PC材料的特性和成型工藝

1、PC材料的特性和成型工藝 PC樹脂的材料特性和成型工藝聚碳酸酯 (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(zhǎng)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(dòng)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樹脂的應(yīng)用與發(fā)展：70年代PC多用作連接器、開關(guān)等電氣、電子零件，到80年代前半期應(yīng)用擴(kuò)展至精密機(jī)械 (照相機(jī)、鐘表) 、電動(dòng)工具和光學(xué)機(jī)械上，成為PC的第一發(fā)展期。80年代后

2、半期PC的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大到辦公設(shè)備、汽車、激光唱片 (CD), 需求量大增而成為第二個(gè)發(fā)展期。進(jìn)入90年代以后受經(jīng)濟(jì)影響速度放緩,但在19921994年間仍有1015的增長(zhǎng)率。PC之所以有大的市場(chǎng)容量是由于它具有比較全面平衡的性能-優(yōu)良的耐沖擊性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、透明及自熄性等，因此在電氣、電子、精密機(jī)械、汽車、保安、醫(yī)療等領(lǐng)域成為可廣泛使用的工程塑料。90年代中期又開發(fā)出PC/ABS合金的復(fù)合化技術(shù), 更擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域。目前PC廣泛應(yīng)用于汽車、電子電氣、建筑、辦公設(shè)備、包裝、運(yùn)動(dòng)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合金改性PC

3、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(duì)制品厚度的敏感性。目前PCABS合金發(fā)展迅速，全球產(chǎn)量約為80萬(wàn)噸/年左右，世界各大公司紛紛開發(fā)推出PCABS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。我國(guó)近年來也開始一定研究和生產(chǎn)，如上海杰事杰公司的PCABS合金材料已應(yīng)用于汽車裝飾件、燈殼和耐熱電器殼體；中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)所開發(fā)的高耐熱、高耐熱高抗沖、高耐熱阻燃三個(gè)品級(jí)的PCABS合金材料

4、已被國(guó)內(nèi)數(shù)家汽車制造公司使用，用做前裝飾板、儀表板及物品箱蓋專用料等。蘭州大學(xué)研究在PCABS共混體系中加入高壓聚乙烯進(jìn)行增容改性，得到混合物流動(dòng)性好且低溫韌性與模量幾乎不受影響，適用于制作薄壁板材；國(guó)內(nèi)研究人員為了降低PCABS兩相之間的界面能，在PC和ABS中加入抗沖擊劑MBS，合金的空沖擊度可以達(dá)到極高值，PCABSMBS外觀呈象牙白、質(zhì)地均勻、手感極佳。PCPS合金：該合金為部分兼容、非晶非晶體系。在PC中加入PS可以降低PC粘流活化能，從而改善PC的加工流動(dòng)性，加入少量的PS可使PC熔體粘度大幅度下降，PS在PC中還可以起到剛性有機(jī)填料的作用，PC與PS均為透明材料，二者折射率非常接

5、近，因此PCPS合金透明，具有良好的光學(xué)特性。PCPS合金組成對(duì)合金力學(xué)性能、熱性能和加工性能影響較大，隨著PS含量的增加，PCPS體系的流動(dòng)性增加，硬度、拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度提高，而熱變形溫度下降。當(dāng)PS含量在某一值時(shí)候，沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)極大值。因此選擇合適的PC和PS配比，可以制得高性能的PCPS合金。另外增容劑對(duì)PCPS共混體系的性能有較大影響，通常選用苯乙烯，通過在PC末端引發(fā)雙鍵接枝苯乙烯，得到接枝聚合物對(duì)PCPS共混體系有增容作用，可以大大提高PC與PS兼容性，這種材料適合制作光盤等。近年來PCPS合金應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，新品種不斷涌現(xiàn)，如日本推出的PCPS合金Novally x

6、 7000， 同ABS一樣，易上漆及進(jìn)行油墨印刷；日本出光石化推出不合鹵素的PCPS阻燃合金系列，與阻燃ABS相比，具有韌性高、流動(dòng)性好、剛性高、阻燃性好等特點(diǎn)。PCPBT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(dòng)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(duì)PCPBT共混體系起到增容增韌作用。另外加入一些結(jié)晶成核劑可以提高共混體系結(jié)晶度；在PCPBT共混體系中加入少量低壓

7、聚乙烯，可以提高共混物的流動(dòng)性，對(duì)共混體系起增韌作用，并可改善合金的外觀；在PCPBT中加入乙烯乙酸乙烯酯共聚物可以進(jìn)一步增強(qiáng)兼容性并提高耐沖擊強(qiáng)度；PC與PBT之間發(fā)生酯化反應(yīng)，可以提高其兼容性，日本科研人員用PC和PBT在酯交換催化劑存在下，制得PCPBT共混物，綜合性能良好，而且具有較好透明性；用與PC折光率相近的玻璃纖維增強(qiáng)PCPBT，不但體系綜合性能優(yōu)良，且透明性好，可以做玻璃代替材料。目前國(guó)外PCPBT合金產(chǎn)品主要用于汽車保險(xiǎn)杠、包裝薄膜材料、汽車底座和座位等。PCPET合金：PET具有較好的力學(xué)性能和耐化學(xué)藥品性，PCPET既有PC的剛性和耐熱性，又有PET的耐溶劑性，而且PET

8、的加入還能改善PC的加工流動(dòng)性。國(guó)內(nèi)研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PCPET比例為13的時(shí)候，兩相之間形成了界面層，此時(shí)PCPET兼容性最好。另外PC與PET發(fā)生酯交換反應(yīng)是提高兼容性最好的辦法之一，其中催化劑種類選擇對(duì)反應(yīng)影響非常大，通過研究發(fā)現(xiàn)鑭系催化劑與傳統(tǒng)的催化劑(如鈦類)相比有較高的催化活性，而且沒有副反應(yīng)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)酯交換反應(yīng)主要發(fā)生于兩相界面處。在PCPET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。目前關(guān)于PC合金的研究與開發(fā)日新月異，還有多種PC合金不斷被開發(fā)并推向市場(chǎng)，尤其是聚酯共混改性PC，如PETPCL(由乙二醇、低分子量聚己內(nèi)酯和對(duì)苯二甲酸共聚而成的多嵌段共

9、聚酯)與PC共混改性；由1，4-環(huán)已烷二甲醇、乙二醇和對(duì)苯二甲酸制的聚酯與PC共混改性，可以明顯提高PC彎曲彈性模量、拉伸強(qiáng)度等；聚己內(nèi)酯以玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，用酯交換催化劑促進(jìn)聚己內(nèi)酯與PC進(jìn)行共混改性，可以得到加工性能好、高剛性的透明材料；聚(1，4-環(huán)己烷二甲酸-1，4-環(huán)己烷二甲醇)酯改性PC，可以明顯改善PC的透明性和耐黃變性能，可以用作光盤材料；液晶聚酯改性PC，可以用來改善PC的熔融加工性能和力學(xué)性能。應(yīng)用領(lǐng)域拓展 隨著PC合金材料的研究不斷進(jìn)展，PC的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，以下簡(jiǎn)要介紹一些國(guó)內(nèi)PC極具開發(fā)前景的應(yīng)用領(lǐng)域。寬波透光的光學(xué)器械：作為一種透明性能良好的工程塑料，PC作為

10、光盤基材在全球大量使用， 不僅可以制備CD、VCD、DVD光盤，還可以適用于高密度記錄光盤的基材，尤其是PC與苯乙烯接枝生成的共聚物具有極佳的應(yīng)用效果。PC片材特別適宜于制作眼鏡鏡片，在PC分子鏈中引入硅氧基團(tuán)，可以提高其硬度及耐擦傷性。PC作為高折射率塑料，用于制作耐高溫光學(xué)纖維的芯材，若在PC分子鏈中的C-H鏈為C-F鏈所取代，則可以對(duì)可見光的吸收減少，能有效降低傳遞途中的信號(hào)損失。另外PC良好透光性，在透明窗材高層建筑幕墻、機(jī)場(chǎng)和體育場(chǎng)館透明建筑材料等方面應(yīng)用非常普遍和具有潛力，今后重點(diǎn)是提高表面硬度和抗靜電性。阻燃環(huán)保的通信電器：由于PC良好電絕緣性能，廣泛應(yīng)用于通信電信設(shè)備領(lǐng)域， 目

11、前PC已經(jīng)大量替代原有的酚醛塑料，今后重點(diǎn)開發(fā)阻燃PC用于通信電器領(lǐng)域中，因此無污染阻燃PC材料成為開發(fā)重點(diǎn)，溴系阻燃劑由于毒性在減少使用，而無鹵環(huán)保磷系阻燃劑會(huì)明顯降低PC的熱變形溫度和沖擊強(qiáng)度，因此比較適宜的是有機(jī)硅系阻劑。另外隨著通信電器輕量小型化對(duì)PC材料提出更高要求，目前PCABS合金就特別適宜在通信電器及航空航天工業(yè)中應(yīng)用。表面金屬化的汽車部件：PC表面金屬化后具有良好的金屬光澤及高強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于各種汽車零部件中，但是電鍍過程中會(huì)降低它的沖擊韌性，因此采用彈性體與PC共混改性，所合彈性體分散了致開裂應(yīng)力，雖經(jīng)電鍍也不會(huì)降低其沖擊韌性，因此電鍍級(jí)PC樹脂非常具有開發(fā)前景。另外表面金

12、屬化的PC還可以作為電磁波的屏蔽材料，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中。低殘留有害物的食品容器：工業(yè)合成PC是雙酚義型，由于合成時(shí)有微量未反應(yīng)的單體雙酚A殘留在樹脂中，在作為飲用水桶和食品容器時(shí)，易被溶出而影響人們身體健康，因此要開發(fā)衛(wèi)生級(jí)的PC樹脂，用作飲水桶和其它食品容器的生產(chǎn)與使用，國(guó)內(nèi)應(yīng)用前景非?？春?。防開裂脆化的醫(yī)療器械：PC具有諸多優(yōu)異性能，目前已應(yīng)用于醫(yī)療器械中，由于其耐化學(xué)品性較差，在化學(xué)藥品存在下易引起內(nèi)應(yīng)力開裂，如PC在人工透析器、人工肺等醫(yī)療器械中應(yīng)用要解決高溫消毒導(dǎo)致裂紋的老化現(xiàn)象，若克服這些缺點(diǎn)，PC在醫(yī)療器械中應(yīng)用可迅速擴(kuò)大。PC樹脂的材料性能PC（聚碳酸酯）是一種無色透明的工程塑料

13、，具有極高的沖擊強(qiáng)度，寬廣的使用溫度范圍，良好的耐蠕變性、電絕緣性和尺寸穩(wěn)定性、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；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(dòng)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(dòng)率的PC材料；反之，可以使用高流動(dòng)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

14、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。PC樹脂的成型工藝：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140150，熔融溫度215225，成型溫度250320。2、在正常加工溫度范圍內(nèi)熱穩(wěn)定性較好，300長(zhǎng)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(duì)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

15、。6、制品易開裂。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：A、水分控制 PC類塑膠即使用遇到非常低之水分亦會(huì)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，聚碳酸脂在加工前，應(yīng)先經(jīng)熱風(fēng)干燥35h以上，溫度定為120，或者用除濕干燥機(jī)來處理水分。B、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(dòng)速率的規(guī)格。通常熔體流動(dòng)速率介于525g/10min都可適用于注塑成型。但是其最

16、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。C、注塑機(jī)選擇要點(diǎn) 鎖模壓力：以成品投影面積每cm2*0.470.48T（或每平方寸*35T）機(jī)臺(tái)大?。撼善分亓考s為注塑機(jī)容量的4060%為最佳，如機(jī)臺(tái)以PS來表示容量（盎斯）時(shí)，需減少10%，始為使用PC之容量，（1盎斯=28.3公克）。螺桿：螺桿長(zhǎng)度最少應(yīng)有15個(gè)直徑長(zhǎng)，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(dòng)環(huán)式，其樹脂流動(dòng)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0.51mm，且段道愈短愈好，約為5mm。D、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(huì)較小，且對(duì)較薄或較長(zhǎng)的成型品也較填滿；而低模溫則能縮短成型周期