塑膠次料的使用須知

蓉容

內容:
塑膠隨處可見，幾乎每種產品都會使用到它。然而由於成型塑膠製品 (molded plastics) 的特性，會影響消費性產品的品質及安全，因此改變這些特性的因素就成為極為重要的研究對象。本文重點在說明塑膠產品的成型製程中，使用次料對於塑膠製品的特性有何影響，及成型者在使用塑膠次料時的須知事項。
7 A$ l) g3 o5 m' K, F! Q) X2 g; a" j塑膠次料 (regrindmaterials) 與新塑料 (virginmaterials) 的混合比例，對電子電機設備的塑膠零件性能影響甚鉅。UL公司已與相關業界合作，發展出新的標準及測試方法來確保使用次料的安全性。
  |* p1 h. J8 H& R( |何謂次料？
0 @6 Q- b/ W0 L; U5 E- R, C次料包括渣滓或切碎的溢料 (flash)、流道結塊 (runners)、溶渣及無污染癈棄零件等，由製造商廠內成型者在初次模型製程中所產生的物料。這些次料碾壓成更小的材料後，與新純料混合再利用。我們這裡所說的次料，不包含經過化學再製或化學再聚合的材料，或大批買進並由另一家公司使用的次料；我們的次料只適用於同一家製造商的工業廢料 (用前癈料)。
0 |4 M# s+ L, B/ J: ?使用次料是為了節省成本並達成環保的目的。
9 E( R4 C5 d0 n5 d1 j2 ?次料的使用有何限制？
1980 年，UL 集合業界的意見，制訂 UL 746D：聚合材料 — 成品零件 (Fabricated Parts) 安全標準，規定了當時對再生料的使用限制。已經認可的用法是：使用熱塑性 (thermoplastic) 再生料的重量比在25%以下 (熱固性塑膠 (thermoset) 為 0%) 時，不會明顯損害新料的特性，且不需做進一步的檢驗。但當熱塑性再生料使用的重量比超過25%時，必須進行個別檢驗，以確認該材料在主要特性方面符合最低性能表現。
& a/ ~9 S- g: m$ C增加次料比例對塑膠特性有何不好影響？
9 z0 Z2 \9 k) i8 ?與新料混用的次料比例提高，將會嚴重劣化合成零件的機械特性。

圖 1 顯示新料中熱塑性次料比例增加的結果。在超過某個臨界值後，合成材料的特性即開始劣化。當我們使用設備裡的塑膠零件，劣化作用將會造成危險。因此，只要是機械特性很重要的應用產品，當新料中的次料比例增加時，其安全係數就會降低。
塑膠原料已日趨普遍運用到許多應用產品，其包含下列情況：
1 z, S/ d" X& P6 S! J7 Y機械裝載 — 工程應用
; i0 L6 f0 v! l3 k3 B1 W6 a9 x接接觸傳輸電流的導體
4 h1 s8 J% G% e8 l- ?暴露在紫外線、濕氣、化學品及高熱環境等
* Z/ O1 ~' Q; K7 _對這類應用產品而言，強度、耐衝擊性、軟化溫度 (softening temperature)、光透明度、絕緣及戶外氣候 (weatherability) 等都是非常重要的特性。某些材料的分子量對上述多項特性有很大的影響力。次料因在成型過程中經過多次高溫處理會產生斷鏈作用 (chain scission)，其分子量會比純料低。大體而言，純新料與次料的混合物之平均分子量會低於 100% 的新料。因此，太多的次料會對材料的特性產生負面作用。
次料比例如何影響塑膠零件性能的範例說明 — 電線與電纜
為說明上述理論，在此以電流傳輸導體 — 電線與電纜 — 所使用的塑膠絕緣材料為例。
* `4 \2 ]  x8 U  R  f0 j$ J電線及電纜的塑膠絕緣材料所要求的特性是
可支撐導體的良好機械強度。
良好的絕緣特性
9 [. Z( J" m. y7 ^0 R良好的耐磨特性 (tracking resistance)
  n/ |7 c0 k# |3 I- |( r9 ]次料因分子量低，故在上述特性之性能表現會比純新料差。而導體上使用再生料的絕緣材料，其特性也會劣於 100% 新料的絕緣材料。

. [: d5 G& _' y" p3 h/ n圖 2 說明機械特性和分子量的相關性。分子量較低的材料會很快喪失其強度，嚴重時更會斷裂或產生裂縫。受到這種損害的絕緣材料，會造成導體暴露於外，進而可能引發火災、電擊或其他傷害事件。
此外，塑膠料品如經纖維強化處理並重覆與新料混合，也會劣化材料的特性。用以強化特性的長玻璃纖維，每經一次再利用流程，就會機械性地斷成更短的纖維，而減弱了最終成品的強度。其後果是，此塑膠零件的性能將降到不能接受的水準。
UL 建議如何使用再生料？
熱固性塑膠 (thermoset)、熱塑性彈性聚合物(thermoplastic elastomers) 及回收塑料 (recycled material) 不可使用次料。
" P* N6 X4 n, @( X- S( ?至於其他應用，UL同意，在同一個模具工廠、同等級的熱塑性新料下，次料重量比不超過 25% 時，不必再行測試。次料重量比超過25%，UL即要求執行特別測試，其中包括相關的性能檢驗測試如強度、耐衝擊性、軟化溫度、燃燒性、引燃性 (Ignition)、漏電電痕 (Tracking) 及長期老化測試。有關次料重量比超過25%但能通過認證的資訊，請瀏覽網站：ULiQ?for Plastics。
此外，UL 的追蹤檢驗服務 (Follow-Up Service) 人員會確認塑膠料品的成型系統主要控制項。此系統在保障再生料的安全使用、色料 (colorant)、阻燃材料 (flame retardant)、脫模潤滑劑 (mold release lubricant) 及其他可能影響塑膠特性的添加劑。
5 P& a% V1 _0 H8 k* JUL 的現場檢驗專員 (Field Representatives) 則根據 UL 模具產品追蹤服務計畫，持續與製造商共同作業，在定期拜訪製造商時，確定製造商符合次料的重量比規定。
成型人員使用次料時應做什麼？
使用熱塑性次料的重量比必須低於 25%， 但 UL 已驗證可以使用更高比例的情形則為例外 (參見下一項)。
' z8 F/ s. x/ ~( C  Z. j如必須使用 25% 以上的熱固性次塑料，只能使用網站ULiQ? for Plastics中已經獲得認證的較高次料比例的塑膠料。
不要使用任何一種熱固性塑膠、熱塑性彈性聚合物、或回收再用材料的次料。
處理廢料時即應馬上磨碎，或將廢料裝入密封的容器中，以避免因材料表面產生靜電荷而受到灰塵的污染。不要使用清理過的 (purged) 次料。
最終產品製造商使用次料零件時應注意什麼？
/ B# _- T2 E* }5 Y" q2 ]7 X如果次料零件的成型地點即最終產品的生產地點，為符合 UL 追蹤服務 (UL Follow-up Service) 的要求，製造商應保留進料和生產用量紀錄，供 UL 檢驗專員計算次料的使用比例。
如果成型零件來自外部，且此外部供應源不屬於「UL 追蹤服務計畫」的服務對象，此時製造商應準備一份合格完工證書 (Certificate of Compliance, C of C)。UL 追蹤服務計畫的現場服務專員將檢驗合格完工證書中的料比例資料。該資料應宣告，製造商驗收的熱塑性成型零件的料重量比未超過 25%。UL檢驗專員也將參考一份向成型部門下採購單的採構需求書。而在每次出貨的文件上應具載合格 (conformance) 聲明，且這份文件必須能追蹤到所運交成型零件的個別批號。所有檢驗資料的格式，應採用一般公認的商業實務，並讓 UL 檢驗專員能夠理解。資訊科技設備製造商請瀏覽網站：ul.com/ite/regrind.htm，本站概述了與資訊科技設備業有關的熱塑性次料的問題。