聚苯硫醚注塑成型技術(shù)

陳金亭

（天津市合成材料工業(yè)研究所，天津 300220）

1 概述

聚苯硫醚又稱聚次苯基硫醚（PPS），PPS 的結(jié)構(gòu)比較簡單，分子主鏈由苯環(huán)和硫原子交替排列，大量的苯環(huán)賦予PPS 以剛性、大量的硫醚鍵又提供柔順性。分子結(jié)構(gòu)對稱，易于結(jié)晶，電性能好，PPS 吸水率極小，一般只有0.03%～0.05%，純PPS 是一種高結(jié)晶度，硬而脆的聚合物，一般使用時(shí)都進(jìn)行改性。具體改性品種有碳纖維增強(qiáng)、玻璃纖維增強(qiáng)、無機(jī)填充、與其他工程塑料共混等[1]。

PPS 的特性：1、阻燃性：PPS 阻燃性非常好，達(dá)到UL94v-0 級；2、加工性能十分優(yōu)異：是具有高剛性的結(jié)晶聚合物，其流動性好，結(jié)晶速度快，成型周期短，而且制品切削加工、熔接、粘接、錫焊等二次加工性也非常好；3、耐熱性能優(yōu)異：其熱變形溫度達(dá)到260℃，可以在200～240℃以下長期使用。短期耐熱性和長期連續(xù)使用的熱穩(wěn)定均優(yōu)于目前所有的工程塑料；4、電性能優(yōu)異：PPS 樹脂具有很高的表面電阻率和體積電阻率，介電常數(shù)和介電損耗角正切值又比較低,即使在高溫、高濕、高頻條件下仍具有優(yōu)良的電性能。其體積電阻率和表面電阻率變化極小，介電常數(shù)幾乎不隨周波數(shù)和溫度變化；5、機(jī)械性能良好：表面硬度高，剛性極強(qiáng)，并具有優(yōu)異的耐蠕變性和耐疲勞性。在高溫高載荷下仍有優(yōu)良的耐蠕變特性，對于循環(huán)應(yīng)力也顯示出優(yōu)良的耐疲勞特性；6、優(yōu)異的耐化學(xué)藥品性：在200℃以下未發(fā)現(xiàn)可以溶解PPS 的溶劑，對無機(jī)酸、堿和鹽類的抵抗性也很強(qiáng)。PPS 制品在大多數(shù)酸堿環(huán)境狀態(tài)下工作時(shí)，尺寸、性能非常穩(wěn)定；7、耐磨性突出：PPS 樹脂耐磨性非常好，加入碳纖維和氟塑料，可以大幅度提高耐磨性和潤滑性；8、良好的尺寸穩(wěn)定性：PPS 成型收縮率非常小，吸水率極低，在高溫高濕載荷下仍具有良好的尺寸穩(wěn)定性；9、良好的耐輻射性：PPS 樹脂即使在比較強(qiáng)的γ 射線照射下其物理性能也非常穩(wěn)定；10、良好的焊錫耐熱性：PPS 制品可以在260℃焊錫槽中浸蘸10 s，比較適用于電子部件的表面封裝技術(shù)。

PPS 應(yīng)用領(lǐng)域[2，3]：電子電器：用于廣泛制造線圈架、接線器、插座、繼電器、馬達(dá)殼、電容器等；汽車工業(yè)：點(diǎn)火器、軸承支架、風(fēng)扇、反光鏡、加熱器、齒輪箱等；儀器儀表：計(jì)時(shí)器、傳速器、傳感器、儀表殼體、熱風(fēng)筒等；機(jī)械工業(yè)：泵殼、葉輪、風(fēng)機(jī)、齒輪、法蘭盤、管件、孔板、密封環(huán)、墊等；航空工業(yè)：飛機(jī)行李架、座椅骨架等。

2 PPS 注塑成型工藝

PPS 是一種綜合性能十分優(yōu)越的高分子材料，它所具有的優(yōu)良的加工性能、可以注塑成型，使其在特種工程塑料制品中被越來越廣泛應(yīng)用[1]。

2.1 模具的設(shè)計(jì)

2.1.1 圓角

由于PPS 樹脂是脆性結(jié)晶性樹脂，成型品在尖角處容易有應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致制品開裂變形，因此在設(shè)計(jì)模具時(shí)，盡量不出現(xiàn)尖角、直角，而采用角R設(shè)計(jì)。對于薄壁及不等壁制品，可以通過增加加強(qiáng)筋，提高剛性，防止制品變形。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)使成型品的厚度盡量均勻一致。

2.1.2 澆口

澆口可采用針點(diǎn)式、隧道式、側(cè)澆口，由于PPS制品一般采用玻璃纖維增強(qiáng)且成型收縮率小，樹脂硬度大，所以注塑成型時(shí)不適于使用潛伏性澆口。通常情況下澆口直徑要大些，最好選取1mm～1.2mm。

2.1.3 流道

為了方便的脫模，流道的側(cè)壁必須光滑，流道形狀為錐形、圓形、梯形，有一定的錐度2～3 度。主流道為錐形，分流道為梯形或圓形，在主、分流道末端設(shè)置冷料。

PPS 樹脂成型收縮率小，而樹脂硬度大，為便于脫模，模具應(yīng)選用稍大的脫模角。

2.1.4 排氣槽

如果模具排氣不充分產(chǎn)生內(nèi)氣泡則會導(dǎo)致制品性能下降，光潔度差，熔合縫強(qiáng)度低下，注射不滿及制品燒焦等問題，所以為了得到優(yōu)良的PPS 制品，必須在模具上開設(shè)排氣槽。

2.1.5 模具溫度控制

PPS 增強(qiáng)料，一般的模具溫度要求達(dá)到125℃～150℃，采用熱水循環(huán)加熱已經(jīng)滿足不了模具的要求，通常模具加熱使用電熱棒（板）進(jìn)行溫度控制，同時(shí)在定、動模上也要安裝加熱裝置，并在模具與動、定模板之間加裝石棉隔熱板。

2.2 物料預(yù)干燥

為了得到外觀良好的制品，防止流涎，預(yù)干燥條件要保持一定，且成型機(jī)內(nèi)的滯留量一定要恰當(dāng)，盡可能避免中途變更成型機(jī)容量。推薦干燥條件為120℃～140 ℃，2～3 h。

2.3 推薦的注塑成型工藝條件（見表1）

表1 推薦的注塑成型條件

2.3.1 模具溫度

模具溫度對產(chǎn)品性能影響非常大，當(dāng)成型時(shí)、模具溫度較高時(shí)制品表面光潔度好、耐熱性增加、彎曲模量增加、表面硬度高、耐蠕變性好等優(yōu)點(diǎn)，但是它的彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度又有所降低。為了使制品尺寸穩(wěn)定，外觀光滑，建議模具溫度125℃～150℃。

2.3.2 料筒溫度

PPS 熔融溫度285℃左右直到分解這個(gè)溫度范圍很寬，因此PPS 在加工過程中很少出現(xiàn)物料分解等情況，PPS 注塑加工溫度要求也不是很嚴(yán)格，然而溫度過低則樹脂塑化不好，注塑時(shí)容易出現(xiàn)分層、產(chǎn)生熔合痕，而且機(jī)筒、螺桿磨損會增大。如果料筒溫度太高，物料就會出現(xiàn)部分分解碳化，導(dǎo)致物料變色，為了防止物料分解使機(jī)筒產(chǎn)生氣體及內(nèi)壓力，樹脂溫度不得高于360℃，在機(jī)筒內(nèi)物料停留時(shí)間原則上不高于0.5h，在保證流動性的前提下，盡量降低機(jī)筒溫度，減少物料變色，推薦機(jī)筒溫度280℃～320℃。

2.3.3 注射壓力

一般注射壓力愈高，得到的PPS 制品越優(yōu)良，外觀愈美觀，但是注射壓力太高，則制品容易出現(xiàn)飛邊、翹曲，一般選擇60～80 MPa。

2.3.4 注射速度

注射速度越快，一般獲得的制品外觀越良好，但是容易使成型品發(fā)生燒焦、翹曲等現(xiàn)象，因此一般情況下，使用中等注射速度。

2.3.5 螺桿轉(zhuǎn)速

螺桿轉(zhuǎn)速一般設(shè)定為40～100rpm，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于200rpm 時(shí)，容易造成玻纖斷裂，影響制品性能。

2.3.6 制品的后處理

為了提高產(chǎn)品的結(jié)晶度，消除內(nèi)壓力，保持產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，在條件允許的情況下，可以將制品進(jìn)行退火處理。處理溫度：160～180℃，處理時(shí)間：4～16 h。

2.3.7 回料的使用

在實(shí)際注塑成型時(shí)，經(jīng)常遇到回料的使用問題，回料因?yàn)椴ＡЮw維斷裂等原因，耐熱性能下降，材料變色，所以建議使用量盡可能控制在25%之內(nèi)。

3 注塑成型加工中遇到的問題、解決方法

表2 為加工中遇到問題產(chǎn)生原因和處理（解決）方法。PPS 擁有十分優(yōu)良的綜合性能，優(yōu)越的加工性，良好的流動性，其加工溫度范圍寬、熔融流動性好，容易填充模具，成型收縮率低，尺寸穩(wěn)定，具有高剛性、高抗蠕變性[5]。關(guān)于注塑成型加工中遇到的問題及解決方法詳見表2。因此，只要掌握好增強(qiáng)聚苯硫醚的工藝特性，采用合理的注塑工藝，就會注塑出優(yōu)質(zhì)、完美的成型制品。

4 結(jié)語

聚苯硫醚作為第六大工程塑料，與其它同等耐熱性特種工程塑料比較，不僅價(jià)格低，而且具有耐焊錫性，耐輻射性，以及優(yōu)越的加工性。PPS 樹脂的應(yīng)用已從要求非常嚴(yán)格的電子領(lǐng)域開始向各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展，其產(chǎn)品已經(jīng)在核工業(yè)、航天、汽車、化工、機(jī)械等行業(yè)廣泛應(yīng)用，目前我國聚苯硫醚市場發(fā)展正處于高速增長期，聚苯硫醚產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)黃金時(shí)期。探討、開發(fā)、提高、解決好聚苯硫醚的注塑成型技術(shù)對擴(kuò)大聚苯硫醚的應(yīng)用領(lǐng)域，生產(chǎn)出高性能、高品質(zhì)、美觀的聚苯硫醚成型制品是非常必要的。

表2

［1］呂新榮.塑料注塑技術(shù)手冊[M].香港生產(chǎn)力促進(jìn)局,1994.

［2］管從勝，等.聚苯硫醚涂料及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2007,5,1.

［3］楊杰.聚苯硫醚樹脂及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006,1,1.

［4］樊新民，車劍飛.工程塑料及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006,4,1.

［5］吳忠文，方省眾.特種工程塑料及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2011,11,1.