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PC材料的特性和成型工艺简介

发布时间:2018/1/2 9:11:54

  PC树脂的材料特性和成型工艺聚碳酸酯(PC) 树脂是一种性能优良的热塑性工程塑料,具有突出的抗冲击能力,耐蠕变和尺寸稳定性好,耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良,是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品,也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。目前广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医疗保健等领域,随着改性研究的不断深入,正迅速拓展到航空航天、计算机、光盘等高科技领域。PC树脂的应用与发展:70年代PC多用作连接器、开关等电气、电子零件,到80年代前半期应用扩展至精密机械(照相机、钟表) 、电动工具和光学机械上,成为PC的第一发展期。80年代后半期PC的应用进一步扩大到办公设备、汽车、激光唱片(CD), 需求量大增而成为第二个发展期。进入90年代以后受经济影响速度放缓,但在1992~1994年间仍有10%~15%的增长率。PC之所以有大的市场容量是由于它具有比较全面平衡的性能--优良的耐冲击性、耐热性、尺寸稳定性、透明及自熄性等,因此在电气、电子、精密机械、汽车、保安、医疗等领域成为可广泛使用的工程塑料。

  90年代中期又开发出PC/ABS合金的复合化技术, 更扩大了应用领域。目前PC广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医疗保健等领域,随着改性研究的不断深入,正迅速拓展到航空航天、计算机、光盘等高科技领域。

  PC合金改性PC/ABS合金:PC与ABS共混物可以综合PC和ABS的优良性能,提高ABS的耐热性、抗冲击和拉伸强度,降低PC成本和熔体粘度,改善加工性能,减少制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性。目前PC/ABS合金发展迅速,全球产量约为80万吨/年左右,世界各大公司纷纷开发推出PC/ABS合金新品种,如阻燃、玻纤增强、电镀、耐紫外线等品种,尤其是在汽车工业中得到广泛应用,另外还广泛应用于计算机、复印机和电子电气部件等。我国近年来也开始一定研究和生产,如上海杰事杰公司的PC/ABS合金材料已应用于汽车装饰件、灯壳和耐热电器壳体;PC/ABS合金已经被国内数家汽车制造公司使用,用做前装饰板、仪表板及物品箱盖专用料等。国内有在PC/ABS共混体系中加入高压聚乙烯进行增容改性,得到混合物流动性好且低温韧性与模量几乎不受影响,适用于制作薄壁板材;国内研究人员为了降低PC/ABS两相之间的界面能,在PC和ABS中加入抗冲击剂MBS,合金的空冲击度可以达到极高值,PC/ABS/MBS外观呈象牙白、质地均匀、手感极佳。PC/PS合金:该合金为部分兼容、非晶/非晶体系。在PC中加入PS可以降低PC粘流活化能,从而改善PC的加工流动性,加入少量的PS可使PC熔体粘度大幅度下降,PS在PC中还可以起到刚性有机填料的作用,PC与PS均为透明材料,二者折射率非常接近,因此PC/PS合金透明,具有良好的光学特性。PC/PS合金组成对合金力学性能、热性能和加工性能影响较大,随着PS含量的增加,PC/PS体系的流动性增加,硬度、拉伸强度和冲击强度提高,而热变形温度下降。当PS含量在某一值时候,冲击强度和拉伸强度出现极大值。因此选择合适的PC和PS配比,可以制得高性能的PC/PS合金。另外增容剂对PC/PS共混体系的性能有较大影响,通常选用苯乙烯,通过在PC末端引发双键接枝苯乙烯,得到接枝聚合物对PC/PS共混体系有增容作用,可以大大提高PC与PS兼容性,这种材料适合制作光盘等。近年来PC/PS合金应用范围不断扩大,新品种不断涌现,如日本推出的PC/PS合金Novally x 7000, 同ABS一样,易上漆及进行油墨印刷;国外已推出不合卤素的PC/PS阻燃合金系列,与阻燃ABS相比,具有韧性高、流动性好、刚性高、阻燃性好等特点。

  PC/PBT合金:PBT具有优异的力学性能、耐化学腐蚀及易成型等特点,将PBT与PC共混制得合金材料可以提高PC流动性、改善了加工性能和耐化学药品性。由于PBT是结晶聚合物,与PC共混时易发生相分离,界面粘结不好,因而其冲击韧性不理想,通常加入一定量弹性体以提高共混物的冲击强度。如热塑弹性体乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物的锌盐,对PC/PBT共混体系起到增容增韧作用。另外加入一些结晶成核剂可以提高共混体系结晶度;在PC/PBT共混体系中加入少量低压聚乙烯,可以提高共混物的流动性,对共混体系起增韧作用,并可改善合金的外观;在PC/PBT中加入乙烯/乙酸乙烯酯共聚物可以进一步增强兼容性并提高耐冲击强度;PC与PBT之间发生酯化反应,可以提高其兼容性,日本科研人员用PC和PBT在酯交换催化剂存在下,制得PC/PBT共混物,综合性能良好,而且具有较好透明性;用与PC折光率相近的玻璃纤维增强PC/PBT,不但体系综合性能优良,且透明性好,可以做玻璃代替材料。目前国外PC/PBT合金产品主要用于汽车保险杠、包装薄膜材料、汽车底座和座位等。

  PC/PET合金:PET具有较好的力学性能和耐化学药品性,PC/PET既有PC的刚性和耐热性,又有PET的耐溶剂性,而且PET的加入还能改善PC的加工流动性。国内研究人员发现,当PC/PET比例为1/3的时候,两相之间形成了界面层,此时PC/PET兼容性最好。另外PC与PET发生酯交换反应是提高兼容性最好的办法之一,其中催化剂种类选择对反应影响非常大,通过研究发现镧系催化剂与传统的催化剂(如钛类)相比有较高的催化活性,而且没有副反应,同时发现酯交换反应主要发生于两相界面处。在PC/PET共混体系中,加入弹性体如聚丙烯酸丁酯,可以提高合金的韧性和抗冲击强度。

  目前关于PC合金的研究与开发日新月异,还有多种PC合金不断被开发并推向市场,尤其是聚酯共混改性PC,如PET/PCL(由乙二醇、低分子量聚己内酯和对苯二甲酸共聚而成的多嵌段共聚酯)与PC共混改性;由1,4-环已烷二甲醇、乙二醇和对苯二甲酸制的聚酯与PC共混改性,可以明显提高PC弯曲弹性模量、拉伸强度等;聚己内酯以玻璃纤维作为增强材料,用酯交换催化剂促进聚己内酯与PC进行共混改性,可以得到加工性能好、高刚性的透明材料;聚(1,4-环己烷二甲酸-1,4-环己烷二甲醇)酯改性PC,可以明显改善PC的透明性和耐黄变性能,可以用作光盘材料;液晶聚酯改性PC,可以用来改善PC的熔融加工性能和力学性能。应用领域拓展 随着PC合金材料的研究不断进展,PC的应用范围不断扩大,以下简要介绍一些国内PC极具开发前景的应用领域。宽波透光的光学器械:作为一种透明性能良好的工程塑料,PC作为光盘基材在全球大量使用, 不仅可以制备CD、VCD、DVD光盘,还可以适用于高密度记录光盘的基材,尤其是PC与苯乙烯接枝生成的共聚物具有极佳的应用效果。PC片材特别适宜于制作眼镜镜片,在PC分子链中引入硅氧基团,可以提高其硬度及耐擦伤性。PC作为高折射率塑料,用于制作耐高温光学纤维的芯材,若在PC分子链中的C-H链为C-F链所取代,则可以对可见光的吸收减少,能有效降低传递途中的信号损失。

  另外PC良好透光性,在透明窗材高层建筑幕墙、机场和体育场馆透明建筑材料等方面应用非常普遍和具有潜力,今后重点是提高表面硬度和抗静电性。阻燃环保的通信电器:由于PC良好电绝缘性能,广泛应用于通信电信设备领域, 目前PC已经大量替代原有的酚醛塑料,今后重点开发阻燃PC用于通信电器领域中,因此无污染阻燃PC材料成为开发重点,溴系阻燃剂由于毒性在减少使用,而无卤环保磷系阻燃剂会明显降低PC的热变形温度和冲击强度,因此比较适宜的是有机硅系阻剂。另外随着通信电器轻量小型化对PC材料提出更高要求,目前PC/ABS合金就特别适宜在通信电器及航空航天工业中应用。表面金属化的汽车部件:PC表面金属化后具有良好的金属光泽及高强度,广泛应用于各种汽车零部件中,但是电镀过程中会降低它的冲击韧性,因此采用弹性体与PC共混改性,所合弹性体分散了致开裂应力,虽经电镀也不会降低其冲击韧性,因此电镀级PC树脂非常具有开发前景。另外表面金属化的PC还可以作为电磁波的屏蔽材料,应用于计算机中。

  低残留有害物的食品容器:工业合成PC是双酚义型,由于合成时有微量未反应的单体双酚A残留在树脂中,在作为饮用水桶和食品容器时,易被溶出而影响人们身体健康,因此要开发卫生级的PC树脂,用作饮水桶和其它食品容器的生产与使用,国内应用前景非常看好。防开裂脆化的医疗器械:PC具有诸多优异性能,目前已应用于医疗器械中,由于其耐化学品性较差,在化学药品存在下易引起内应力开裂,如PC在人工透析器、人工肺等医疗器械中应用要解决高温消毒导致裂纹的老化现象,若克服这些缺点,PC在医疗器械中应用可迅速扩大。PC树脂的材料性能PC(聚碳酸酯)是一种无色透明的工程塑料,具有极高的冲击强度,宽广的使用温度范围,良好的耐蠕变性、电绝缘性和尺寸稳定性、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性;且收缩率很低,一般为0.1%~0.2%。

  PC有很好的机械特性,但流动特性较差,因此这种材料的注塑过程较困难。在选用何种品质的PC材料时,要以产品的最终期望为基准。如果塑件要求有较高的抗冲击性,那么就使用低流动率的PC材料;反之,可以使用高流动率的PC材料,这样可以优化注塑过程。PC的最大特征是非晶型透明塑料,成型后的尺寸稳定性好,从低温到高温均能保持稳定的机械强度,它的拉伸与形变特性比较接近金属材料,存在着明显的弹性极限。因此PC作为结构材料应用时的强度计算可以参照金属材料的公式,在PC的开发初期曾大量用作代替金属的轻量化透明材料。

  PC树脂的成型工艺:

  PC树脂的工艺特点

  1、聚集态特性属于无定型非结晶性塑料,无明显熔点,熔体黏度较高。玻璃化温度140°~150℃,熔融温度215℃~225℃,成型温度250℃~320℃。

  2、在正常加工温度范围内热稳定性较好,300℃长时停留基本不分解,超过340℃开始分解,粘度受剪切速率影响较小。

  3、流变性接近牛顿性液体,表观黏度受温度的影响较大,受剪切速率的影响较小,相对分子质量的增大而增大。PC分子链中有苯环,所以分子链刚性大。

  4、PC的抗蠕变性好,尺寸稳定性好;但内应力不易消除。

  5、PC高温下遇水易降解,成型时要求水分含量在0.02%以下。

  6、制品易开裂。

  PC树脂的成型工艺控制在成型加工上,水分控制及成型加工条件之选择是影响成型品质最重要的两个因素,兹分述如下:

  A、水分控制PC类塑胶即使用遇到非常低之水分亦会产生水解而断键、分子量降低和物性强度降低之现象,因此在成型加工前应严格地控制PC树脂之水分在0.02%以下,以避免成型品的机械强度降低或表面产生气泡、银纹等异常外观。为避免水分所产生异常之情况,聚碳酸脂在加工前,应先经热风干燥3~5h以上,温度定为120℃,或者用除湿干燥机来处理水分。

  B、原料选择 为满足各种成型工艺的需求,PC树脂有不同熔体流动速率的规格。通常熔体流动速率介于5~25g/10min都可适用于注塑成型。但是其最佳加工条件因注塑机种类、成型品之形状以及PC树脂规格不同而有相当之差异,应根据实际情况加以调整。

  C、注塑机选择要点 锁模压力:以成品投影面积每cm2*0.47~0.48T(或每平方寸*3~5T)机台大小:成品重量约为注塑机容量的40~60%为最佳,如机台以PS来表示容量(盎斯)时,需减少10%,始为使用PC之容量,(1盎斯=28.3公克)。螺杆:螺杆长度最少应有15个直径长,其L/D为20:1最佳,压缩比宜1.5:1至30:1。螺杆前端之止流阀应采用滑动环式,其树脂流动间隙最少应有3.2mm。喷嘴:尖端开口最少有4.5mm直径。若成品重量为5.5kg以上,则喷嘴直径应为9.5mm以上,另外,尖端开口需比浇口直径少0.5~1mm,且段道愈短愈好,约为5mm。

  D、成型条件要点:熔融温度与模温:最佳的成型温度设定与很多因素有关,如注塑机大小,螺杆组态、模具及成型品的设计和成型周期等。一般而言,为了让塑料渐渐在熔融,在料管后断/进料区设定较低的温度,而在料管前段设定较高的温度。但若螺杆设计不当或L/D值过小。

逆向式的温度设定亦可。模温方面,高模温可提供较佳的表面外观,残留应力也会较小,且对较薄或较长的成型品也较填满;而低模温则能缩短成型周期。螺杆回转速度:在40~70rpm较佳,但需视机台与螺杆设计而调整。注射压力:根据制品壁厚程度可采取85~140kg/cm2。背压:一般设定愈低愈好,便为求进料均匀,建议使用3~14kg/cm2。注射速度:射速度浇口设计有很大关系。使用直接浇口或边缘浇口时,为防止日晖现象和波流痕现象,则应用较慢这射速,另外,如成品厚度在5mm以上,为避免气泡或凹陷慢速射出会有帮助。一般而言,射速原则为薄者快,厚者慢。从注塑切换到保压,保压要尽量低。以免成型品发生残留应力。而残留应力可用退火方式来解除或减轻,条件是120~130℃约三十分钟至一小时。

 

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