FR-TPX

FR-TPX是由三井化學(Mitsui Chemicals)所開發出的一種玻璃纖維強化型工程塑膠。TPX為4-甲基戊烯(4-methylpentene)(由丙烯二聚化而得)的共聚合體,是一種結晶性聚烯烴。目前,三井化學為世界上唯一的TPX製造/銷售商。而FR-TPX係將玻璃纖維以化學鍵結接於TPX基材,因此,玻璃纖維與基材樹脂間有絕佳的黏著性。 FR-TPX可提供優異的電氣性質,耐熱性,耐焊接性以及薄壁成型性,因此,最適合應用於各種不同的工業零件,尤其是在電氣與電子工業領域。

主要特色

電氣性質

TPX分子中無極性基,FR-TPX具有優異的高頻特性與電氣絕緣性質,其介電常數很低(2.5),介電消散因子也很低(0.0007),更具特色者為其高頻範圍的介電損失很低。此外,FR-TPX具有優異的電氣絕緣性質。FR-TPX的吸濕率非常低,所以其電氣性質即使在高濕度的環境下仍然可維持不變。

圖1顯示頻率對介電常數的影響。結果顯示FR-TPX的介電常數較PPS與FR-PBT低得多。

圖2顯示頻率對介電消散因子的影響。由圖可看出FR-TPX的介電消散因子要較PPS與FR-PB低得多。

圖3顯示溫度對介電常數的影響。很明顯的,FR-TPX的介電常數除了較PPS與FR-PBT為低之外,受溫度的影響亦小。

 

耐熱性與耐焊接性

FR-TPX的熔點高(230℃),且熱變形溫度高(190℃),因此具有優異的耐熱性與耐焊接性。由FR-TPX所製成的零件在高溫下,甚至於暴露於在熔點之上的溫度下數分鐘,仍然可以維持良好的形狀。FR-TPX的耐焊接性大致介於FR-PBT與PPS之間。

(1)耐焊接性
FR-TPX具有優異的耐焊接性,較FR-PBT為高。FR-TPX在高溫下,甚至於暴露於在熔點(230℃)之上的溫度下數分鐘,仍然可以維持良好的形狀。

圖5顯示FR-TPX在高溫下的形狀維持性。很明顯的可看出FR-TPX在高溫下的形狀維持性優於FR-PBT。(在烘箱中6 min,試片38’F28mm,厚度2mm)


圖6為一些玻璃纖維強化型工程塑膠的耐焊接性比較。由圖可看出FR-TPX的耐焊接性大致介於FR-PBT與PPS之間。

 

(2)耐熱老化性

圖7顯示FR-TPX的耐熱性,以其抗張強度的半衰期代表之。由抗張強度的半衰期數據可求得連續使用溫度(UL 746B)。由圖7可得T110與T130的連續使用溫度為115℃

 

(3)機械性質
在工程塑膠中,FR-TPX的機械強度並不太好,然而,其為較軟的材料,反而具有優良耐龜裂性的優點。


圖8顯示溫度對曲折模數的影響。很明顯的可看出FR-TPX是相對較軟的材料。

 

薄壁零件的成型性

FR-TPX的流動性極為優良,因此可加工成型成超薄零件,壁厚達0.1-0.2 mm的零件仍可加工成型。

 

耐化學品性

在實用上,FR-TPX對所有種類的化學品皆有優異的耐受性。特別是對於常用為電子零件的清洗劑的三氯乙烷及Freon,FR-TPX有優異的耐受性。FR-TPX浸入三氯乙烷及Freon中,並不會造成龜裂或變色。FR-TPX既不吸收水,也不會被水解,因此具有優異的耐沸水性與耐水蒸氣性。

化學品
硫酸
氫氧化鈉
甲醇
異丙醇
丙酮
三氯乙烷
Freon 113
汽油
引擎油
FR-TPX T130(GF30%)
FR-PB(GF30%)
FR-尼龍66(GF30%)
FR-PC(GF30%)
D
D
D
D
X
X
D
D
D
聚縮醛(未補強)
PPS(GF40%)
Polysulfone(GF30%)
D
D
D
D
X
X
D
D
D

表1 短期耐化學品性(浸泡溫度:23℃,浸泡時間:5 min)。
註:
○ 無實際外觀的改變
D 外觀有少許改變
X 外觀有明顯改變

耐沸水性

圖9顯示FR-TPX的耐沸水性。由圖可看出FR-TPX具有優異的耐沸水性。

質輕

FR-TPX的基本材料TPX的密度為商業化熱塑性塑膠中最低者,其密度低達0.83g/cm3。即使含有30%的玻璃纖維,FR-TPX的密度也僅有1.03 g/cm3,是近年來所有商業化的玻璃纖維強化型工程塑膠中最低者。

圖10顯示FR-TPX與各種工程塑膠的密度比較。很明顯的可看出FR-TPX 的質輕,密度是工程塑膠中最低者。

 

耐燃性

FR-TPX T110與T130的UL 94燃燒性是屬於HB級,而N130的耐燃性優異,可通過UL 94 V-0級。

應用

家庭用具

FR-TPX可應用於一些特別的家庭用具,譬如說要求耐熱性與耐水蒸氣性,高度耐久的產品。

電氣/電子設備零組件

FR-TPX可提供許多目的的用途,近如家用品,遠如太空應用。FR-TPX可符合如此高需求的兩樣理由為其電氣性質與耐焊接性。

用  途
所需的性質
可被FR-TPX取代的材料
微波爐零件(連結零件,轉盤,風扇零件等) 電氣性質(低介電損失),耐熱性 PPS,氟碳聚合體,polysulfone
蒸氣管零件 耐水蒸氣性,耐熱性 PPS,聚醚醯亞胺(PEI)

等級

物性 單位 測試方法ASTM FR-TPX 玻璃纖 維補強 工程塑膠 熱固性樹脂
T110 標準等級 T130 標準等級 N130耐燃級 FR-PBT 工FR-PA66 PPS 酚醛樹脂
玻璃纖維含量 % 15 30 30 30 30 40
比重 D792 0.93 1.03 1.43 1.52 1.38 1.57 1.4
螺旋流動 cm MPC法 95(280℃) 89(280℃) 85(280℃) 26(250℃) 60(290℃) 40(300℃)
機械性質
抗張強度 kg/cm2 (psi) D638 470 (6,690) 600 (8,530) 520 (7,400) 1,300 (18,500) 1,800 (25,600) 1,500 (21,300) 500 (7,110)
斷裂伸長率 % D638 2 2 2 3 4 1 <1
曲折強度 Kg/cm2 (psi) D790 750 (10,670) 930 (13,230) 890 (12,660) 1,900 (27,000) 2,700 (38,400) 2,100 (29,870) 800 (11,380)
曲折模數 kg/cm2 (psi) D790 3.0*104 (42.7*104) 5.5*104 (78.2*104) 7.1*104 (101.0*104) 8.5*104 (120*104) 8.7*104 (123.7*104) 12*104 (171*104) 8.0*104 (114*104)
凹口Izod 耐衝擊強度 kgcm/cm (ftlb/in) D256 8 (1.47) 7 (1.28) 4 (0.73) 8 (1.47) 9 (1.65) 7 (1.28) 2 (0.24)
Rockwell硬度 D785 R105 R107 R95 R119 R120 R122 R105
Taber耐磨性(1 kg, CS17) mg/1000循環 D1044 40 52 200 46 21 80
熱性質
熔點 ℃(℉) 230(446) 230(446) 230(446) 224(435) 265(509) 280(536)
熱變形溫度(18.6 kg/cm2) ℃ (℉) D648 175 (347) 190 (374) 165 (329) 210 (410) 255 (491) 260 (500) >170
線膨脹係數 1/℃(1/℉) D696 6.0*10-5 (3.3*10-5) 3.9*10-5 (2.2*10-5) 3.0*10-5 (1.6*10-5) 2.5*10-5 (1.4*10-5) 2.5*10-5 (1.4*10-5) 2.2*10-5 (1.2*10-5)
模收縮率(機械/垂直方向) % D955 0.6/0.8 0.4/0.6 0.3/0.5 0.4/1.0 0.4/0.8 0.2/0.4
電氣性質
體積電阻係數 Ωcm D257 1016 1016 1016 1016 4.2*1015 1016 1010
介電強度 KV/mm D149 30 27 24 21 23 17 10
介電常數(23℃, 1 MHz) D150 2.3 2.5 2.9 3.6 3.3 3.8 5.5
介電消散因子(23℃, 1 MHz) D150 0.0002 0.0007 0.0012 0.016 0.015 0.0014 0.05
耐電弧性 Sec D495 120 120 80 120 120 34 130
耐痕跡性 V(CTI) IEC >600 >600 >600 350
吸水率 % D570 <0.01 <0.01 0.01 0.06 0.8 0.02 0.5
耐燃性 UL94 HB HB V-0 HB HB V-0 V-0

加工方法

FR-TPX射出成形特性

加工成型性
與其他的玻璃纖維強化型工程塑膠比較,FR-TPX在加工成型時顯現極為突出的流動性。FR-TPX可加工成型成壁厚達0.1-0.2 mm的零件。圖11顯示FR-TPX的流動性。很明顯的可看出FR-TPX具有極為優異的流動性。


射出成型機:Toshiba IS-50EP 射壓:主要為1000 kg/cm2,次要為800 kg/cm2 模具:半圓螺旋模具,直接澆口6mmf,螺旋截面4.8 mmf。

成型條件
FR-TPX 可利用一般的射出成型機來加工成型,而具有合適的加熱容量及良好溫度控制的設備將是有所助益的。FR-TPX的成型範圍如下:

預先乾燥塑膠粒 不需要
適當的成型溫度範圍 標準等級:260-290
耐燃級:250-270
適當的模溫範圍 20-80
適當的射速 低速(約20-30%
模收縮率 參考性質表

表2FR-TPX的成型條件案例

成  型  品
線  圈  線  軸
等級 T130
模穴數 20
成型品重(g) 10(包括sprue及澆道)
射出成型機 Toshiba IS-35
料筒溫度(℃)
C1
C2
C3
270
280
280
噴嘴溫度(℃) 280
射壓(kg/cm2) 主要為1000
次要為800
射速 低速(20%)
螺桿被壓 0
模溫(℃) 60
循環週期(sec) 主要為5,次要為3,冷卻為10