高分子材料PVT特性分析（Polymer PVT tester）

ACMT协会 2023年8月15日浏览：1627

■高铁科技 / 陈铭昌技术主任

（源自ACMT Smart Molding 22年8月刊）

前言

塑胶材料优异的物理性质与极高性价比的经济优势，已全面覆盖人类生活领域的各项产品，因高性价比之发展优势，造成各方材料厂商积极开发不同应用领域的塑料，从生活塑料、工程塑料，特殊应用高性能塑料及生物兼容塑料等等。在塑料产品之制造方法中，射出成型是各项工艺中广泛应用的，可实现大量及快速生产的经济效益。而在众多塑料射出成型过程中，必须是仰赖加工流程之调校经验，预先对材料特性进行认识及分析，方可减少调校时间并降低产品质量缺点，并提升生产效益。

在射出成型工艺中，相关之塑料性质量测分析包含流变分析、PVT分析、热传分析等，本文针对PVT分析部分进行详细介绍如下。PVT仪器可量测出塑料在温度、压力变化下的体积变动数据，藉以获得该材料的PVT物理性质，再透过有效之模流分析来优化射出产品。

PVT测试单元架构

PVT量测取得的主要数据为压力、温度与比容（即密度倒数），PVT曲线描述塑料在熔融状态与固化状态转变过程中，材料之体积（或比容值）随温度及压力的外在变化，所呈现出三者数值之间的关联性。在量测过程中，仪器持续收集所需的数据，并记录原始数据给用户进行分析与模式细数之计算，来满足加工、生产或其他应用之预测分析需求。

本公司PVT测试设备遵循ISO17744标准，系将受测材料放置于一组含加热、冷却功能，温度可控的测试料筒内，使用密封垫将受测材料包覆其中以防止泄漏。受测材料可为粒状或粉状，使用上、下活塞顶住密封垫，测试期间对活塞施加压力，对待测材料进行加压与稳定持压控制，并搭配高精度行程传感器，获得比容值的变化（详如图1），此操作模式的PVT测试过程与射出成型制程比较相符。

图1：PVT测试结构示意图

PVT测试流程

PVT测试仪器提供四种测试流程，分别是等压降温、等压升温、等温变压降温及等温变压升温。一般塑料测试采用等压降温流程进行测试，测试过程中，施加固定压力下，控制温度以固定斜率从塑料熔融温度，下降至常温状态。若有设定不同压力段，则程序再次升温至熔融温度，以下一段压力再进行一次降温程序。测试程序进行过程，系统会陆续撷取各项数据，最终汇整出PVT数据与曲线。而等温变压降温模式则是在恒温的状态下，依序改变设定的压力段，记录相关数值后，再降温至下一个温度点，重复上述步骤，直至测试结束。

等压升温不同于等压降温流程，是在固定压力下，控制温度从常温以固定斜率升温至设定温度，记录各项数据，是应用于加热后会固化反应的材料，如硅胶及橡胶等。至于等温变压升温流程也是从常温开始，依序改变设定的压力段，记录各项数据后，温度逐步上升，重复上述步骤，直至测试结束。

图2：结晶材料PVT曲线

图3：非结晶材料PVT曲线

PVT曲线依材料特性约可分为结晶材料（如图2）与非结晶材料（如图3），从PVT曲线上可观察到材料的玻璃转化状态，从融熔点温度确定熔融区与固态区之间的比容值之变化趋势。仪器之计算机可导出原始数据，进而提供分析适宜的加工参数，降低射出过程中可能造成的收缩、翘曲变形等成品缺陷。

总结

随着射出工艺的发展，对射出成品的尺寸精度要求提高，PVT参数是射出工艺提升的重要指标，射出成型技术与计算机软硬件的结合，透过模流分析能帮助业者快速完成前置分析作业、有效缩短测试周期、提高产线生产效率及确保成品质量。更因随着材料科技进步所需，各种新型高分子材料相继问世，其分子组合与结构更加多元，必须掌握各项材料物理性质，以利将研发成果商品化。■