pc材料特性及成型工藝

馬松

【摘要】PC雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但其的一些特點(diǎn)限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。文章利用相容劑，采用兩步試驗(yàn)合成工藝，經(jīng)過試驗(yàn)確定了ABS含量以及增容劑對合金材料的影響，合成了高性能的PC/ABS合金材料。

【關(guān)鍵詞】聚碳酸酯；成型條件；工程塑料

中圖分類號： TQ342 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

聚碳酸酯（PC）以良好的尺寸穩(wěn)定性、耐熱耐化學(xué)性，以及較好的機(jī)電性能，被廣泛的應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、電子、電氣、家用電器、信息、機(jī)械等領(lǐng)域。但由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機(jī)械性能較低，流動性差，使得其加工困難，難于制成大型制品，且制品殘余應(yīng)力大，易發(fā)生應(yīng)力開裂。除此之外，PC的耐溶劑性和耐磨損性較差，且價(jià)格偏高，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。因此，對PC進(jìn)行改性已成為業(yè)內(nèi)急需解決的問題。PC的共混合金化法是目前常用的PC改性方法之一，它能夠有效的改善PC的性能，使得PC能夠在工程塑料方面領(lǐng)域更為廣泛的應(yīng)用。

一、PC 聚碳酸酯化學(xué)和物理特性

聚碳酸酯 (PC) 樹脂是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，具有突出的抗沖擊能力，耐蠕變和尺寸穩(wěn)定性好，耐熱、吸水率低、無毒、介電性能優(yōu)良，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的產(chǎn)品，也是近年來增長速度最快的通用工程塑料。目前廣泛應(yīng)用于汽車、電子電氣、建筑、辦公設(shè)備、包裝、運(yùn)動器材、醫(yī)療保健等領(lǐng)域，隨著改性研究的不斷深入，正迅速拓展到航空航天、計(jì)算機(jī)、光盤等高科技領(lǐng)域。

PC是一種非晶體工程材料，具有特別好的抗沖擊強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細(xì)菌特性、阻燃特性以及抗污染性。PC的缺口伊估德沖擊強(qiáng)度（otched Izod impact stregth）非常高，并且收縮率很低，一般為0.1%~0.2%。 PC有很好的機(jī)械特性，但流動特性較差，因此這種材料的注塑過程較困難。在選用何種品質(zhì)的 PC材料時(shí)，要以產(chǎn)品的最終期望為基準(zhǔn)。如果塑件要求有較高的抗沖擊性，那么就使用低流動率的PC材（TodayHot）料；反之，可以使用高流動率的PC材料，這樣可以優(yōu)化注塑過程。

二、PC注塑選材

PC有很好的機(jī)械特性，但流動特性較差，因此這種材料的注塑過程較困難。在選用何種品質(zhì)的PC材料時(shí)，要以產(chǎn)品的最終期望為基準(zhǔn)。如果塑件要求有較高的抗沖擊性，那么就使用低流動率的PC材料；反之，可以使用高流動率的PC材料，這樣可以優(yōu)化注塑過程。PC的最大特征是非晶型透明塑料，成型后的尺寸穩(wěn)定性好，從低溫到高溫均能保持穩(wěn)定的機(jī)械強(qiáng)度，它的拉伸與形變特性比較接近金屬材料，存在著明顯的彈性極限。因此PC作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算可以參照金屬材料的公式，在PC的開發(fā)初期曾大量用作代替金屬的輕量化透明材料。

三、PC樹脂的成型工藝

PC樹脂的工藝流程比較繁瑣，下面就PC樹脂的工藝特點(diǎn)和流程及影響因素進(jìn)行相關(guān)介紹：

（一）PC樹脂的工藝特點(diǎn)

1、聚集態(tài)特性屬于無定型非結(jié)晶性塑料，無明顯熔點(diǎn)，熔體黏度較高。玻璃化溫度140°～150℃，熔融溫度215℃～225℃，成型溫度250℃～320℃。2、在正常加工溫度范圍內(nèi)熱穩(wěn)定性較好，300℃長時(shí)停留基本不分解，超過340℃開始分解，粘度受剪切速率影響較小。3、流變性接近牛頓性液體，表觀黏度受溫度的影響較大，受剪切速率的影響較小，相對分子質(zhì)量的增大而增大。PC分子鏈中有苯環(huán)，所以分子鏈剛性大。4、PC的抗蠕變性好，尺寸穩(wěn)定性好；但內(nèi)應(yīng)力不易消除。5、PC高溫下遇水易降解，成型時(shí)要求水分含量在0.02%以下。6、制品易開裂。

（二）PC樹脂的工藝流程及影響：PC樹脂的成型工藝控制在成型加工上，水分控制及成型加工條件之選擇是影響成型品質(zhì)最重要的兩個(gè)因素，茲分述如下：

1、水分控制 PC類塑膠即使用遇到非常低之水分亦會產(chǎn)生水解而斷鍵、分子量降低和物性強(qiáng)度降低之現(xiàn)象，因此在成型加工前應(yīng)嚴(yán)格地控制PC樹脂之水分在0.02%以下，以避免成型品的機(jī)械強(qiáng)度降低或表面產(chǎn)生氣泡、銀紋等異常外觀。為避免水分所產(chǎn)生異常之情況，聚碳酸酯在加工前，應(yīng)先經(jīng)熱風(fēng)干燥3~5h以上，溫度定為120℃，或者用除濕干燥機(jī)來處理水分。2、原料選擇 為滿足各種成型工藝的需求，PC樹脂有不同熔體流動速率的規(guī)格。通常熔體流動速率介于5~25g/10min都可適用于注塑成型。但是其最佳加工條件因注塑機(jī)種類、成型品之形狀以及PC樹脂規(guī)格不同而有相當(dāng)之差異，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整。3、注塑機(jī)選擇要點(diǎn) 鎖模壓力：以成品投影面積每cm2*0.47~0.48T（或每平方寸*3~5T）機(jī)臺大小：成品重量約為注塑機(jī)容量的40~60%為最佳，如機(jī)臺以PS來表示容量（盎司）時(shí)，需減少10%，始為使用PC之容量，（1盎司=28.3公克）。螺桿：螺桿長度最少應(yīng)有15個(gè)直徑長，其L/D為20：1最佳，壓縮比宜1.5：1至30：1。螺桿前端之止流閥應(yīng)采用滑動環(huán)式，其樹脂流動間隙最少應(yīng)有3.2mm。噴嘴：尖端開口最少有4.5mm直徑。若成品重量為5.5kg以上，則噴嘴直徑應(yīng)為9.5mm以上，另外，尖端開口需比澆口直徑少0.5~1mm，且段道愈短愈好，約為5mm。4、成型條件要點(diǎn)：熔融溫度與模溫：最佳的成型溫度設(shè)定與很多因素有關(guān)，如注塑機(jī)大小，螺桿組態(tài)、模具及成型品的設(shè)計(jì)和成型周期等。一般而言，為了讓塑料漸漸在熔融，在料管后斷/進(jìn)料區(qū)設(shè)定較低的溫度，而在料管前段設(shè)定較高的溫度。但若螺桿設(shè)計(jì)不當(dāng)或L/D值過小。

逆向式的溫度設(shè)定亦可。模溫方面，高模溫可提供較佳的表面外觀，殘留應(yīng)力也會較小，且對較薄或較長的成型品也較填滿；而低模溫則能縮短成型周期。螺桿回轉(zhuǎn)速度：在40~70rpm較佳，但需視機(jī)臺與螺桿設(shè)計(jì)而調(diào)整。注射壓力：根據(jù)制品壁厚程度可采取85~140kg/cm2。背壓：一般設(shè)定愈低愈好，便為求進(jìn)料均勻，建議使用3~14kg/cm2。注射速度：射速度澆口設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。使用直接澆口或邊緣澆口時(shí)，為防止日暉現(xiàn)象和波流痕現(xiàn)象，則應(yīng)用較慢這射速，另外，如成品厚度在5mm以上，為避免氣泡或凹陷慢速射出會有幫助。一般而言，射速原則為薄者快，厚者慢。從注塑切換到保壓，保壓要盡量低。以免成型品發(fā)生殘留應(yīng)力。而殘留應(yīng)力可用退火方式來解除或減輕，條件是120~130℃約三十分鐘至一小時(shí)。

四、PC合金的應(yīng)用

（一）PC／ABS合金：PC與ABS共混物可以綜合PC和ABS的優(yōu)良性能，提高ABS的耐熱性、抗沖擊和拉伸強(qiáng)度，降低PC成本和熔體粘度，改善加工性能，減少制品內(nèi)應(yīng)力和沖擊強(qiáng)度對制品厚度的敏感性。目前PC／ABS合金發(fā)展迅速，全球產(chǎn)量約為80萬噸/年左右，世界各大公司紛紛開發(fā)推出PC／ABS合金新品種，如阻燃、玻纖增強(qiáng)、電鍍、耐紫外線等品種，尤其是在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，另外還廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)和電子電氣部件等。

（二）PC／PBT合金：PBT具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕及易成型等特點(diǎn)，將PBT與PC共混制得合金材料可以提高PC流動性、改善了加工性能和耐化學(xué)藥品性。由于PBT是結(jié)晶聚合物，與PC共混時(shí)易發(fā)生相分離，界面粘結(jié)不好，因而其沖擊韌性不理想，通常加入一定量彈性體以提高共混物的沖擊強(qiáng)度。如熱塑彈性體乙烯／甲基丙烯酸酯共聚物的鋅鹽，對PC／PBT共混體系起到增容增韌作用。

（三）PC／PET合金：PET具有較好的力學(xué)性能和耐化學(xué)藥品性，PC／PET既有PC的剛性和耐熱性，又有PET的耐溶劑性，而且PET的加入還能改善PC的加工流動性。在PC／PET共混體系中，加入彈性體如聚丙烯酸丁酯，可以提高合金的韌性和抗沖擊強(qiáng)度。

五、結(jié)語

目前關(guān)于PC材料的研究與開發(fā)日新月異，還有多種PC合金不斷被開發(fā)并推向市場，可以明顯提高PC彎曲彈性模量、拉伸強(qiáng)度等；隨著PC材料的研究不斷進(jìn)展，PC的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大。