TWI651183B

TWI651183B - 具有自脫模特性的塑膠模具複合材料

Info

Publication number: TWI651183B
Application number: TW106138861A
Authority: TW
Inventors: 陳信宏; 黃豐貿; 吳建昇
Original assignee: 台灣勁合有限公司
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-02-21
Also published as: TW201918357A

Abstract

本發明提供一種具有自脫模特性的塑膠模具複合材料，其包含均勻混合的一聚烯烴高分子95～99.5 wt%以及一脫模助劑0.5~5 wt%，其中：該聚烯烴高分子的表面張力數值介於30～45mN/m之間，耐熱溫度介於60～200 ^oC之間；以及該脫模助劑使該聚烯烴高分子的表面張力下降至少5%；本發明透過導入可降低材料間表面張力的脫模助劑，不需額外使用含有機溶劑的脫模劑即具有自脫模能力，達到減少有毒的揮發性有機氣體(VOC)的產生，使加工工廠環境更加環保且友善，操作者沒有健康疑慮，同時保護地球並減少污染。

Description

具有自脫模特性的塑膠模具複合材料

一種塑膠模具複合材料，特別是一種具有自脫模特性的塑膠模具複合材料。

目前液態樹脂灌注成型領域，其模具所使用的材料主要有兩種，一為金屬材質，二為塑膠材質。

金屬材質所製成的模具因材料成本較高，主要用於生產數量龐大的產品，以攤提材料成本較高的問題，而特性方面，雖金屬材質本身具有較高的耐熱溫度，但金屬材質對後續灌注成型樹脂有相當大的沾黏性，通常需要額外施用脫模劑才能順利脫模，而脫模劑因需要有機溶劑加以溶解才得以施用，該些有機溶劑在高溫環境下會釋放出有毒的揮發性有機氣體(VOC, Volatile Organic Compounds)污染環境，甚至影響施作人員的健康。

另一方面，塑膠材質所製成的模具，雖具有材料成本較低廉的優勢，但塑膠材質的耐用性較差，無法多次使用，而其抗沾黏性雖優於金屬材料，卻依然會因為塑膠模具與灌注樹脂間的表面張力接近，導致彼此沾黏不易脫模，進而額外需要施用脫模劑加以輔助脫模，製造過程中還是可能產生有毒的揮發性有機氣體(VOC)傷害環境或是人體。

目前缺少一種可同時兼顧材料成本與不需施用含有機溶劑的脫模劑即可自脫模的模具複合材料。

為了解決目前既有的金屬或塑膠材質模具複合材料，無法同時兼顧材料成本以及施用脫模劑可能產生的有毒的揮發性有機氣體(VOC)等種種問題，本發明提供一種具有自脫模特性的塑膠模具複合材料，其包含均勻混合的一聚烯烴高分子95～99.5 wt%以及一脫模助劑0.5~5 wt%，其中：該聚烯烴高分子的表面張力數值介於30～45mN/m之間，耐熱溫度介於60～200 ^oC之間；以及該脫模助劑使該聚烯烴高分子的表面張力下降至少5%。

其中，上述該聚烯烴高分子包含聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛樹脂、聚4-甲基戊烯、環烯烴共聚合體或前述材料之混合物。

其中，上述該脫模助劑包含蠟、聚氟化合物、矽氧烷化合物、矽油、液態油脂、芥酸醯胺、有機矽橡膠或前述材料之混合物。

其中，上述該具有自脫模特性的塑膠模具複合材料進一步包含一填料，該聚烯烴高分子、該脫模助劑與該填料的比例範圍為該聚烯烴高分子65～98 wt%、該脫模助劑 0.5~5 wt%以及該填料0.5～30%；該填料包含一無機粉體及一無機纖維，該填料使該聚烯烴高分子的熱膨脹係數降低以及使該聚烯烴高分子的耐熱溫度上升。

其中，上述該無機粉體包含二氧化矽、碳酸鈣、滑石粉、鈦白粉、滑石粉、氧化鋁、硫酸鋇、高嶺土、雲母或前述材料的混合物；以及上述該無機纖維包含玻璃纖維、碳纖維、玄武岩纖維或前述材料的混合物。

藉由上述說明可知，本發明具有以下優點：

1. 本發明主要針對材料成本較低的塑膠模具複合材料進行了優化，透過導入可降低材料間表面張力的脫模助劑，使得本發明具備優異的自脫模能力，能多次使用且不需額外施用需以有機溶劑加以溶解的脫模劑，達到減少有毒的揮發性有機氣體(VOC)的產生，使加工工廠環境更加環保友善，操作者沒有健康疑慮，同時保護地球並減少污染。

2.本發明進一步可透過添加填料提高材料的強度與耐熱性，增加所製成的模具壽命，並同時可藉由填料降低材料的熱膨脹係數(CTE)，減少模具冷熱使用時灌注樹脂黏模的機會，達到能完全自脫模的功用。

本發明為一種具有自脫模特性的塑膠模具複合材料，其材料配方包含均勻混合的一聚烯烴高分子 95～99.5 wt%以及一脫模助劑 0.5~5 wt%。

其中，該聚烯烴高分子為低表面張力的耐熱材料，其表面張力數值介於30～45mN/m之間，熱變型溫度(耐熱溫度)約介於60～200 ^oC之間，該聚烯烴高分子材料包含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛樹脂(POM)、聚4-甲基戊烯(TPX)、環烯烴共聚合體(COC)或前述材料之混合物。

該脫模助劑具有降低該聚烯烴高分子材料的表面張力，其材料主要選用低表面張力的化合物，例如蠟(Wax)、聚氟化合物、矽氧烷化合物、矽油、液態油脂、芥酸醯胺、有機矽橡膠或前述材料之混合物；其中，該蠟可使用三井化學的HI-WAX ^™或DEUREX公司的DEUREX ^®F62A，而該有機矽橡膠可使用SMB-70。

本發明透過使用低表面張力的該聚烯烴高分子，並搭配使用有助於表面張力降低的脫模助劑，可減少本發明所形成塑膠模具與灌注樹脂間的表面張力至少5%，達到不需額外使用含有機溶劑的脫模劑即可順利自脫模的效果，且由於優異的自脫模能力，使得本發明所製成的模具耐用性較佳，較不會因為與灌注樹脂沾黏而損壞。

而本發明所謂之自脫模是指利用本發明所製成的模具，於灌注樹脂並加工成型後，不會產生沾黏的問題，成型的樹脂可直接自本發明所製成的模具完全且輕易地取下。

另外，本發明可進一步包含一填料，以增加模具的耐熱、耐用特性並同時降低材料的熱膨脹係數(Coefficient of thermal expansion, CTE)，此時，該聚烯烴高分子、該脫模助劑與該填料的比例範圍為該聚烯烴高分子65～98 wt%、該脫模助劑 0.5~5 wt%以及該填料0.5～30%。

該填料主要包含一無機粉體以及一無機纖維，該無機粉體包含二氧化矽、碳酸鈣、滑石粉、鈦白粉、滑石粉、氧化鋁、硫酸鋇、高嶺土、雲母或前述材料的混合物，而該無機纖維則可包含玻璃纖維、碳纖維、玄武岩纖維或前述材料的混合物。

前述該無機粉體可大幅提昇本發明的耐熱特性，該無機纖維可增加本發明的耐用特性外，透過添加該填料可使本發明整體的熱膨脹係數(Coefficient of thermal expansion, CTE)降低，使本發明所形成的模具，在使用過程的冷熱循環環境下，利用低CTE的特性，更加降低灌注樹脂固化卡模的問題，達到完全不需要使用脫模劑即可輕易脫模的功效，完全避免有毒的揮發性有機氣體(VOC)的產生。

為了能詳細了解本發明的技術特徵以及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，進一步提供較佳實施例，詳細說明如下：

[實施例1]

取聚丙烯(PP-牌號LCY6333)10 kg，加入50 g 的矽油350 (牌號名)混合均勻，再入50 g芥酸醯胺以及50 g DEUREX ^®F62A混合均勻後，利用雙螺桿混練，得9 kg複合材料。

利用表面張力測試筆(達因筆)進行測試表面張力數值測定，未混練前的聚丙烯原料(牌號LCY6333)的表面張力約31～32 mN/m，而混練後的複合材料的表面張力小於30 mN/m，約下降6%，如此可證實本發明透過添加脫模助劑能有效降低複合材料的表面張力值，有助於後續脫模的效果。

[實施例2]

取聚4-甲基戊烯(TPX-牌號TPX)10 kg，加入300 g的HIWAX，再加入100 g的SMB-70，混合均勻後，利用雙螺桿進行混練，得9kg的複合材料，並標註為樣品A。

另外，取聚4-甲基戊烯(TPX-牌號TPX)10 kg，加入300 g的HIWAX，再加入100 g的SMB-70以及1.5 kg的雲母，混合均勻後，在利用雙螺桿進行混練，同樣得到9kg的複合材料，並標註為樣品B。

接著利用動態熱機械分析儀(Dynamic Mechanical Spectrometer, 簡稱DMS或DMA)對樣品A與樣品B進行熱膨脹係數(CTE)的測試，測試結果顯示樣品A的CTE是2.47*10 ^-4，而樣品B的CTE是1.86*10 ^-4，可證實該填料的添加確實可降低材料的熱膨脹係數，繼而減少本發明所製成的模具，在使用時過度膨脹而產生不易脫模的問題。

[實施例3]

取聚丙烯(PP‐牌號HJ4012)10 kg，加入100 g的HIWAX，再加入100 g的SMB‐70混合均勻後，利用雙螺桿進行混練，得9 kg的複合材料，並標註為樣品C。

另外，取聚丙烯(PP‐牌號HJ4012)10 kg，加入100 g的HIWAX，再加入100 g的SMB‐70以及2.5 kg的玻璃纖維，混合均勻後，在利用雙螺桿進行混練，同樣得到9 kg的複合材料，並標註為樣品D。

接著利用熱變型溫度量測儀(HDT)對樣品C與樣品D進行熱變型溫度(HDT)的測試，測試結果顯示樣品C的HDT是130～140℃，而樣品D的HDT提昇至150～160℃，可證實該填料的添加確實可提高本發明的熱變型溫度(耐熱溫度)，繼而提高本發明所製成的模具在使用過程中經冷熱循環的可使用次數。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明主張的權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的申請專利範圍內。

藉由上述說明可知，本發明利用脫模助劑與填料改善了材料的表面張力以及熱膨脹係數，使利用本發明所製成的模具不需額外施用脫模劑即具有自脫模的效果，且本發明材料取得容易且價格具有優勢，係一新穎且創新的模具複合材料。

Claims

一種具有自脫模特性的塑膠模具複合材料，其包含均勻混合的一聚烯烴高分子65~98wt%、一脫模助劑0.5~5wt%以及一填料0.5~30%，其中：該聚烯烴高分子包含聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛樹脂、聚4-甲基戊烯、環烯烴共聚合體或前述材料之混合物；該填料包含一無機粉體及一無機纖維，該填料使該聚烯烴高分子的熱膨脹係數降低以及使該聚烯烴高分子的耐熱溫度上升；該聚烯烴高分子的表面張力數值介於30~45mN/m之間，耐熱溫度介於60~200℃之間；以及該脫模助劑使該聚烯烴高分子的表面張力下降至少5%。
如申請專利範圍第1項之具有自脫模特性的塑膠模具複合材料，該脫模助劑包含蠟、聚氟化合物、矽氧烷化合物、矽油、液態油脂、芥酸醯胺、有機矽橡膠或前述材料之混合物。
如申請專利範圍第1項之具有自脫模特性的塑膠模具複合材料，其中：該無機粉體包含二氧化矽、碳酸鈣、滑石粉、鈦白粉、滑石粉、氧化鋁、硫酸鋇、高嶺土、雲母或前述材料的混合物；以及該無機纖維包含玻璃纖維、碳纖維、玄武岩纖維或前述材料的混合物。