某醫療設備製造商推出新款檢測儀器，塑膠外殼選用了PC材料（高透明、高強度）。產品上市3個月後，客訴爆發——外殼出現大量龜裂紋路，裂紋從螺絲孔、卡扣處向外擴散。調查發現：客戶使用75%酒精擦拭消毒，PC材料對酒精極度敏感，在內應力和酒精共同作用下產生應力龜裂（ESC），短短數天內從微裂紋發展成貫穿性裂紋。這個材料選擇失誤導致產品召回，損失超過800萬元。化學環境，是塑膠材料選擇中最容易被忽略的致命陷阱。
本文關鍵價值
6大化學環境（酸/鹼/溶劑/油脂/清潔劑/化工藥品）材料選擇策略
耐化學性等級（A/B/C/D）判讀與應用
應力龜裂（ESC）機制與預防對策
材料相容性速查表（30+種常見化學品）
成本階梯：從1x到20x的性價比分析
決策樹：根據應用場景快速選材
6大化學環境（酸/鹼/溶劑/油脂/清潔劑/化工藥品）材料選擇策略
耐化學性等級（A/B/C/D）判讀與應用
應力龜裂（ESC）機制與預防對策
材料相容性速查表（30+種常見化學品）
成本階梯：從1x到20x的性價比分析
決策樹：根據應用場景快速選材
一、認識耐化學性：不只是「不會溶解」那麼簡單
許多工程師認為耐化學性就是「材料不會被溶解」，這是最常見的誤解。實際上，化學腐蝕的失效模式包括：溶解、膨潤、應力龜裂、變色、性能劣化等多種形式，其中應力龜裂（ESC）是最常見且最難預防的失效模式。
1.1 四大化學腐蝕失效模式
| 失效模式 | 機制 | 典型案例 | 預防策略 |
|---|---|---|---|
| 溶解 | 化學品分子進入塑膠分子鏈之間，破壞分子間作用力，材料溶解或軟化 | PS接觸丙酮立即溶解 PVC接觸THF膨潤軟化 |
選擇耐溶劑材料 （PP、PE、PTFE） |
| 應力龜裂 ESC |
化學品+內應力共同作用，應力集中處產生微裂紋並快速擴展 | PC接觸酒精龜裂 ABS接觸清潔劑龜裂 PMMA接觸溶劑霧化 |
1)改用耐化材料 2)降低內應力（退火） 3)避免接觸 |
| 膨潤 | 化學品分子滲入材料但不完全溶解，材料吸收液體後膨脹 | PA6浸泡水後尺寸變化2% 橡膠接觸油脂膨潤 |
選擇低吸收性材料 設計時預留膨脹空間 |
| 性能劣化 | 化學品長期作用導致分子鏈斷裂、交聯，機械性能下降 | PP長期接觸強氧化劑變脆 PU接觸酸鹼水解 |
選擇耐化性A級材料 定期更換零件 |
⚠️ 實務關鍵：應力龜裂（ESC）是最常見的化學腐蝕失效模式！
形成三要素：1)敏感材料（PC/PS/PMMA/ABS）+ 2)化學環境（溶劑/清潔劑）+ 3)內應力（螺絲/卡扣/成型應力）
預防關鍵：材料選擇優先於設計優化（改用PP/PE比退火處理更有效）
形成三要素：1)敏感材料（PC/PS/PMMA/ABS）+ 2)化學環境（溶劑/清潔劑）+ 3)內應力（螺絲/卡扣/成型應力）
預防關鍵：材料選擇優先於設計優化（改用PP/PE比退火處理更有效）
1.2 耐化學性等級判讀（A/B/C/D）
材料耐化學性通常依據ASTM D543或ISO 175標準測試，將耐化性分為A/B/C/D四級。
A級 - 優異
長期接觸無影響
外觀、重量、強度變化 <5%
可用於儲槽、管路、長期浸泡
可用於儲槽、管路、長期浸泡
B級 - 良好
短期接觸可接受
外觀輕微變化，重量變化5-10%
強度變化<10%，可短期浸泡
強度變化<10%，可短期浸泡
C級 - 尚可
不建議接觸
外觀明顯變化（膨潤、變色）
重量變化10-25%，僅能短暫接觸
重量變化10-25%，僅能短暫接觸
D級 - 不適用
完全不適用
材料膨潤、溶解、龜裂
重量變化>25%，強度嚴重下降
重量變化>25%，強度嚴重下降
📊 判讀關鍵：
1. 溫度影響：同一材料在不同溫度耐化性差異大（PP耐10%硫酸：20℃為A級，80℃降為B級）
2. 濃度影響：濃度影響腐蝕性（PP耐稀硫酸A級，耐濃硫酸僅C級）
3. 時間影響：長期浸泡比短期接觸嚴苛（24小時vs 30天測試結果可能差2個等級）
1. 溫度影響：同一材料在不同溫度耐化性差異大（PP耐10%硫酸：20℃為A級，80℃降為B級）
2. 濃度影響：濃度影響腐蝕性（PP耐稀硫酸A級，耐濃硫酸僅C級）
3. 時間影響：長期浸泡比短期接觸嚴苛（24小時vs 30天測試結果可能差2個等級）
二、6大化學環境材料選擇策略
2.1 酸性環境（pH < 7）
酸性環境材料選擇
常見酸類：硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、醋酸、檸檬酸
🥇 首選材料（A級）：
• PP（聚丙烯） - 耐大部分酸（稀硫酸、鹽酸、磷酸），80-100℃，成本基準1x
• PVDF（聚偏二氟乙烯） - 耐強酸（濃硫酸、硝酸、鉻酸），-40℃到+150℃，成本7-10x
• PTFE（鐵氟龍） - 耐所有酸（包括王水），-200℃到+260℃，成本15-20x
• PP（聚丙烯） - 耐大部分酸（稀硫酸、鹽酸、磷酸），80-100℃，成本基準1x
• PVDF（聚偏二氟乙烯） - 耐強酸（濃硫酸、硝酸、鉻酸），-40℃到+150℃，成本7-10x
• PTFE（鐵氟龍） - 耐所有酸（包括王水），-200℃到+260℃，成本15-20x
✓ 可用材料（B級）：
• PE（聚乙烯） - 耐稀酸，但不耐濃硝酸、濃硫酸，60-80℃
• PVC（聚氯乙烯） - 耐稀酸，不耐濃硝酸、濃硫酸，<60℃
• PE（聚乙烯） - 耐稀酸，但不耐濃硝酸、濃硫酸，60-80℃
• PVC（聚氯乙烯） - 耐稀酸，不耐濃硝酸、濃硫酸，<60℃
❌ 禁用材料（D級）：PA（尼龍，會水解）、PBT/PET（會水解）、PC（會水解）、金屬（腐蝕）
實務案例：電鍍廠酸洗槽材料選擇
• 環境：10-30% 鹽酸，溫度60℃，長期浸泡
• 原方案：PVC板材（成本低，但耐熱性不足，使用1年後變形）
• 優化方案：PP板材（耐鹽酸A級，耐80℃，使用壽命>5年，成本僅增加30%）
• 高階方案：PVDF（極端環境，使用壽命>10年，成本增加8倍）
• 環境：10-30% 鹽酸，溫度60℃，長期浸泡
• 原方案：PVC板材（成本低，但耐熱性不足，使用1年後變形）
• 優化方案：PP板材（耐鹽酸A級，耐80℃，使用壽命>5年，成本僅增加30%）
• 高階方案：PVDF（極端環境，使用壽命>10年，成本增加8倍）
2.2 鹼性環境（pH > 7）
鹼性環境材料選擇
常見鹼類：氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鉀（KOH）、氨水、碳酸鈉
🥇 首選材料（A級）：
• PP（聚丙烯） - 耐稀鹼（<30% NaOH），80-100℃，成本基準1x
• PE（聚乙烯） - 耐稀鹼，柔韌性好，60-80℃，成本0.8x
• PTFE（鐵氟龍） - 耐所有鹼（包括熔融鹼金屬），-200℃到+260℃，成本15-20x
• PP（聚丙烯） - 耐稀鹼（<30% NaOH），80-100℃，成本基準1x
• PE（聚乙烯） - 耐稀鹼，柔韌性好，60-80℃，成本0.8x
• PTFE（鐵氟龍） - 耐所有鹼（包括熔融鹼金屬），-200℃到+260℃，成本15-20x
⚠️ 注意：PVDF不耐強鹼（>5% NaOH會水解），這是PVDF的主要弱點！
鹼性環境應優先選擇PP、PE，而非PVDF（與酸性環境不同）
鹼性環境應優先選擇PP、PE，而非PVDF（與酸性環境不同）
❌ 禁用材料（D級）：PC（會水解龜裂）、PBT/PET（會水解）、聚酯類（會水解）、PVDF（>5% NaOH會水解）
2.3 有機溶劑環境
有機溶劑環境材料選擇
常見溶劑：酒精、丙酮、甲苯、二氯甲烷、THF、MEK
🥇 首選材料（A級）：
• PP（聚丙烯） - 耐大部分溶劑（室溫下幾乎不溶於任何溶劑），成本基準1x
• PE（聚乙烯） - 耐大部分溶劑，柔韌性好，成本0.8x
• PTFE（鐵氟龍） - 耐所有溶劑，成本15-20x
• PVDF（聚偏二氟乙烯） - 耐大部分溶劑（但不耐胺類、酮類、酯類），成本7-10x
• PP（聚丙烯） - 耐大部分溶劑（室溫下幾乎不溶於任何溶劑），成本基準1x
• PE（聚乙烯） - 耐大部分溶劑，柔韌性好，成本0.8x
• PTFE（鐵氟龍） - 耐所有溶劑，成本15-20x
• PVDF（聚偏二氟乙烯） - 耐大部分溶劑（但不耐胺類、酮類、酯類），成本7-10x
❌ 極易失效材料（D級）：
• PC（聚碳酸酯） - 對酒精、丙酮、甲苯、清潔劑極度敏感，會產生應力龜裂（ESC）
• PMMA（壓克力） - 對酒精、丙酮、甲苯敏感，會膨潤、龜裂、霧化
• ABS - 對酒精、丙酮、甲苯敏感，會膨潤、龜裂
• PS（聚苯乙烯） - 對丙酮、甲苯立即溶解
• PVC - 對THF、二氯甲烷、MEK膨潤溶解
• PC（聚碳酸酯） - 對酒精、丙酮、甲苯、清潔劑極度敏感，會產生應力龜裂（ESC）
• PMMA（壓克力） - 對酒精、丙酮、甲苯敏感，會膨潤、龜裂、霧化
• ABS - 對酒精、丙酮、甲苯敏感，會膨潤、龜裂
• PS（聚苯乙烯） - 對丙酮、甲苯立即溶解
• PVC - 對THF、二氯甲烷、MEK膨潤溶解
⚠️ 應力龜裂（ESC）高風險組合：
1. PC + 酒精（75%） - 最常見失效案例（醫療器材、眼鏡架、電子產品外殼）
2. ABS + 清潔劑 - 家電外殼常見問題（廚房、浴室環境）
3. PMMA + 丙酮 - 實驗器材、展示品常見問題
4. PS + 柑橘類清潔劑 - 含檸檬烯溶劑，會溶解PS
1. PC + 酒精（75%） - 最常見失效案例（醫療器材、眼鏡架、電子產品外殼）
2. ABS + 清潔劑 - 家電外殼常見問題（廚房、浴室環境）
3. PMMA + 丙酮 - 實驗器材、展示品常見問題
4. PS + 柑橘類清潔劑 - 含檸檬烯溶劑，會溶解PS
實務案例：醫療器材消毒失效
• 環境：75%酒精擦拭消毒，每日3-5次，卡扣組裝有內應力
• 原方案：PC外殼（透明、高強度，但3個月後螺絲孔周圍出現放射狀龜裂）
• 失效原因：PC對酒精敏感 + 螺絲鎖付內應力 = 應力龜裂（ESC）
• 解決方案1：改用PP（耐酒精A級，但透明度差、強度較低）
• 解決方案2：改用COC/COP（透明、耐酒精，但成本高5-8倍）
• 解決方案3：PC退火處理（120℃ 2-4小時降低內應力）+ 避免酒精接觸（表面塗層）
• 環境：75%酒精擦拭消毒，每日3-5次，卡扣組裝有內應力
• 原方案：PC外殼（透明、高強度，但3個月後螺絲孔周圍出現放射狀龜裂）
• 失效原因：PC對酒精敏感 + 螺絲鎖付內應力 = 應力龜裂（ESC）
• 解決方案1：改用PP（耐酒精A級，但透明度差、強度較低）
• 解決方案2：改用COC/COP（透明、耐酒精，但成本高5-8倍）
• 解決方案3：PC退火處理（120℃ 2-4小時降低內應力）+ 避免酒精接觸（表面塗層）
2.4 油脂環境
油脂環境材料選擇
常見油脂：礦物油、潤滑油、液壓油、食用油、動物油脂
🥇 首選材料（A級）：
• PP（聚丙烯） - 耐所有油脂，成本基準1x
• PA6/PA66（尼龍） - 耐油性優異，機械強度高，成本1.5-2x
• PBT - 耐油性優異，電氣性能好，成本2-3x
• PPS - 耐高溫油脂（>150℃），成本5-7x
• PP（聚丙烯） - 耐所有油脂，成本基準1x
• PA6/PA66（尼龍） - 耐油性優異，機械強度高，成本1.5-2x
• PBT - 耐油性優異，電氣性能好，成本2-3x
• PPS - 耐高溫油脂（>150℃），成本5-7x
✓ 可用材料（B級）：
• PC - 耐短期接觸，但長期接觸會膨潤（重量增加5-10%）
• ABS - 耐短期接觸，但長期接觸會膨潤、失光
• PC - 耐短期接觸，但長期接觸會膨潤（重量增加5-10%）
• ABS - 耐短期接觸，但長期接觸會膨潤、失光
❌ 禁用材料（D級）：橡膠（會膨潤變形）、PE（會膨潤，但可用於食用油短期接觸）
實務案例：汽車引擎室零件
• 環境：長期接觸機油、液壓油，溫度80-120℃
• 首選：PA66-GF30（耐油A級、耐熱120℃、高強度）
• 高溫環境：PPS-GF40（耐油A級、耐熱>150℃、超高強度，成本增加5倍）
• 環境：長期接觸機油、液壓油，溫度80-120℃
• 首選：PA66-GF30（耐油A級、耐熱120℃、高強度）
• 高溫環境：PPS-GF40（耐油A級、耐熱>150℃、超高強度，成本增加5倍）
2.5 清潔劑環境
清潔劑環境材料選擇
常見清潔劑：界面活性劑、次氯酸鈉（漂白水）、氨水、柑橘類清潔劑、酒精清潔劑
🥇 首選材料（A級）：
• PP（聚丙烯） - 耐大部分清潔劑（但不耐強氧化型漂白水），成本基準1x
• PE（聚乙烯） - 耐大部分清潔劑，柔韌性好，成本0.8x
• PVDF - 耐所有清潔劑（包括強氧化型），成本7-10x
• PP（聚丙烯） - 耐大部分清潔劑（但不耐強氧化型漂白水），成本基準1x
• PE（聚乙烯） - 耐大部分清潔劑，柔韌性好，成本0.8x
• PVDF - 耐所有清潔劑（包括強氧化型），成本7-10x
❌ 高風險材料（C/D級）：
• ABS - 對清潔劑敏感，會產生應力龜裂（ESC）（廚房、浴室家電常見問題）
• PC - 對酒精清潔劑敏感，會龜裂
• PS - 對柑橘類清潔劑（含檸檬烯）會溶解
• ABS - 對清潔劑敏感，會產生應力龜裂（ESC）（廚房、浴室家電常見問題）
• PC - 對酒精清潔劑敏感，會龜裂
• PS - 對柑橘類清潔劑（含檸檬烯）會溶解
實務案例：家電外殼龜裂
• 環境：廚房環境，使用多功能清潔劑擦拭（含界面活性劑、柑橘類溶劑）
• 原方案：ABS外殼（表面光澤佳、可電鍍，但6個月後卡扣周圍出現龜裂）
• 失效原因：ABS對清潔劑敏感 + 卡扣組裝內應力 = 應力龜裂（ESC）
• 解決方案：改用PP（耐清潔劑A級，但表面光澤較差，需咬花處理）
• 環境：廚房環境，使用多功能清潔劑擦拭（含界面活性劑、柑橘類溶劑）
• 原方案：ABS外殼（表面光澤佳、可電鍍，但6個月後卡扣周圍出現龜裂）
• 失效原因：ABS對清潔劑敏感 + 卡扣組裝內應力 = 應力龜裂（ESC）
• 解決方案：改用PP（耐清潔劑A級，但表面光澤較差，需咬花處理）
2.6 化工藥品環境（極端環境）
化工藥品環境材料選擇
極端化學品：王水、濃硫酸、鉻酸、氫氟酸、強氧化劑、有機溶劑混合
🥇 唯一選擇：
• PTFE（鐵氟龍） - 耐除熔融鹼金屬、元素氟外的所有化學品，-200℃到+260℃，成本15-20x
• PFA（改性鐵氟龍） - 性能接近PTFE，可熔融加工，成本18-25x
• PTFE（鐵氟龍） - 耐除熔融鹼金屬、元素氟外的所有化學品，-200℃到+260℃，成本15-20x
• PFA（改性鐵氟龍） - 性能接近PTFE，可熔融加工，成本18-25x
✓ 次級選擇：
• PVDF（聚偏二氟乙烯） - 耐大部分化學品（但不耐強鹼、胺類、酮類），可射出成型，成本7-10x
• ECTFE（乙烯-三氟氯乙烯共聚物） - 耐化性接近PTFE，機械強度優於PTFE，成本10-15x
• PVDF（聚偏二氟乙烯） - 耐大部分化學品（但不耐強鹼、胺類、酮類），可射出成型，成本7-10x
• ECTFE（乙烯-三氟氯乙烯共聚物） - 耐化性接近PTFE，機械強度優於PTFE，成本10-15x
實務案例：半導體化學品輸送管路
• 環境：氫氟酸（HF）、硫酸（H2SO4）、過氧化氫（H2O2）混合液，純度要求超高
• 唯一選擇：PFA管路（耐所有化學品、不析出雜質、可熔接，成本極高但無替代方案）
• 環境：氫氟酸（HF）、硫酸（H2SO4）、過氧化氫（H2O2）混合液，純度要求超高
• 唯一選擇：PFA管路（耐所有化學品、不析出雜質、可熔接，成本極高但無替代方案）
三、材料相容性速查表（30+種常見化學品）
以下表格提供常見化學品與塑膠材料的相容性速查（20℃室溫環境，長期浸泡依據ASTM D543標準7天連續浸泡測試）。
⚠️ 注意：實際耐化性受溫度、濃度、應力狀態影響，使用前請參考材料供應商TDS（技術數據表）確認。
| 化學品 | PP | PE | PC | ABS | PA66 | PVDF | PTFE |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 酸類 | |||||||
| 10% 硫酸 | A | A | D | C | D | A | A |
| 濃硫酸（98%） | C | D | D | D | D | A | A |
| 10% 鹽酸 | A | A | D | C | D | A | A |
| 10% 硝酸 | B | A | D | D | D | A | A |
| 濃硝酸（70%） | D | D | D | D | D | A | A |
| 醋酸（10%） | A | A | C | B | D | A | A |
| 鹼類 | |||||||
| 10% 氫氧化鈉 | A | A | D | C | B | D | A |
| 30% 氫氧化鈉 | B | A | D | D | C | D | A |
| 氨水（10%） | A | A | C | B | B | A | A |
| 溶劑類 | |||||||
| 乙醇（75%） | A | A | D | D | A | A | A |
| 異丙醇（IPA） | A | A | D | D | A | A | A |
| 丙酮 | A | A | D | D | A | D | A |
| 甲苯 | B | B | D | D | A | A | A |
| 二氯甲烷 | A | A | D | D | A | A | A |
| THF（四氫呋喃） | A | A | D | D | A | C | A |
| 油脂類 | |||||||
| 礦物油 | A | B | B | B | A | A | A |
| 液壓油 | A | C | B | C | A | A | A |
| 食用油 | A | A | B | B | A | A | A |
| 氧化劑類 | |||||||
| 過氧化氫（3%） | B | A | C | C | C | A | A |
| 次氯酸鈉（漂白水5%） | C | A | D | D | D | A | A |
| 其他 | |||||||
| 水（純水） | A | A | A | A | B | A | A |
| 海水 | A | A | A | A | B | A | A |
| 洗碗精（界面活性劑） | A | A | C | D | A | A | A |
📊 互動式材料相容性熱圖
點擊以下分類標籤切換不同化學品組：綠色表示優異相容， 橙色表示尚可，紅色表示不適用。
💡 如何使用：
- 選擇分類：點擊上方按鈕切換不同化學品類別
- 查看詳情：將滑鼠移到任一格子上，查看詳細相容性資訊
- 顏色含義：深綠=A優異、淺綠=B良好、橙=C尚可、紅=D不適用
- 注意事項：數據基於 20℃ 室溫環境，實際使用請參考材料供應商 TDS
📊 表格圖例：
A - 優異 B - 良好 C - 尚可 D - 不適用
注意：以上等級為20℃室溫、長期浸泡條件。溫度升高會降低耐化性（通常每升高10℃降1級）
A - 優異 B - 良好 C - 尚可 D - 不適用
注意：以上等級為20℃室溫、長期浸泡條件。溫度升高會降低耐化性（通常每升高10℃降1級）
四、應力龜裂（ESC）深度解析與預防
應力龜裂（ESC, Environmental Stress Cracking）是塑膠化學腐蝕失效的最常見模式，也是最難預防的失效模式。根據統計，塑膠產品化學腐蝕失效中，超過60%是應力龜裂。
4.1 應力龜裂形成機制
ESC形成三要素
應力龜裂需要三個條件同時存在，缺一不可：
要素1
敏感材料
PC、PMMA、ABS、PS
分子結構對溶劑敏感
分子結構對溶劑敏感
要素2
化學環境
酒精、丙酮、清潔劑
溶劑滲入分子鏈
溶劑滲入分子鏈
要素3
內應力
成型應力、螺絲、卡扣
應力集中處起裂
應力集中處起裂
⚠️ 關鍵特徵：
• 快速失效：裂紋從數小時到數天內快速擴展（不同於疲勞裂紋需數月）
• 脆性斷裂：斷面平整光滑，無塑性變形
• 應力集中處起裂：螺絲孔、卡扣、尖角、結合線等高應力區域
• 快速失效：裂紋從數小時到數天內快速擴展（不同於疲勞裂紋需數月）
• 脆性斷裂：斷面平整光滑，無塑性變形
• 應力集中處起裂：螺絲孔、卡扣、尖角、結合線等高應力區域
4.2 ESC預防策略（三個方向）
🔧 策略1：材料替代（最有效）
- 改用耐化性材料（PP、PE、PA）
- PC → PP（耐酒精A級，但透明度差）
- PC → COC/COP（透明+耐酒精，成本高5-8倍）
- ABS → PP（耐清潔劑A級，但表面光澤差）
- PMMA → PC（耐化性較好，但仍對酒精敏感）
優點：從根本解決問題，可靠性最高
缺點：可能犧牲其他性能（透明度、表面光澤、成本）
缺點：可能犧牲其他性能（透明度、表面光澤、成本）
🔧 策略2：降低內應力
- 退火處理（PC: 120℃ 2-4小時，降低成型殘留應力50-70%）
- 設計優化（避免尖角，加大圓角R>0.5mm，減少肉厚變化）
- 組裝優化（螺絲預留孔徑+0.2mm，避免強制組裝，使用彈簧墊圈）
- 成型優化（降低射出壓力，延長冷卻時間，降低模溫）
優點：不改變材料，保持原有性能
缺點：效果有限（只能降低應力，無法完全消除），增加成本和時間
缺點：效果有限（只能降低應力，無法完全消除），增加成本和時間
🔧 策略3：避免接觸
- 表面塗層（UV塗層、PU塗層，阻隔溶劑滲透）
- 表面鍍膜（真空鍍膜、濺鍍，形成阻隔層）
- 密封設計（O-ring密封，避免化學品接觸）
- 使用說明（標示禁止使用酒精清潔，提供替代清潔方法）
優點：不改變材料和設計
缺點：塗層可能磨損失效，無法100%阻隔，治標不治本
缺點：塗層可能磨損失效，無法100%阻隔，治標不治本
💡 實務建議：優先順序為 材料替代 > 降低內應力 > 避免接觸
• 設計初期：優先考慮使用耐化性材料（PP、PE），避免事後補救
• 材料已定：退火處理 + 設計優化（效果可達50-70%改善）
• 已量產產品：表面塗層 + 使用說明（治標方案，效果有限）
• 設計初期：優先考慮使用耐化性材料（PP、PE），避免事後補救
• 材料已定：退火處理 + 設計優化（效果可達50-70%改善）
• 已量產產品：表面塗層 + 使用說明（治標方案，效果有限）
4.3 ESC測試方法
在產品設計階段，建議進行ESC驗證測試，避免量產後問題爆發。
| 測試方法 | 測試條件 | 判定標準 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| ASTM D1693 ESC測試 |
試片施加應變（彎曲），浸泡化學品（如10% Igepal溶液），觀察龜裂時間 | 50%試片龜裂時間 PE: >1000小時 其他材料: 依需求 |
材料耐化性 初步篩選 |
| 實際組裝件 浸泡測試 |
完整產品組裝（含螺絲、卡扣），浸泡實際使用化學品，觀察龜裂 | 7天無龜裂 （加速條件： 40℃、高濃度） |
產品設計 驗證測試 |
| 應力塗層測試 | 產品表面噴塗應力塗層（會在高應力區域顯色），識別應力集中處 | 顯色區域 需設計優化 |
設計優化 應力分析 |
| 長期使用測試 | 模擬實際使用環境（清潔頻率、溫度、濕度），觀察6個月 | 無龜裂、無變色 無性能劣化 |
最終產品 可靠性驗證 |
五、材料成本階梯與選材決策樹
5.1 耐化學性材料成本階梯
基礎級（1x - 1.2x）
PP / PE
• PP: NT$40-50/kg
• PE: NT$35-45/kg
• 耐大部分酸鹼溶劑
• 不耐強氧化劑
• 80-100℃
• PE: NT$35-45/kg
• 耐大部分酸鹼溶劑
• 不耐強氧化劑
• 80-100℃
中階級（1.5x - 3x）
PA66 / PBT / PPS
• PA66: NT$80-100/kg
• PBT: NT$90-120/kg
• PPS: NT$200-300/kg
• 耐油脂、機械強度高
• PBT: NT$90-120/kg
• PPS: NT$200-300/kg
• 耐油脂、機械強度高
高階級（7x - 10x）
PVDF
• PVDF: NT$300-400/kg
• 耐強酸、氧化劑
• 不耐強鹼（>5% NaOH）
• -40℃到+150℃
• 耐強酸、氧化劑
• 不耐強鹼（>5% NaOH）
• -40℃到+150℃
頂級（15x - 20x）
PTFE / PFA
• PTFE: NT$600-800/kg
• PFA: NT$800-1000/kg
• 耐所有化學品
• -200℃到+260℃
• PFA: NT$800-1000/kg
• 耐所有化學品
• -200℃到+260℃
📊 耐化學腐蝕材料成本階梯 (相對成本 vs 耐化性 vs 溫度範圍)
💰 成本權衡：柱狀圖顯示4大等級材料的相對成本（PP=1x基準）與耐化學性能。 ⭐ PP/PE基礎級性價比最優，能滿足大部分需求
⚠️ 選材建議：
80%的耐化學應用使用PP/PE（1x成本）就足夠！ 只有在面對強酸強鹼（濃度>50%）或高溫環境（>100℃）時才需要考慮PVDF/PTFE。 避免過度設計浪費成本。
5.2 選材決策樹
⬇️ 耐化學腐蝕材料選擇決策樹 ⬇️
❶ 首先判斷：化學環境類型
➤ 酸性環境（硫酸、鹽酸、硝酸）→ 前往 ❷-A
➤ 鹼性環境（NaOH、KOH、氨水）→ 前往 ❷-B
➤ 有機溶劑（酒精、丙酮、甲苯）→ 前往 ❷-C
➤ 油脂（礦物油、液壓油）→ 前往 ❷-D
➤ 清潔劑（界面活性劑、漂白水）→ 前往 ❷-E
➤ 極端化學品（王水、濃硫酸、強氧化劑）→ 直接選擇 PTFE/PFA
➤ 鹼性環境（NaOH、KOH、氨水）→ 前往 ❷-B
➤ 有機溶劑（酒精、丙酮、甲苯）→ 前往 ❷-C
➤ 油脂（礦物油、液壓油）→ 前往 ❷-D
➤ 清潔劑（界面活性劑、漂白水）→ 前往 ❷-E
➤ 極端化學品（王水、濃硫酸、強氧化劑）→ 直接選擇 PTFE/PFA
❷-A 酸性環境選材
• 稀酸（<30%）+ 常溫（<60℃）→ PP（成本最優，耐化性A級）
• 稀酸 + 高溫（60-100℃）→ PP（需確認溫度不超過100℃）
• 濃酸（>50%）或強氧化酸（濃硝酸、鉻酸）→ PVDF（耐化性A級，成本7-10x）
• 王水、發煙硝酸等極端環境 → PTFE（唯一選擇，成本15-20x）
• 稀酸 + 高溫（60-100℃）→ PP（需確認溫度不超過100℃）
• 濃酸（>50%）或強氧化酸（濃硝酸、鉻酸）→ PVDF（耐化性A級，成本7-10x）
• 王水、發煙硝酸等極端環境 → PTFE（唯一選擇，成本15-20x）
❷-B 鹼性環境選材
• 稀鹼（<10% NaOH）+ 常溫 → PP（成本最優，耐化性A級）
• 稀鹼 + 高溫（60-100℃）→ PP（確認溫度不超過100℃）
• 中濃度鹼（10-30% NaOH）→ PE（耐鹼性優於PP，柔韌性好）
• 強鹼（>30% NaOH）→ PTFE（PVDF不耐強鹼！）
• ⚠️ 注意：PVDF不耐強鹼（>5% NaOH會水解）
• 稀鹼 + 高溫（60-100℃）→ PP（確認溫度不超過100℃）
• 中濃度鹼（10-30% NaOH）→ PE（耐鹼性優於PP，柔韌性好）
• 強鹼（>30% NaOH）→ PTFE（PVDF不耐強鹼！）
• ⚠️ 注意：PVDF不耐強鹼（>5% NaOH會水解）
❷-C 有機溶劑環境選材（應力龜裂高風險區！）
⚠️ 禁用材料：PC、PMMA、ABS、PS（會產生應力龜裂ESC）
• 一般溶劑（酒精、丙酮、甲苯）→ PP（耐化性A級，成本最優）
• 需要透明度 + 耐溶劑 → COC/COP（耐酒精，但成本高5-8x）
• 需要高溫（>100℃）+ 耐溶劑 → PVDF（但不耐酮類、酯類、胺類）
• 強溶劑（二氯甲烷、THF、MEK）→ PTFE（耐所有溶劑）
• 已使用PC/ABS：退火處理 + 設計優化（降低內應力）或改用PP
• 一般溶劑（酒精、丙酮、甲苯）→ PP（耐化性A級，成本最優）
• 需要透明度 + 耐溶劑 → COC/COP（耐酒精，但成本高5-8x）
• 需要高溫（>100℃）+ 耐溶劑 → PVDF（但不耐酮類、酯類、胺類）
• 強溶劑（二氯甲烷、THF、MEK）→ PTFE（耐所有溶劑）
• 已使用PC/ABS：退火處理 + 設計優化（降低內應力）或改用PP
❷-D 油脂環境選材
• 常溫油脂（<80℃）→ PP（耐化性A級，成本最優）
• 需要高強度 + 耐油 → PA66（機械強度高，耐化性A級）
• 高溫油脂（80-120℃）→ PA66-GF30（玻纖增強，耐熱120℃）
• 超高溫油脂（>150℃）→ PPS-GF40（耐熱>200℃，成本5-7x）
• 電氣零件 + 耐油 → PBT（電氣性能優異，耐化性A級）
• 需要高強度 + 耐油 → PA66（機械強度高，耐化性A級）
• 高溫油脂（80-120℃）→ PA66-GF30（玻纖增強，耐熱120℃）
• 超高溫油脂（>150℃）→ PPS-GF40（耐熱>200℃，成本5-7x）
• 電氣零件 + 耐油 → PBT（電氣性能優異，耐化性A級）
❷-E 清潔劑環境選材
⚠️ 禁用材料：ABS（會產生應力龜裂ESC）
• 一般清潔劑（界面活性劑）→ PP（耐化性A級，成本最優）
• 強氧化型漂白水（次氯酸鈉）→ PE（PP不耐強氧化劑）或 PVDF
• 酒精清潔劑 → PP（PC/ABS會龜裂！）
• 柑橘類清潔劑（含檸檬烯）→ PP（PS會溶解！）
• 醫療消毒環境 → PP或 PVDF（耐多種消毒劑）
• 一般清潔劑（界面活性劑）→ PP（耐化性A級，成本最優）
• 強氧化型漂白水（次氯酸鈉）→ PE（PP不耐強氧化劑）或 PVDF
• 酒精清潔劑 → PP（PC/ABS會龜裂！）
• 柑橘類清潔劑（含檸檬烯）→ PP（PS會溶解！）
• 醫療消毒環境 → PP或 PVDF（耐多種消毒劑）
5.3 常見應用場景選材建議
| 應用場景 | 化學環境 | 首選材料 | 次選材料 |
|---|---|---|---|
| 化工產業 | |||
| 化工管路（一般酸鹼） | 10-30% 酸鹼，80℃ | PP（成本1x） | HDPE（柔性管路） |
| 化工管路（強腐蝕性） | 濃酸、氧化劑，120℃ | PVDF（成本7-10x） | PTFE（極端環境） |
| 化學品儲槽 | 長期浸泡酸鹼溶劑 | PP板材 | PE板材、PVDF板材 |
| 實驗器材 | 多種化學品接觸 | PP（通用性佳） | PTFE（極端環境） |
| 醫療產業 | |||
| 醫療器材外殼 | 75%酒精消毒 | PP（耐酒精） | COC/COP（需透明） |
| 可高溫滅菌器材 | 121℃蒸汽滅菌 | PPSU（反覆滅菌） | PSU、PC |
| 化學消毒器材 | 過氧化氫、次氯酸鈉 | PVDF（耐氧化劑） | PE（成本敏感） |
| 電鍍產業 | |||
| 電鍍治具 | 鹽酸、硫酸，60℃ | PP（成本1x） | PVDF（長壽命） |
| 酸洗槽槽體 | 10-30% 鹽酸，60-80℃ | PP板材 | PVDF板材 |
| 家電產業 | |||
| 廚房家電外殼 | 清潔劑、油脂 | PP（耐清潔劑） | PA66（需高強度） |
| 浴室家電外殼 | 清潔劑、漂白水 | PP或PE | 避免使用ABS（會龜裂） |
| 汽車產業 | |||
| 引擎室零件 | 機油、液壓油，120℃ | PA66-GF30 | PPS-GF40（高溫） |
| 燃油系統 | 汽油、柴油 | PA12（耐油優異） | PA66、PBT |
📊 5大產業應用場景材料選擇雷達圖
🎯 一圖看懂：不同產業的化學環境特性與材料選擇策略。 ⭐ PP/PE適用於80%場景
💡 快速決策：
- 化工產業：一般酸鹼用PP（80%），強腐蝕用PVDF（20%）
- 醫療產業：酒精消毒用PP，高溫滅菌用PPSU
- 電鍍產業：治具用PP（成本優先），長壽命槽體用PVDF
- 家電產業：避免使用ABS（會被清潔劑龜裂），首選PP
- 汽車產業：引擎室耐油用PA66-GF30
六、常見錯誤與避坑指南
❌ 錯誤1：只看材料規格表，忽略溫度和濃度影響
典型案例：規格表顯示「PP耐硫酸A級」，但實際使用時選用PP製作80℃濃硫酸管路，結果3個月後管路變形洩漏。
避坑方法：
• 確認耐化性測試條件（溫度、濃度、時間）
• 溫度每升高10℃，耐化性通常降1級（A→B→C→D）
• 濃度從稀到濃，耐化性可能降2級（稀硫酸A級 vs 濃硫酸C級）
• 參考製造商提供的化學相容性表（Chemical Resistance Chart），確認具體條件
• 確認耐化性測試條件（溫度、濃度、時間）
• 溫度每升高10℃，耐化性通常降1級（A→B→C→D）
• 濃度從稀到濃，耐化性可能降2級（稀硫酸A級 vs 濃硫酸C級）
• 參考製造商提供的化學相容性表（Chemical Resistance Chart），確認具體條件
❌ 錯誤2：忽略應力龜裂（ESC）風險
典型案例：選用PC製作醫療器材外殼（透明、高強度），使用75%酒精擦拭消毒，3個月後螺絲孔周圍出現放射狀龜裂。
避坑方法：
• PC、PMMA、ABS、PS對溶劑極度敏感（酒精、丙酮、清潔劑會產生ESC）
• 有溶劑接觸環境，優先選擇PP、PE、PA（即使犧牲透明度或表面光澤）
• 若必須使用敏感材料，進行ESC驗證測試（ASTM D1693）
• 設計時降低內應力（退火處理、優化設計、避免強制組裝）
• PC、PMMA、ABS、PS對溶劑極度敏感（酒精、丙酮、清潔劑會產生ESC）
• 有溶劑接觸環境，優先選擇PP、PE、PA（即使犧牲透明度或表面光澤）
• 若必須使用敏感材料，進行ESC驗證測試（ASTM D1693）
• 設計時降低內應力（退火處理、優化設計、避免強制組裝）
❌ 錯誤3：混淆PVDF的優缺點
典型案例：選用PVDF製作鹼洗槽（30% NaOH），認為PVDF是高階耐化材料，結果3個月後材料水解變形。
避坑方法：
• PVDF耐強酸、氧化劑優異（A級），但不耐強鹼（>5% NaOH會水解，D級）
• PVDF不耐酮類、酯類、胺類溶劑（會膨潤）
• 鹼性環境應選擇PP、PE、PTFE，而非PVDF
• 不要迷信「高價=萬能」，PP在某些環境比PVDF更適合（如鹼性環境）
• PVDF耐強酸、氧化劑優異（A級），但不耐強鹼（>5% NaOH會水解，D級）
• PVDF不耐酮類、酯類、胺類溶劑（會膨潤）
• 鹼性環境應選擇PP、PE、PTFE，而非PVDF
• 不要迷信「高價=萬能」，PP在某些環境比PVDF更適合（如鹼性環境）
❌ 錯誤4：過度節省成本，選擇不適當材料
典型案例：化工管路選用PVC（成本最低），但實際輸送有機溶劑，結果管路膨潤變形，溶劑洩漏造成安全事故。
避坑方法：
• 材料失效成本 >> 材料本身成本（召回、維修、安全事故、商譽損失）
• 化學環境應用，選材不能只看價格，安全性和可靠性優先
• PVC僅適合水處理、廢水排放，不耐有機溶劑
• 成本優先順序：系統總成本 > 材料成本（包含維護、更換、停機損失）
• 材料失效成本 >> 材料本身成本（召回、維修、安全事故、商譽損失）
• 化學環境應用，選材不能只看價格，安全性和可靠性優先
• PVC僅適合水處理、廢水排放，不耐有機溶劑
• 成本優先順序：系統總成本 > 材料成本（包含維護、更換、停機損失）
❌ 錯誤5：忽略長期老化效應
典型案例：短期測試（7天）無異常，但實際使用1年後性能明顯劣化（變色、強度下降、尺寸變化）。
避坑方法：
• 短期測試不代表長期性能（化學品會持續滲透、分子鏈會持續斷裂）
• 關鍵應用需進行長期浸泡測試（30天、90天、180天階段性檢測）
• 監測指標：重量變化、尺寸變化、強度變化、外觀變化
• 設定定期更換周期（如治具每6個月更換），避免等到失效才更換
• 短期測試不代表長期性能（化學品會持續滲透、分子鏈會持續斷裂）
• 關鍵應用需進行長期浸泡測試（30天、90天、180天階段性檢測）
• 監測指標：重量變化、尺寸變化、強度變化、外觀變化
• 設定定期更換周期（如治具每6個月更換），避免等到失效才更換
七、總結與選材建議
💡 耐化學腐蝕材料選擇核心原則
- 原則1：安全性優先於成本 - 化學腐蝕失效可能造成安全事故，選材不能只看價格
- 原則2：確認具體條件 - 溫度、濃度、時間三要素決定耐化性等級
- 原則3：應力龜裂高風險材料慎用 - PC/PMMA/ABS/PS對溶劑敏感，優先選PP/PE/PA
- 原則4：PVDF不是萬能 - 耐酸優異但不耐強鹼，了解材料優缺點
- 原則5：驗證測試必不可少 - 短期測試+長期浸泡+實際組裝件測試
- 原則6：設計初期選對材料 - 事後補救成本遠高於初期正確選材
通用選材速查（90%場景適用）
- 酸性環境（一般強度）：PP（成本1x，耐化性A級，80-100℃）
- 酸性環境（強腐蝕性）：PVDF（成本7-10x，耐強酸氧化劑，-40到+150℃）
- 鹼性環境（一般強度）：PP或PE（成本1x，耐化性A級，注意PVDF不耐強鹼！）
- 有機溶劑環境：PP（成本1x，耐化性A級，禁用PC/ABS/PMMA/PS）
- 油脂環境：PP或PA66（PP成本優，PA66強度高）
- 清潔劑環境：PP（成本1x，耐化性A級，禁用ABS）
- 極端化學環境：PTFE（成本15-20x，幾乎耐所有化學品）
🎯 最後建議：
• 80%的化學腐蝕應用，PP是最佳選擇（成本低、耐化性優、加工容易）
• 需要高溫或強腐蝕環境，才考慮PVDF（成本高7-10倍）
• 極端環境才選擇PTFE（成本高15-20倍，加工困難）
• 禁用PC/ABS於溶劑環境（應力龜裂風險極高）
• 設計初期進行驗證測試（避免量產後問題爆發）
• 80%的化學腐蝕應用，PP是最佳選擇（成本低、耐化性優、加工容易）
• 需要高溫或強腐蝕環境，才考慮PVDF（成本高7-10倍）
• 極端環境才選擇PTFE（成本高15-20倍，加工困難）
• 禁用PC/ABS於溶劑環境（應力龜裂風險極高）
• 設計初期進行驗證測試（避免量產後問題爆發）