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塑胶原料的常用参数解读,以快速接线端子原料为例!

  •  一、基本物性
    1.比重
    定义:比重(specific gravity) 物质于23℃时在空气中单位体积的质量;与在相同温度下同体积的蒸馏水(不含气泡)的质量之比值。
    测试标准﹕ASTM-D792
    测试原料﹕阿基米得(浮力)原理
    浮力=排开同体积之液体重
           =空气中的重-液体中的重
    比重=空气中的重/同体积之水重
    测试比重之目的:
    1)了解塑料结晶度。
    2)推测塑料热处理的历史。
    3)试片内是否含有孔洞(porosity)。
    4)塑料之组成(树脂及填充料之种类及比例)。
    造成试片比重改变的原因包括:
    1)结晶程度的改变。
    2)可塑剂(plasticizer)的漏失。
    3)吸收溶剂。
    4)其他原因。
     
    2.灰份
    定义﹕灰份(ash)塑料在800C高温下完全燃烧后所剩下的填充物的含量。
    测试方法﹕800C 灼烧4小时﹔TGA测试
    原理﹕
      工程塑料内之基本成分包括:
    1)基材:树脂本身
    2)物性补强填充物:玻璃纤维、碳纤维、矿物质等。
    3)界面活性剂:表面处理改质剂。
    4)难燃剂:卤素及非卤素(磷酸脂)防火剂。
    树脂及其它添加剂在800C高温会分解并燃烧掉﹐而填充物为非金属材料﹐在此温度不会分解﹐从而保留下来。
     
    3.熔融流动指数
    定义﹕
    melt flow index(MI)  单位﹕g/10min
     melt volume index (MVI)  单位﹕cm3/10min
    测试标准﹕ASTMD1238
    目的﹕测试熔融塑料材料在不同的温度及荷重之下的挤出速率(流动性),提供成型现场射出条件设定参考。
    通常只适用与非增强材料。


    二、机械性质
    1.抗张强度及伸长率
    意义﹕表现材料在受到拉伸作用时的力学状态
    测试标准﹕ASTMD638
    抗张强度(tensilestress):
    1)材料抵抗拉伸的能力。Force/area
    2)降伏强度:在降伏点时的相对应力,称为降伏强度。
    3)断裂强度:试片断裂时所承受之最大应力。
    降伏点(yieldpoint):
    当应变增加时,而应力没有增加的临界点,且将外力除去后,试片并不会恢复原状。
    伸长率(elongation)
    1)降伏伸长率:试片从受力开始至降伏点为止的应变
    2)断裂伸长率:试片从受力开始至断裂为止的总应变
    弹性模数(elasticitymodulus)
    应力—应变曲线之起始线性部分,合乎虎克(Hook’s)定律的部分,此区域的斜率即称为弹性模数。
    韧性(toughness)
    应力—应变曲线下的面积,为单位体积物质在断裂时所需要能量。
     
    各种原料的拉伸曲线:
     
    2.抗折强度和抗折模量
    意义﹕表现材料在受到弯曲作用时的力学状态
    测试标准﹕ASTMD790
    抗折强度(flexuralstrength):当试片被弯曲至破裂时之最大应力值。
    抗折模数(flexural modulus):应力与应变的相对应比值,亦可称为弹性模数。
    此参数可以表现材料的刚性和硬度。
     
    3.耐冲击强度
    定义﹕材料受到极大应力作用且作用时间极短, 而材料对此作用力的承受程度,称为耐冲击强度。
    表示式为﹕每单位厚度试片断裂所需要的能量﹐
    单位为 ﹕㎏-㎝/㎝
    一般摆锤式耐冲击试验,依试片摆放方式不同可分为:
    Izod:试片垂直摆放。
    Charpy:试片水平摆放。
    切口之目的:使应力集中,增加实验结果的准确性。
     

    三、热性质
    1.热分析DSC & TGA
    热示差扫描热卡计(DSC)DifferentialScanning Calorimeter(DSC)
    原理﹕以规定的升温速度对试样和参照物同时加热﹐由于试样融化或结晶是吸热或放热的过程﹐而参照物对热不敏感。因此在试样熔化或结晶时﹐其与参照物的热量差被仪器记载下来﹐从而曲线上会有明显的峰。
    通过DSC可以测出以下参数﹕
    玻璃转移点(glasstransition temperature;Tg)
    结晶熔融温度(melttemperature;Tm)
    再结晶温度(re-crystallizedtemperature;Tc)
    熔融热(enthalpyof melt)
    结晶焓(enthalpyof crystallization)
    热失重分析TGA   Thermal Gravity Analyzer(TGA)
    试样先在氮气气氛中加热至600C﹐发生裂解﹔再于空气气氛中加热至800C﹐将裂解残留的碳燃烧干净。在此过程中仪器记录试样的重量变化﹐从而得到热失重曲线。
    从TGA测试可以得到﹕
    1)材料的热稳定性
    2)热裂解分析(热裂解温度;Td)
    3)添加剂,水气及挥发性物质含量分析
    4)复合材料组成分析(玻纤含量)
     
    2.热变形温度HDT
    定义:热变形温度HDT
    将试片浸渍于热介质中,施予应力于试片棒中心,等速升温,当试片中心点产生0.25mm变形量时,记录其温度,即为热变形温度。
    施力大小一般分为0.455MPa及1.820MPa两种型式
    主要量测之参数:温度﹐变形量
    应用及目的:
    1)了解高温工程塑料材料对SMT制程的承受能力。
    2)了解塑料材料在长期高温使用环境下的承受能力。
     (例如:计算机机壳面板的软化点)
     

    四、电性能
    1.电阻
    电阻﹕电流流通的难易程度
    表面电阻(surfaceresistance):电压与由材料表面的湿气或其他导电性杂质所引起的电流之间的比值,与材料的性质及表面干净度有关。
    体积阻抗(volumeresistance):电压与通过材料内部的电流间的比值。
    体积阻抗系数大者,绝缘性较佳。一般108Ω–㎝以上视为绝缘材料。较高的温度和湿度,会使材料的绝缘阻抗变低。
     
    2.介电常数
    介电容量:将绝缘器放置在两个导电金属板间储存电荷,单位电压所储存的电量称为介电容量。
    介电常数:绝缘材料的介电容量与真空或空气的介电容量之比值;亦即绝缘器储存电量的能力。
    介电常数受频率、电压、温度、湿度等的影响。一般而言,介电常数愈小,则绝缘性愈好。
     
    3.介电强度
    介电崩溃电压(dielectricbreakdown voltage):绝缘材料在失去其绝缘性前,所能忍受之最大电压。
    介电强度﹕介电崩溃电压除以材料厚度之比值。
    测试方法:(依施加电压方式之不同分为)
    1)短时间测试法
    2)阶梯测试法
    3)慢速率上升测试
     
    4.耗散因子
    电力损失指出了绝缘器的效率,耗散因子就是绝缘材料这种效率指示的量测。能指出绝缘材料能量的损失量(即由电能转换成热能的比例),比例愈低则介电性愈佳。
    耗散因子小﹐表明材料在高频环境下的电性能好。
     
    5.电弧阻抗
    电弧阻抗﹕材料抵抗高伏特电弧作用的能力,以产生电导性所需的时间来定义。
    电弧崩溃:绝缘体表面碳化,产生裂缝发生局部白热现象,或产生燃烧,使得绝缘性被破坏。
    测试方法:
    加电压12,500V及电流10mA,在特定时间及速度下,增加电弧电流,直至电弧崩溃,试料绝缘性被破坏,电弧消失为止所需之时间,定义为电弧阻抗。
    电弧阻抗与聚合物种类有关,因应用在高电压、长时间,一般CONNECTOR 较少遇到此类应用,而较少考虑此性质。
     

    五、燃烧性能
    1.UL安规
    塑料材料应用在电子/电机结构零件或家用电器上须经UL单位机构(Underwriters Laboratories Inc.保险商实验室)严格的检验认证,主要为降低电气性质或燃烧伤害的可能性。
    除产品功能段外,塑料原料也必须符合UL的要求,凡经由UL单位认可之塑料材质特性将列入报告“Recognized Component”,同时对此塑料材质发予认证书,由于证书是黄颜色的﹐所以俗称“Yellow Card”。
     
    评估材料所使用的UL标准
    RTI(Relative Temperature Index)
    评估绝缘塑材,在长期(一般测试60,000小时)使用下,仍能保持50%机械物理及电器特性之温度指针。
    HWI (HotWire Ignition)
    将塑料样品,以电阻线缠绕,藉由电热能量的加热,塑料样品转为发热变红而起火燃烧,或未产生火焰但样品焚化时,其所需之平均时间,可依其时间长短分类。
    HAI (HighAmp Arc Ignition)
    塑料绝缘材在偶尔不正常操作下,龙三塑胶标准件欢迎你,暴露于电弧中,若此电弧强度过高,可能引起火花,计算会引起燃烧的电弧产生次数。
    * HVTR(High Voltage Tracking Rate)
      目的为测试塑料表面在遭受高电压低电流环境下,产生磁化轨迹或可识见碳化通路之速率(UL可容许最大电路轨迹为25mm/min)。
    * CTI(Comparative Tracking Index)
      电路设备有可能在高电压状况,塑料绝缘体暴露于污染环境,或是表面受到污染,而引起电路导通,造成设备当机,此测试为加速仿真污染环境下电路失败的条件。
     
    2.氧气指数
    *试片大小
      长70~150mm 宽6.5~0.5mm 厚3.0~0.5mm
    *测试方法
      以点火器点燃试片顶端,当试片上端全部着火时,移去点火器,调整燃烧时间为3min或燃烧长度50mm时之氧气浓度。
    *氧气指数计算:
       OI %= O2/( O2 +N2)*100%




    2017.10.12        龙三塑胶标准件     龙三老周

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