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1、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
2、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 增塑劑（）圖（）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
3、,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）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）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 圖 B. 浸丁酮及甲苯法.1. 樣本處理如 A123.2. 將樣本浸入丁酮(MEK) 與甲苯(Taluene)各一半的溶液
4、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）爐溫 時間(min)圖（）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 240C300C.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 100C 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 140C PVC 粉開始融溶,互相結合為不流動的膠體. 如圖所示( 不同的 PVC 配方融溶
5、溫度不盡相同,140 C 只為方便說明而使用.)黏度 溫度圖（）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
6、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
7、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
8、, 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 TTSTO,而 TS 與 TO 成正比,即爐溫愈高 PVC 剛熟透時表
9、面溫度 TS 愈高, 亦即高爐溫的產品比低爐溫的產品更黃.搪膠模PVCT TMTOTS 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
10、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 240C 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 300C 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.T 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 放入內置瓷珠的不鏽鋼轆色桶內,在轆色機上轆 12 小時, 轆出來的色漿便可以直接加入 PVC 膠漿內,經輕微的攪拌便可以用來搪膠.如圖三,當轆色時,轆色桶隨著轆色機轉動, 桶內的瓷珠由高處滾下時會互相磨擦
11、,當瓷珠磨擦時,經過瓷珠之間的顏料粒子會被展開為更細小的粒點,瓷珠磨擦的次數越多顏料的粒子越細小,顏色亦越顯現出來.圖(三)瓷珠磨擦的次數對色漿顏色影響很大,次數少容易擴散的顏料所含的色素會特別顯現. (因易擴散的顏料已磨成最細的粒子而其他顏料粒子仍然較大粒) 次數多較難擴散的顏料所含的色素會特別顯現. (因容易擴散的顏料在早段時完全擴散不能再磨得更細,但較難擴散的顏料仍然繼續磨細中.) 因此研磨的次數必需固定, 以求得均一的顏色.製造色漿要注意下列各點:一放入轆色桶的顏料及 DINP 的份量要準確,稱顏料時的輕微錯誤,足以令整桶色漿顏色完全改變.二每個桶中所用瓷珠的大小及份量要均一, (現時
12、每個轆色桶中放置 20mm 瓷珠 2kg 及26mm 瓷珠 3kg) 瓷珠過少瓷珠互相磨擦的次自然減少, 瓷珠過多互相擠在一起,有效的磨擦次數反而減少, 並且減少了色粉及 DINP 容量.三轆色機膠輪的直徑要均一,新的膠輪直徑是 4 寸,但很容易磨損,膠輪細了轆色桶單位時間的轉數亦減少了,即瓷珠的磨擦次數減少.四膠輪的轉速要固定,改變轉速直接影響鋼桶單位時間轉動次數.五轆色時間要固定.顏料的滲透當搪膠成形後,顏料填充於 PVC 份子之間,若果顏料的份子足夠大便會安定的停留於原有位置, 如顏料的份子比 PVC 份子之間的距離還要小, 顏料便會穿越於 PVC 之間向周圍擴散,最後走出搪膠件的表面以
13、上的現象稱為滲透.通常染料的份子非常細小,甚至會溶解於增塑劑, 並可以自由的穿越於 PVC 份子間,故此所有染料在 PVC 中都會有滲透, 有部分顏料的份子量較小,當 PVC 較硬時增塑劑少,而 PVC間距離較短則不會有滲透, 當 PVC 較軟時增塑劑較多而 PVC 間距離較大則有滲透,故此試驗顏料的滲透,大部份會用軟工件, (例如 60硬度)又高溫時(如 57C)顏料滲透的速度會加快, 在57C 置 48 小時顏料的滲透比在室溫置一年還要嚴重 .搪膠用料基本原理 (四之三)粗幼粉,增塑劑- 黏度聚氯乙稀 (Polyvinyl Chloride)簡稱 PVC 是由氯乙稀 (Chloroethy
14、lene) 單體聚合而成,通常由數百至數千個氯乙稀單體聚合為一個 PVC 份子,每個 PVC 份子所含單體數目稱為聚合度(Polymerization degree), 用於搪膠 PVC 幼粉聚合度在 1300 至 1800 之間,聚合度高低影響PVC 的物理性質很大,聚合度愈高則:1. 制成膠漿的黏度愈高.2. 制成品的機械強度愈高.3. 制成品的耐化學性愈高.4. 制成品的硬度愈高.5. 搪膠時的熔融溫度愈高.121 幼粉的聚合度在 1550 至 1800 之間而 PSH-10 在 1600 至 1750 之間,PSH-10 的粉粒比較接近圓形,聚合度雖相同但所制成膠漿黏度較低,幼粉的粉粒
15、直徑平均為 0.8u (1u=0.000001米), 因粒子非常細小可以自由懸浮於增塑劑中,雖然長時間靜置亦不會析出.搪膠用的粗粉粒子直徑在 25 至 50u 之間,相對於幼粉粗粉便是龐然大物,在膠漿中靜置一至兩天會有部分粗粉沉於桶底, 如靜置一個月或以上大部分粗粉都會沉出.全用幼粉造成的膠漿黏度會較高,若部分幼粉由粗粉代(配方的其他組成部分不變),則黏度會明顯降低, 當幼粉佔 55%而粗粉佔 45%時黏度會是最低的 , 超過此份量再增大粗粉的比率黏度又會上升. 另外有一類用於制 PVC 啤機粒料的粗粉粒子直徑在 100u 至 200u 之間,制成膠漿靜置一至兩小時便會有部份粗粉沉於桶底, 靜置一兩天後大部份此類粗粉都會沉出.用此類粗粉制成的產品,表面可見到尚未與增塑劑相熔融的透明膠點.最常用於 PVC 的增塑劑是苯二甲酸酯類 (Phthalate C6H4(CO2R)2). 此類增塑劑因烷基不同有很多種如:DOP 烷基為-C 8H17 辛基DIOP 烷基為-C 8H17 有分支的辛基.DEHP 烷基為CH 2CH(C2H5)C4H9DINP 烷基為-C 9H19(有分支的壬基)DI
