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PC物性及注塑工藝

發布時間:2014-09-26   閱讀:1721次

       聚碳酸酯(PC)是一種無色透明的工程塑料,具有極高的沖擊強度,寬廣的使用溫度范圍,良好的抗蠕變性、電絕緣性和尺寸穩定性;缺點是對缺口敏感、耐環境應力開裂性差,成型帶金屬嵌件的制品較困難。

  聚碳酸酯,英文名Polycarbonate, 簡稱PC。PC是一種無定型、無臭、無毒、高度透明的無色或微黃色熱塑性工程塑料,具有優良的物理機械性能,尤其是耐沖擊性優異,拉伸強度、彎曲強度、壓縮強度高;蠕變性小,尺寸穩定;具有良好的耐熱性和耐低溫性,在較寬的溫度范圍內具有穩定的力學性能,尺寸穩定性,電性能和阻燃性,可在 -60~120℃下長期使用;無明顯熔點,在 220-230℃呈熔融狀態;由于分子鏈剛性大,樹脂熔體粘度大;吸水率小,收縮率小,尺寸精度高,尺寸穩定性好,薄膜透氣性;屬自熄性材料;對光穩定,但不耐紫外光,耐候性好;耐油、耐酸、不耐強堿、氧化性酸及胺、酮類,溶于氯化烴類和芳香族溶劑,長期在水中易引起水解和開裂,缺點是因抗疲勞強度差,容易產生應力開裂,抗溶劑性差,耐磨性欠佳。

物化性能

PC塑料的工藝特點如下:

①屬無定型塑料,Tg為149~150℃;Tf為215~225℃;成型溫度為250~310℃;相對平均分子質量為2~4萬。

②熱穩定性較好,并隨相對分子質量的增大而提高。

③流變特性接近牛頓液體,表觀粘度受溫度的影響較大,受剪切速率的影響較小,隨相對平均分子質量的增大而增大。無明顯的熔點,熔體粘度較高。PC分子鏈中有苯環,所以,分子鏈的剛性大。

④PC的抗蠕變性好,尺寸穩定性好;但內應力不易消除。

⑤PC高溫下遇水易降解,成型時要求水分含量在0.02%以下。

⑥制品易開裂。

  在成型前,PC樹脂必須進行充分干燥。干燥方法可采用沸騰床干燥(溫度120~130℃,時間1~2h)、真空干燥(溫度110℃,真空度96kPa以上、時間10~25h)、熱風循環干燥(溫度120~130℃,時間6h以上)。為防止干燥后的樹脂重新吸濕,應將其置于90℃的保溫箱內,隨用隨取,不宜久存。成型時料斗必須是密閉的,料斗中應設有加熱裝置,溫度不低于100℃、對無保溫裝置的料斗,一次加料量最好少于半小時的用量,并要加蓋蓋嚴。

  判斷干燥效果的快速檢驗法,是在注塑機上采用“對空注射”。如果從噴嘴緩慢流出的物料是均勻透明、光亮無銀絲和氣泡的細條時,則為合格。此法對一般塑料均適用。

  PC的熔體粘度比PA、PS、PE等大得多,流動性較差。熔體的流動特性接近于牛頓流體,熔體粘度受剪切速率影響較小,而對溫度的變化十分敏感,因此,成型時只要調節加工溫度,就能有效地控制PC的表現粘度。

  成型溫度的選擇與樹脂的相對平均分子質量及其分布、制品的形狀與尺寸、注塑機的類型等有關,一般控制在250~310℃范圍內。注塑用料,宜選用相對平均分子質量稍低的樹脂,MFR為5~7g/10min;對形狀復雜或薄壁制品。成型溫度應偏高,為285~305℃;而厚壁制品,成型溫度稍低,為250~280℃。不同的注塑機,成型溫度也不一樣。螺桿式為260~285℃,柱塞式為270~310℃。料筒溫度的設定是用前高后低的方式,靠近料斗一端的后料筒溫度要控制在PC的軟化溫度以上,即大于230℃,以減少物料阻力和注射壓力損失。盡管提高成型溫度有利熔體充模。但不能超過230℃,否則,PC會發生降解,使制品顏色變深,表面出現銀絲、暗條、黑點、氣泡等缺陷,同時,物理力學性能也會顯著下降。

  噴嘴溫度為260~310℃,兩種類型的注塑機噴嘴的溫度控制有所不同。

  模具溫度對制品的力學性能影響很大。隨著模溫的提高.料溫與模溫間的溫差變小,剪切應力降低,熔體可在模腔內緩慢冷卻,分子鏈得以松弛,取向程度減小,從而減少了制品的內應力,但制品的沖擊強度、伸長率顯著下降,同時會出現制品脫模困難。脫模時易變形,并延長了成型周期,降低生產效率;而模溫較低,又會使制品的內應力增加。因此,必須控制好模溫。通常,PC的模溫為80~120℃。普通制品控制在80~100℃,而對于形狀復雜、薄壁及要求較高的制品,則控制在100~120℃,不允許超過其熱變形溫度。

  成型PC厚壁制品時,模具溫度的控制顯得特別重要。例如,在成型簡支梁沖擊試驗樣條(厚度為10mm)時,如果模具不進行控制溫度,則成型的樣條內部縮孔很多,也很大。此時,模具如果沒有設置加熱裝置,則可采用簡易的方法將模具主流道加熱。該簡易的方法就是在一根鐵絲上系上棉花球,蘸上工業酒精,加熱主流道,這樣,雖不能消除縮孔,但縮孔的數量大為減少。程度大為減輕。當然.這是一種沒有辦法的辦法,是一種土辦法,不推薦使用。因為這樣,容易使模具主流道變形和氧化。

  盡管注塑時注射壓力對熔體強度和流動性影響較小,但由于PC熔體粘度高、流動性較差,因此,注射壓力不能太低,一般控制在80~120MPa,采用柱塞式注塑機時,注射壓力應為100~150MPa;而對于薄壁長流距、形狀復雜、澆口尺寸較小的制品,為使熔體順利、及時充模,注射壓力要適當提高至120~150MPa。PC注塑工藝控制的總的原則是:高料溫,低壓力。

  保壓壓力大小和保壓時間長短直接影響制品的質量。保壓壓力過小,則補縮作用小,制品內部會因收縮而形成氣泡,制品表面也會出現凹痕;保壓壓力過大。在澆口周圍易產生較大的內應力。保壓時間長,制品尺寸精度高、收縮率低、表面質量良好,但增加了制品中的內應力,延長了成型周期。保壓壓力為80~100 MPa。如前所述方法??用火加熱主流道,延長澆口中熔體的凝固時間,以增加補縮作用。PC注射成型時,可提高背壓壓力。

  注射速率對制品的性能影響不大。但從成型角度考慮,注射速率不宜太慢,否則進入模腔內的熔體易冷凝而導致充模不足,即使充滿了,制品表面包易出現波紋、料流痕等缺陷;注射速率也不宜太快,以防裹入空氣和出現熔體破裂現象。生產中,一般采用中速或慢速,最好采用多級注塑。注塑時,速度沒定為慢→快→慢,這樣可大大提高制品質量。

  螺桿轉速不可太高,一般為30~60 r/min。嵌件需預熱到200℃,至少也要有120℃,一般為110~130℃。再生料的再生次數不超過3次,用量為20%左右。

  PC是透明性塑料,成型時一般不推薦使用脫模劑,以免影響制品透明度。對脫模確有困難的制品,可使用硬脂酸或硅油類物質作脫模劑,但用量要嚴格控制。

  PC制品中應盡量避免使用金屬嵌件。若確需使用金屬嵌件時,則必須先把金屬嵌件預熱至200℃左右后,再置人模腔中進行注塑,這樣可避免因膨脹系數的懸殊差別,在冷卻時發生收縮不一致而嚴生較大的內應力,使制品開裂。

  減小內應力的方法,除了在制品造型設計時避免缺口、銳角、厚薄懸殊以及采用正確的成型工藝參數等外,最好是對制品進行熱處理,熱處理溫度控制在125~135℃(樹脂Tg以下10~20℃),處理時間為2h左右,制品越厚處理時間越長。一般壁厚小于5mm的制品,時間為8h;大于20mm的制品、時間為24h。

  制品的內應力大小可通過偏振光檢驗法和溶劑浸漬法。偏振光檢驗法適用各種透明制品,它是利用PC的透明性,把制品置于偏振光鏡片之間,從鏡上觀察制品表面彩色光帶面積,以彩色光帶面積的大小來確定制品內應力大小,如果觀察到的彩包光帶面積大,說明制品內應力大;溶劑浸漬法是工廠中普遍采用的一種檢測手段,該法是將PC制品浸入某些溶劑(如苯、四氯化碳、環己烷、乙醇、甲醇等)之中,以制品發生開裂破壞所需的時間,來判斷應力的大小,時間越長則應力越小。如果浸漬5~15 s就開裂,說明內應力很大;如果浸漬1~2min不出現裂紋,說明內應力很小,這種制品在使用過程一般不會開裂。 

注塑工藝

干燥處理:PC材料具有吸濕性,加工前的干燥很重要。建議干燥條件為100C到200C,3~4小時。加工前的濕度必須小于0.02%。

熔化溫度:260~340C。

模具溫度:70~120C。

注射壓力:盡可能地使用高注射壓力。

注射速度:對于較小的澆口使用低速注射,對其它類型的澆口使用高速注射。

應用范圍

PC可注塑、擠出、模壓、吹塑、熱成型、印刷、粘接、涂覆和機加工,最重要的加工方法是注塑。成型之前必須預干燥,水分含量應低于0.02%,微量水份在高溫下加工會使制品產生白濁色澤,銀絲和氣泡,PC在室溫下具有相當大的強迫高彈形變能力。沖擊韌性高,因此可進行冷壓,冷拉,冷輥壓等冷成型加工。擠出用PC分子量應大于3萬,要采用漸變壓縮型螺桿,長徑比1:18~24,壓縮比1:2.5,可采用擠出吹塑,注-吹、注-拉-吹法成型高質量,高透明瓶子。PC合金種類繁多,改進PC熔體粘度大(加工性)和制品易應力開裂等缺陷,PC與不同聚合物形成合金或共混物,提高材料性能。具體有PC/ABS合金,PC/ASA合金、PC/PBT合金、PC/PET合金、PC/PET/彈性體共混物、PC/MBS共混物、PC/PTFE合金、PC/PA合金等,利有兩種材料性能優點,并降低成本,如PC/ABS合金中,PC主要貢獻高耐熱性,較好的韌性和沖擊強度,高強度、阻燃性, ABS則能改進可成型性,表觀質量,降低密度。PC的三大應用領域是玻璃裝配業、汽車工業和電子、電器工業,其次還有工業機械零件、光盤、包裝、計算機等辦公室設備、醫療及保健、薄膜、休閑和防護器材等。PC可用作門窗玻璃,PC層壓板廣泛用于銀行、使館、拘留所和公共場所的防護窗,用于飛機艙罩,照明設備、工業安全檔板和防彈玻璃。 PC板可做各種標牌,如汽油泵表盤、汽車儀表板、貨棧及露天商業標牌、點式滑動指示器, PC樹脂用于汽車照相系統,儀表盤系統和內裝飾系統,用作前燈罩,帶加強筋汽車前后檔板,反光鏡框,門框套、操作桿護套、阻流板、PC被應用用作接線盒、插座、插頭及套管、墊片、電視轉換裝置,電話線路支架下通訊電纜的連接件,電閘盒、電話總機、配電盤元件,繼電器外殼, PC可做低載荷零件,用于家用電器馬達、真空吸塵器,洗頭器、咖啡機、烤面包機、動力工具的手柄,各種齒輪、蝸輪、軸套、導規、冰箱內擱架。PC是光盤儲存介質理想的材料。PC瓶(容器)透明、重量輕、抗沖性好,耐一定的高溫和腐蝕溶液洗滌,作為可回收利用瓶(容器)。PC及PC合金可做計算機架,外殼及輔機,打印機零件。改性PC耐高能輻射殺菌,耐蒸煮和烘烤消毒,可用于采血標本器具,血液充氧器,外科手術器械,腎透析器等,PC可做頭盔和安全帽,防護面罩,墨鏡和運動護眼罩。 PC薄膜廣泛用于印刷圖表,醫藥包裝,膜式換向器。


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