(PA6、PA66)、聚熱塑酯類(PBT、PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)和聚甲醛(POM)等五大類工程塑膠因為其使用量大且應用面非常廣因此被稱為五大泛用工程塑膠。1964年美國杜邦公司成功開發出聚亞醯胺(PI)為迄今耐熱性最佳的高分子材料PI的出現更推動了高性能工程塑膠的發展。之後發展出聚碸類樹脂(PSU)、聚苯硫醚(PPS)等耐高溫材料。1980年英國卜內門公司開發成功融點336℃的聚醚醚酮(PEEK)進而開闢了聚醚酮類系列的高性能樹脂新領域。另外自1976年柯達公司發表p-羥基安息香酸改性的液晶性聚酯後開啟了液晶聚酯的研發在半結晶與非晶性塑膠之外另外有液晶行為的高分子材料由於其特殊的自我補強、特殊配向行為與耐高溫特性在航太與電子電器用途用量越來越高。以下列出主要工程塑膠工業化的年代與首家商品化的公司名稱。工程塑膠名稱工業化年代首家商業化的公司尼龍661939(美國)杜邦E.I.DuPont尼龍61942(美國)I.G.FarbenIndustry聚四氟乙烯(PTFE)1945(美國)杜邦E.I.DuPont尼龍111955(法國)Atochem聚碳酸酯(PC)(酯交換法)1958(德國)拜耳Bayer聚甲醛(POM)(單聚)1959(美國)杜邦E.I.DuPont聚碳酸酯(PC)(光氣法)1960(美國)奇異電器GE聚甲醛(PO