搪胶用料基本原理.docx

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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=PARTPERHUNDERRESIN）

溫度

９０

５０

４０１００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２Ａ圖２Ｂ

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

６８１０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°CPVC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

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,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57°C）顏料滲透的速度會加快,在57°C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（PolyvinylChloride）簡稱PVC是由氯乙稀（Chloroethylene）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（Polymerizationdegree）,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（PhthalateC6H4（CO2R）2）.此類增塑劑因烷基不同有很多種如:

DOP烷基為---C8H17辛基

DIOP烷基為---C8H17有分支的辛基.

DEHP烷基為—CH2CH（C2H5）C4H9

DINP烷基為---C9H19（有分支的壬基）

DINA近年新出之搪膠增塑劑﹐為環保型﹐是DINP的替代產品﹒

以上均是常用於搪膠的增塑劑,而DEHP因為會致癌,已有部份國家限制玩具含有DEHP,由化學式可見DEHP是DIOP中的一份子,而DIOP亦是DOP中的一份子,事實上商業用的DOP大部份是DEHP,而DIOP亦含有大量DEHP,所以現已禁止使用DOP及DIOP於玩具,剩下來較有商業價值的增塑劑是DINP和DINA.

除DINP和DINA外TXIB亦是常用的增塑劑,DINP與TXIB的最大分別為:

1.TXIB的黏度比較低,制成的膠漿黏度亦較DINP為低.

2.TXIB的用量愈高,則該膠漿的熔融溫度亦愈高,即搪膠時間要較長或搪爐溫度要較高.

3.TXIB份量愈多制成品硬度因溫度變化較小.（只用DINP為增塑劑,制成品於低溫時硬度較高,於高溫時則硬度較低,硬度低時機械強度亦較差）.因此在較難出模的制品中常多加TXIB令膠件於出模時硬度較高減少變形.

4.TXIB的價格較DINP為貴.

搪膠時搪模是沿著一定方向旋轉,原本在模子底部的膠漿因黏著部分升高而向下流動,若膠漿的黏度過高,會有部分膠漿尚未向下流而跟著模子轉過.因此在模子內有部分位置長時間有膠漿積聚著而形成較厚的膠層,其餘的位置則會較薄,因此膠漿黏度過高會形成厚薄不均.

若膠漿的黏度過低（此種機會比較少）,則膠漿會長期停留於模子最低部份,模子旋轉是有規律的.（每公轉四次自轉一次）,有機會向著最低點的膠層較厚,沒有機會向著最低點的膠層會較薄,因而形成長條形較厚膠層工或井字形較厚膠層.

適中黏度的膠漿會因模子旋轉而升高,但大部份的膠漿在未升至模子的一半高度已經回流,每次只有小部分膠漿因為達到熔融溫度而依附在模子內壁,同時膠漿因升高至接近模子的一半高度才回落,回落的膠漿會呈扇狀散開回流,如此一層一層薄薄的膠凝固在模子內壁,搪出的制成品亦比較均勻.

搪膠制品的硬度通常在55°至85°之間,軟的制品所用的膠漿增塑劑較多黏度較低,硬的制品所用的膠漿增塑塑劑較少黏度較高,下列為在不同硬度范圍配制適中黏度膠漿的大綱.

1.55°至65°只用121幼粉及DINP.

2.70°用121幼粉加25%至30%粗粉及用DINP.

3.75°用PSH-10幼粉加25%至30%粗粉及用DINP

4.80-85°用PSH-10幼粉加30%至45%粗粉及用DINP加TXIB.

搪膠用料基本原理（四之四）

搪膠配方

為更清晰地說明搪膠各用料的作用原理,特例出三個不同硬度之搪膠配方,說明各用料的作用:

1.硬度為42°A±1°A,淨重量:

255±2g,毛重量:

257g.

材料

名稱

份量（kg）

百分比

作用

幼粉

373MC

25.0

選擇更細粒子的幼粉,以達42°A硬度.

121

40.0

搪膠配方的主要构成

粗粉

C65N

0

低硬度時不用粗粉

增塑劑

DINP

88.0

遠高於幼粉的用量,獲取低硬度.

抗熱油

2-39

2.4

提升膠漿抗熱要求,以達均勻熟透.

安定劑

CZ-116

1.2

穩定PVC份子,防止分解氯化氫與碳.

色漿

肉色

3.2

配色用

附加劑

防霉劑

0.4

用於有其它要求的用料填加

Zust

0.3

注﹕由上述配方的比率可知幼粉與增塑劑占用量的95.33%﹐而增塑劑達54.83%﹐由此可獲得42°A的搪膠件﹐在獲取不同硬度之搪膠件中﹐幼粉﹐粗粉﹐增塑劑的比率起著關鍵性的作用﹒

2.硬度為70°A±2°A淨重量6±0.2g,毛重量6.5g.

材料

名稱

份量（kg）

百分比

作用

幼粉

PSH-10

100.0

搪膠配方的主要构成﹐選擇粒子呈圓形降低粘度

粗粉

C65N

0

增塑劑

DINP

59.0

較低的增塑劑獲取較高的硬度

TXIB

6.0

調節硬度﹐易于出模及形狀穩定

抗熱油

R-39

4.0

提升膠漿抗熱要求,以達均勻熟透.

安定劑

CZ-116

2.0

穩定PVC份子,防止分解氯化氫與碳.

色漿

肉色

8.6

配色用

附加劑

Zust

0.5

用於有其它要求的用料填加

注﹕由上述配方的比率可知幼粉與增塑劑占用量的91.61%﹐而幼粉達55.52%﹐由此可獲得70°A的搪膠件﹐由于TXIB的加入需要較高的搪膠溫度﹐所以抗熱油的比率也相應增加﹒

3.硬度為75°A±2°A,淨重量40±1g,毛重量42g.

材料

名稱

份量（kg）

百分比

作用

幼粉

PB1302

60.0

搪膠配方的主要构成

粗粉

C65V

25.0

降低粘度獲取較高的硬度

增塑劑

DINP

40.0

較低的增塑劑獲取較高的硬度

TXIB

5.0

調節硬度,易于出模及形狀穩定

抗熱油

R-39

3.0

提升膠漿抗熱要求,以達均勻熟透.

安定劑

CZ-116

2.0

穩定PVC份子,防止分解氯化氫與碳.

色漿

806C

5.4

配色用

附加劑

Zust

0.3

用於有其它要求的用料填加

注﹕由上述配方的比率可知幼粉﹐粗粉與增塑劑占用量的92.39%﹐而幼粉達42.64%﹐粗粉

﹐共計60.41%﹐由此可獲得75°A的搪膠件﹐由于TXIB的加入需要較高的搪膠溫度﹐所以抗熱油的比率也相應增加﹒