搪胶用料基本原理

搪膠用料基本原理 (四之一)

膠漿加熱變為固體的形成過程及生熟判定

在搪膠過程中,將液體之PVC膠漿注入模子中,然後把整個模子放入搪膠燼中加熱及旋轉. (所用之搪膠爐為香港最通用的一種,當燼心轉四轉時,燼架轉一轉.)經適當時間在固定爐溫加熱後,模子中的膠漿會在模子內凝固,冷卻後即為搪膠制品.

膠漿的主要成份為PVC粉及增塑劑,未加熱前PVC以致細之粉粒平均地懸浮於增塑劑中,由於增塑劑是油狀液體,固此PVC粉與增塑劑的混合物以漿狀存著.

當膠漿加熱,膠漿中的PVC份子因能量增加,份子與份子會重新排列,互相結合為巨大膠體而成固體,原來為液體之增塑劑則填充於PVC份子之間,由於增塑劑之存在把原來排列緊密之PVC份子推開,PVC亦由原來堅硬固體變為容易掘曲之膠體, 增塑劑愈多則PVC份子之間距離愈大,膠體的硬度愈低.如圖1所示當膠漿配方其它成份不變,而增塑劑由四十PHR變為一百PHR時,硬度亦由九十度變為五十度,(PHR=PART PER HUNDER RESIN)

溫度 ９０ ５０

４０ １００ 增塑劑（ＰＨＲ） 圖（１）

加熱的溫度夠高,時間夠長,所有PVC份子均會重新排列, 並且全部互相緊密地連結起來,在此情況下制成品的機械強度及耐化學性是最高的,我們稱該PVC熱透. 若溫度過低或加熱時間不足,搪出的制品雖然已形成固體,但大部份PVC份子未能連結,則機械強度及耐化學性較差,在加工時容易拉斷,我們稱該PVC未熟透或生膠.

常用試驗PVC生熟的方法有兩種: A. 塗丙酮法.

1. 把要試驗之樣本剪為一寸乘三寸的長方形.

2. 將樣本向外對摺,令一寸闊之邊互相對碰並使膠件貼近模面之平面貼齊. （如圖２Ａ） 3. 用夾子夾著已貼齊的平面,使膠件內部膠面向外彎曲至接近半圓形. （如圖２Ｂ） 4. 用毛筆塗丙酮(Acetone)於樣辦彎曲部份,待丙酮乾後再塗,共塗三次. 5. 塗丙酮後若無變化既樣本熟透.

6. 於塗丙酮過程中樣本裂開即未熟透. 向模心

貼近模面

夾子

圖 ２ Ａ 圖 ２ Ｂ

B. 浸丁酮及甲苯法. 1. 樣本處理如A1?2?3.

2. 將樣本浸入丁酮(MEK)與甲苯(Taluene)各一半的溶液中十分鐘. 3. 浸後若樣本無變化為熟透. 4. 若有裂開則未熟透.

其他條件不變(同模子,膠漿,重量)爐溫升高令膠件熟透的搪爐時間可以縮短.（如圖３） 爐溫 ３００ ２５０

６ ８ １０ 時間(min) 圖（３） 但爐溫過高亦會引起其他問題,例如: 1. 顏色不穩定.

2. 貼近模子的膠料容易氣化. 3. 縮水度高. 4. 容易滲油.

常用之搪爐溫度為240°C~300°C.

膠漿在模中加熱時黏度變化很大﹒開始一段由室溫漸升,膠漿中的增塑劑因升溫而流動性

加強,膠漿的黏度因而降低,至溫度接近100°C時,部份增塑劑滲入膠粉中流動的增塑劑漸減黏度亦漸升.

接近140°C PVC粉開始融溶,互相結合為不流動的膠體. 如圖４所示( 不同的PVC配方融溶溫度不盡相同,140°C只為方便說明而使用.)

黏度

１４０ 溫度 圖（４）

搪膠模的形狀不一, 常有明顯突出及凹入部份. 例如馬身的搪膠模,四只腳是特別突出於主體,而馬肚部分為腳遮掩或為明顯凹入部份.

突出部份因附近沒有遮檔,熱傳容易,內壁的溫度比其他部份早到達融熔溫度,PVC膠漿迅速在此凝固,當主體部份達到融熔溫度時突出部份之內壁已有相當厚之PVC凝固, 此時膠漿會在主體及突出部份同時凝固,而凹入部份因被其他部份遮擋之內壁,溫度最後才達到融熔溫度,此時膠漿已快用盡,因此搪出的成品突出部份膠料特別厚而凹入部份特別薄.

補救厚薄不均最常用的方法是在模子突出部份之外加上薄鐵皮,令突出部份與主體的融溶溫度同時到達, 因此減少突出部份厚度.

每一個模注入的膠漿份量是固定的,突出部份減少消耗膠漿,省下之膠漿會平均分配到主體及凹入部份, 因此凹入部份會比前加厚.

有部份模子突出及凹入部份太接近,用包鐵皮方法除突出部份會減薄外,凹入部份亦會被鐵皮遮擋令原來已經太薄之膠料更薄,只可以在突出部分塗上高溫環氧樹脂 (EPOXY)令遮蓋位置更精確.

在製造膠漿過程中,會有大量的空氣混入膠漿中,若不除去搪出之膠件會有很多氣泡平均地分佈於整個膠件中,最常用之除泡方法是抽真空, 有人將膠漿靜置數天,讓氣泡浮上上層而用下層之膠漿,前法較可行,後法較廢時而效果不佳.

在PVC粉的聚合過程中是要用溶濟做載體才容易得到均勻的分子量,聚合後所有溶劑是必需清除. 但事實上有部分PVC仍有溶劑淺留著, 此類PVC粉制成的膠漿在加熱時,溶劑會氣化並形成氣泡於成品中, 因為愈接近模面膠體的溫度愈高,所形成的氣泡亦愈大, 愈多, PVC

粉中若有過量的水份亦會與有類似的氣泡,用73cm水銀柱的真空度處理可以除去大部份的溶劑及水份,在膠漿未搪成成品以前我們很難知道膠漿中是否有溶劑或水份, 因此習慣上每一缸漿我們都假設是有問題的,都用73cm真空度抽過真空,既可除去空氣又可除去潛在的溶劑及水份.

搪膠用料基本原理 (四之二)

顏色

PVC加熱會分解為氯化氫及其他中間產物, 隨著溫度增高及長時間加熱, PVC會全部分解, 變為氯化氫氣體在空氣中消散而剩下黑色的炭. PVC的顏色亦由原來的透明無色漸漸變為微黃 → 士黃 → 棕色 → 黑色. 雖然在膠漿中已加入安定劑,但安定劑只能除去氯化氫不使PVC分解加劇. PVC輕微變黃是搪膠工序無可避免的,只是程度上的分別,通常低溫較少變黃, 高溫則較易變黃.

當搪膠模剛放入搪爐時,搪模及模內膠漿溫度均接近室溫,與搪爐的高溫差很遠,熱由爐以輻射及對流的方式傳到模表面,然後傳導到模內的膠漿, 膠漿受熱凝固在模內壁後熱仍然由PVC表面傳到內壁, 直至PVC內壁熟透為止, 當PVC內壁剛熟透時T

搪膠模 PVC T T TM TO TS 圖(一)

圖(二) TO : 搪膠爐的爐溫. TM: 搪膠模表面溫度.

TS: PVC與搪膠模接觸表面的溫度. T: PVC內壁的溫度.

又搪爐的溫度雖然是固定的(用恆溫器控制)但不同位置的溫度亦會不同, 如圖(二)所示同一盤搪膠模最靠近外圍的模子(位置(1))因為暴露在爐火上溫度較高,而在中央的模子(位置(3))因受周圍模子擋著,熱力難以傳入,模子的溫度較低,當位置(3)的膠件剛熟透則位置(1)之膠件已因過熟而偏黃,如果膠漿未加入顏料,則位置(3)的膠件會是無色透明,而位置(1)則是透明黃色.位置(1)的黃色程序隨著爐溫升高而加深.

PVC雖然很容易變黃,但加入顏料後會令黃色的差異減少至肉眼不易察覺, 例如: 用240°C爐溫時,只要在膠漿中加入0.1%顏料便不易察覺顏色的差異.,但當爐溫升至300°C便要用0.5%才會有相同的效果,遇到淡藍或淡紫色,黃色的互補顏色,顏料的用量更要加倍,以便衝淡黃色的影響.

將顏料加入膠漿的方法有很多種,通常採用的是色漿法, 將固定份量的顏料及DINP放入

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