■高鐵科技 / 陳銘昌 技術主任
前言
塑膠材料優異的物理性質與極高性價比的經濟優勢，已全面覆蓋人類生活領域的各項產品，因高性價比之發展優勢，造成各方材料廠商積極開發不同應用領域的塑料，從生活塑料、工程塑料，特殊應用高性能塑料及生物相容塑料等等。在塑料產品之製造方法中，射出成型是各項工藝中廣泛應用的，可實現大量及快速生產的經濟效益。而在眾多塑料射出成型過程中，必須是仰賴加工流程之調校經驗，預先對材料特性進行認識及分析，方可減少調校時間並降低產品品質缺點，並提升生產效益。
在射出成型工藝中，相關之塑料性質量測分析包含流變分析、PVT分析、熱傳分析等，本文針對PVT分析部分進行詳細介紹如下。PVT儀器可量測出塑料在溫度、壓力變化下的體積變動數據，藉以獲得該材料的PVT物理性質，再透過有效之模流分析來優化射出產品。
PVT測試單元架構
PVT量測取得的主要數據為壓力、溫度與比容（即密度倒數），PVT曲線描述塑料在熔融狀態與固化狀態轉變過程中，材料之體積（或比容值）隨溫度及壓力的外在變化，所呈現出三者數值之間的關聯性。在量測過程中，儀器持續收集所需的數據，並記錄原始資料給使用者進行分析與模式細數之計算，來滿足加工、生產或其他應用之預測分析需求。
本公司PVT測試設備遵循ISO17744標準，係將受測材料放置於一組含加熱、冷卻功能，溫度可控的測試料筒內，使用密封墊將受測材料包覆其中以防止洩漏。受測材料可為粒狀或粉狀，使用上、下活塞頂住密封墊，測試期間對活塞施加壓力，對待測材料進行加壓與穩定持壓控制，並搭配高精度行程感測器，獲得比容值的變化（詳如圖1），此操作模式的PVT測試過程與射出成型製程比較相符。
PVT測試流程
PVT測試儀器提供四種測試流程，分別是等壓降溫、等壓升溫、等溫變壓降溫及等溫變壓升溫。一般塑料測試採用等壓降溫流程進行測試，測試過程中，施加固定壓力下，控制溫度以固定斜率從塑料熔融溫度，下降至常溫狀態。若有設定不同壓力段，則程序再次升溫至熔融溫度，以下一段壓力再進行一次降溫程序。測試程序進行過程，系統會陸續擷取各項資料，最終彙整出PVT資料與曲線。而等溫變壓降溫模式則是在恆溫的狀態下，依序改變設定的壓力段，記錄相關數值後，再降溫至下一個溫度點，重複上述步驟，直至測試結束。
等壓升溫不同於等壓降溫流程，是在固定壓力下，控制溫度從常溫以固定斜率升溫至設定溫度，記錄各項數據，是應用於加熱後會固化反應的材料，如矽膠及橡膠等。至於等溫變壓升溫流程也是從常溫開始，依序改變設定的壓力段，記錄各項數據後，溫度逐步上升，重複上述步驟，直至測試結束。
PVT曲線依材料特性約可分為結晶材料（如圖2）與非結晶材料（如圖3），從PVT曲線上可觀察到材料的玻璃轉化狀態，從融熔點溫度確定熔融區與固態區之間的比容值之變化趨勢。儀器之電腦可匯出原始資料，進而提供分析適宜的加工參數，降低射出過程中可能造成的收縮、翹曲變形等成品缺陷。
結語
隨著射出工藝的發展，對射出成品的尺寸精度要求提高，PVT參數是射出工藝提升的重要指標，射出成型技術與電腦軟硬體的結合，透過模流分析能幫助業者快速完成前置分析作業、有效縮短測試週期、提高產線生產效率及確保成品品質。更因隨著材料科技進步所需，各種新型高分子材料相繼問世，其分子組合與結構更加多元，必須掌握各項材料物理性質，以利將研發成果商品化。
