高分子材料-塑胶及橡胶

橡膠是先發現天然橡膠（ 1770 ）之後 再發展出合成橡膠（1930） 橡膠有多項優良性質，如絕緣性、氣 密性、高介電性、富於彈性和韌性並 具化學抗性，廣泛應用於工業、工程 和日常用品上。
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11.2.1 天然橡膠
一、來源與製造


天然橡膠由採自橡膠樹的橡漿凝固而成。 橡膠樹主要生長於中南美洲、非洲和亞洲 熱帶地區。今日全世界天然橡膠產量的 80 ％以上由東南亞國家，尤其是馬來西亞供 應。 天然橡膠片是由橡漿加水稀釋後，加入醋 酸攪拌、靜置得橡膠凝塊，抽製成橡膠片， 最後放入乾燥室（ 40 ～ 50℃ ）內煙燻、乾 燥而得生橡膠片。
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第十一章 高分子材料－塑膠及橡膠


塑膠以合成樹脂為主要成分；橡膠的 主要原料有天然橡膠、合成橡膠等。 塑膠冷凝後不易變形，橡膠則較容易 變形。
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11.1 塑膠



塑膠為天然或合成的有機材料，可在軟 化狀態塑造出各種形狀，然後硬固成形。 塑膠的基本成分是樹脂，為有機體，類 似於木材、糖等。 塑膠的分子結構類似於石油產物或碳氫 化合物。例如天然的甲烷由一個碳原子 與四個氫原子構成，而合成的聚乙烯則 由數百或上千的碳氫鏈構成。
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二、生橡膠之性質

生橡膠輕而富有彈性，具有良好之防水 性與防蝕性，絕緣而耐久。 生橡膠比重約 0.91～0.93，過熱會逐漸軟 化，熱傳導係數0.03～0.05 w/mh°k。 生橡膠承受持久應力會產生塑性變形， 稱為可塑性，可利用此性質型塑成各種 形狀的產品。
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1.物理性質


10.2.5 耐久性，硬化與老化
第十一章 高分子材料
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第十一章 高分子材料－塑膠及橡膠
11.1 塑膠 11.2 橡膠
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第十一章 高分子材料－塑膠及橡膠


高分子材料通稱聚合物（polymer） 聚合物指用碳元素為基礎的長鏈有機 化合物，即由單體（ monomer ）聚集 而成的大分子。 高分子聚合物有天然和人工兩種。天 然聚合物如木材、天然橡膠、天然瀝 青等；人工聚合物如聚氯乙烯、丁苯 橡膠等。
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圖11-3 塑膠之典型荷重-變形曲線
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塑膠的張力彈性模數比壓力彈性模數 小，一般不大於6.89GPa，柏松比約0.3 （表11-2） 塑膠的潛變大，但有高阻尼性，適合 應用為受振構造體。
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表11-2 各種塑膠性質
材質 熱 塑 性 塑 膠 聚乙烯 聚氯乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 尼龍 熱 硬 性 塑 膠 不飽和聚酯 酚甲醛 聚氫基甲酸酯 壓克力 比重 0.92 1.31.4 0.91 1.05 1.14 1.62.2 1.31.9 1.2 1.19 抗拉強度 （kgf/cm2） 125-280 105-560 280-380 280-490 490-840 280 280-560 350 560-700 彈性模數 106kgf/cm2 1.3-11.2 0.07-55 8.4-12.2 1.4-3.5 18.2-28.7 21-105 70-105 － 29 抗壓強度 (kgf/cm2) 28-165 7-90 590-700 90 490-900 1400-1750 1400-1750 － － 膨脹係數 （10-6/℃） 160-210 54 310 60-80 90 75 80 60 70 14
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11.1.1 塑膠種類

塑膠又稱聚合樹脂，分成熱硬性塑膠及 熱塑性塑膠兩大類：
一、熱硬性塑膠 由樹脂（ resin ）與硬化劑混合，經加熱 加壓或在室溫下反應化合而成。初始加 熱，塑膠會軟化，之後再加熱時即硬固， 此化學變化稱為聚合作用。
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11.1.1 塑膠種類


成形後之塑膠將永久堅硬，而稱之為 熱硬性塑膠，可耐高溫、強度硬度大， 耐化學侵蝕，絕緣性佳。 常見的熱硬性塑膠有幾種(表11-1)： 1.環氧樹脂 2.尿甲醛樹脂 3.三聚氰胺樹脂 4.酚甲醛樹脂 5.矽脂樹脂
2.化學性質



生橡膠不溶於水、酒精、醚等溶劑，但會 緩慢溶解於苯、石油醚、二硫化碳等。 濃硫酸可將乾燥生橡膠氧化分解。鹼溶液 對橡膠在常溫下不會發生作用，但加熱時 橡膠中的樹脂會被鹼化呈分散狀態。 加硫於橡膠中可改善其性質，如伸長率、 抗拉強度等，這種處理稱為硫化。
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11.1.4 塑膠之應用



塑膠的應用範圍廣，包括民生用品、營 建工程及汽車、電器、電子等的工業材 料。 塑膠材料中，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙 烯和聚氯乙烯應用最廣，佔有 80％以上 的使用量。 塑膠應用在土木工程上的優點有多項， 如成型容易、輕而具強度、熱傳導率低、 絕緣性、耐久等。
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11.2 橡膠
二、物理性質 塑膠會產生風化，陽光中的紫外線輻射 和環境的溫濕度改變是風化的要因，風 化使塑膠褪色、變脆、開裂、硬化。 塑膠易燃、防火性不良，燃燒時且會產 生有毒濃煙。 塑膠吸水性小，熱傳導係數遠小於混凝 土者，適合做為防水和熱絕緣材料。
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11.1.3 塑膠成品之製造


塑膠成品的製造依塑膠材料性質而定， 工業上採用的加工成型方法甚多，如射 出成型法，擠壓成型法等： 1.射出成型模法 2.轉移模製法 3.擠壓成型法 4.模鑄法 塑膠成品如管、筒、板、布等。
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二、熱塑性塑膠 常溫下為固態，加熱即熔融軟化成可 塑性，冷卻後又恢復固態。在微熱下 可加工製成各型產品。 熱塑性塑膠多為柔軟且富彈性，強度、 硬度、耐熱性及耐藥性比熱硬性塑膠 差。
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重要的熱塑性塑膠有多種(表11-1)： 1.聚乙烯 2.聚丙烯 3.聚氯乙烯 4.聚苯乙烯 5.丙烯樹脂
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表11-1 塑膠類型
熱塑性塑膠 聚乙烯 聚氯乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 環氧樹脂 尿素甲醛樹脂 酚甲醛 （碳酸）三聚氰胺-甲醛 不飽和聚酯 熱固性塑膠
聚醯胺（尼龍）
聚甲基丙烯酸甲酯（壓克力）
聚氫基甲酸酯
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11.1.2 塑膠性質
一、力學性質 塑膠具黏彈性，力性受溫度與載重速 率之影響。 塑膠力性依聚合物組成分子的形狀與 長度而定，典型應力－應變行為如圖 11-3 。大部分塑膠之彈性範圍小，彈 性模數小，伸長率則較大，可達100％ 以上。