发泡材之充填不平衡现象与发泡材于废水中重金属的吸附应用

ACMT协会 2023年8月7日浏览：1048

■健行科技大学 / 黄世欣教授

发泡材充填不平衡现象探讨

作者最近的计划（也是国科会计划）在探讨一模8穴充填不平衡的问题，想藉由发泡来看看充填不平衡是否有减缓的现象，约在10年前请专题生用模流分析来探讨一模多穴充填不平衡问题，学生告诉我，流道直径愈小，不平衡问题愈严重。所以去做了一个一模8穴的拉伸试片模具，流道直径有3和6mm二种，试了聚丙烯和加纤的聚丙烯（未发泡和发泡二种实验），聚丙烯流动性非常好，不用模温机也可以射出。

射出界的华陀──徐昌煜老师曾说过射出的塑料件的设计，流道愈大愈好，但冷却时间也会增长。现实情况中，业界为了产品美观和操作方便，都用针点浇口来射出。

在上图中，从未发泡的实验图中，可看出在直径为3mm的流道中，聚丙烯有充填不平衡现象，靠中间竖浇道(Sprue)那4穴充填较多，那是因为流道内剪切热因转了90度所引起，剪切热最大的地方在靠近模壁的1/10~2/10流道直径左右，而加入玻纤的聚丙烯不平衡现象更明显，在加入玻纤后（还要看玻纤比例）流动性变差（在同样料温下），用氮气发泡后，未加玻纤的聚丙烯也是有充填不平衡现象，反而是靠竖浇道(Sprue)那4穴充填较少，这是二个不一样的地方，值得细加探讨，加玻纤后的聚丙烯不平衡现象更明显，也就是说流动性愈不好的塑料，充填不平衡现象愈明显。

图1：实验的流动长度表

流动长度表如图1所示（统计10模的结果），模穴号码1~4是从文章首图的左至右编排。模拟的结果则如图2所示，可发现和图１的实验结果有落差。

图2：模拟实验结果

聚碳酸酯的未发泡和发泡的流动长度如图3所示，从图中可以发现聚碳酸酯的流动差异更大，因其流动性不好。

图3：聚碳酸酯未发泡和发泡的流动长度

发泡材之应用案例

于废水中重金属吸附之应用

作者曾于几年前和中原大学化学系蔡宗燕老师执行科技部和南非的双边合作计划，探讨高分子发泡复材用于废水中重金属的吸附研究，在未与南非合作之前，不太了解南非的生态，到了之后，才了解南非因有很多的矿产，挖出来的矿产都是用水来洗涤，故导致水源受到污染。

工业废水中的重金属如铅、镉、染料、人为的丢弃废弃物等。重金属的定义是原子量高于钠且比重高于5。污染水纯化的技术有离子交换、薄膜过滤、光催化、臭氧化、凝聚、絮凝、吸附等。

其中成本最便宜的是用吸附方式，再把吸附物收集起来，根据不同的污染物，有不同的吸附物，土壤中蚯蚓是天然的吸附土壤污染最佳例子。一般的吸附物有壳聚醣、奈米蒙脱土、PCL、环糊精、石墨烯、（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷。而塑料发泡也可用于废水中重金属的吸附。一般来说，发泡材会比没发泡的材料对废水中的重金属吸附能力还好。气泡的孔洞可以吸附废水中的重金属，气泡孔洞愈大愈利于重金属的吸附。

以PEEK作为发泡材之应用

最近有业界朋友提起，想用PEEK来做地热发电的涡轮叶片，PEEK可耐高温，熔点接近400度，已经是射出机的极限了，塑料发泡可用于风的叶片解决叶片重量不平均的问题。

图4：堵住射嘴的冷料头

最近曾帮业界射PEEK料，发现PEEK不好射，第一模可以射，但第2模时冷料堵在射嘴射不出来了，学生便用斜口钳把堵住射嘴的料夹出就可以继续射出了（会有凸出来的棒状物，如图4），目前业界大多是用热浇道来射PEEK。我个人认为PEEK发泡是一件有挑战性的实验，因料管温度很高，熔胶对超临界流体的溶解度可能不高。目前业界有射PEEK料给航空器使用，其射出机的加热片要用陶瓷加热器，使加热温度可到450度。■