PC塑料技術(shù)手冊(cè)

1、 PC塑料技術(shù)手冊(cè) 作成：胡三本 目 錄一、 何謂PC二、 PC物性三、 PC塑料射出成型四、 PC塑料在車(chē)燈上的應(yīng)用五、 PC燈殼之耐候認(rèn)證六、 其它注意事項(xiàng)一、 何謂PC： PC為Polycarbonate之簡(jiǎn)稱(chēng)，中文名為聚碳酸酯；其結(jié)構(gòu)如下： CH3 O C OC n n85130 CH3 PC為有機(jī)高分子材料，其制造方法有溶劑法(又稱(chēng)光氣法)和熔融法 (又稱(chēng)酯交換法)。前者是在酸結(jié)合劑及溶劑的存在下，對(duì)Bisphenol A灌 進(jìn)光氣 (COCl2) 而起界面重聚反應(yīng)合成的。酸結(jié)合劑有使用Pyridine而 在非水系反應(yīng)之Pyridine法和使用堿液的堿水溶液法，后者較具經(jīng)濟(jì)性 。制造

2、技術(shù)上Bisphenol A的純度，分離精制工程中的不純物去除法以及 溶解于溶劑中的PC分離技術(shù)等都需費(fèi)一番心機(jī)。在工程上也有采取連 續(xù)法，藉此減低Bisphenol A使用量等改善方案，最近的趨勢(shì)則傾向于為 節(jié)省能源的工程改良為主題。用溶劑法的制品，可合成的分子量范圍廣 泛，品質(zhì)良好；因此熔融法的生產(chǎn)方式已漸漸被淘汰。二、 PC物性：1. PC在工程塑料中算是性質(zhì)平衡的樹(shù)脂，下表是PC代表性用途中的利 用特性及替代理由。用 途所 利 用 的 特 性成 形 材 料替 代 理 由耐沖擊性耐熱性透明性尺寸精度尺寸安定難燃性耐候性無(wú)毒性電氣特性輕量化絕緣化一體化安全化生產(chǎn)性降低成本聯(lián)結(jié)器熱硬化性樹(shù)脂

3、繼電器蓋鐵板、AS樹(shù)脂吹風(fēng)機(jī)殼套熱硬化性樹(shù)脂船用燈身炮金汽車(chē)車(chē)門(mén)把手鋅模制品照相機(jī)零件鋁模制品電動(dòng)工具殼套鋁模制品儀表用玻璃玻璃鋼盔FRP人工透析零件PVC奶瓶玻璃 2. TYC使用PC之物性： 廠(chǎng)牌 物性 單 位住友303-10(PC透明料)奇異LS2-111(PC透明料)陶氏330(PC+GF30)比重-1.21.21.42吸水性%0.150.15-模收縮率%0.50.70.50.70.10.3全光透過(guò)率%9089不透明熔流指數(shù)g/10min10116.5引張強(qiáng)度kg/cm7206301000延伸率%130100-彎曲強(qiáng)度kg/cm9809501300彎曲彈性率kg/cm250002400

4、066000IZOD沖擊強(qiáng)度kg.cm/cm918714熱變形溫度荷18.6kg/cm136132142荷4.6kg/cm148138-線(xiàn)膨脹系數(shù)10-5/-6.87-燃燒性 (UL94)-V-2V-2V-0 3.沖擊特性： PC的耐沖擊性在所有工程塑料中特別高，不過(guò)沖擊性也會(huì)因加力 方法或應(yīng)變速度而顯示不同的行動(dòng)。另外，破壞狀態(tài)中也有延性破壞 及脆性破壞之分，影響這些差異因素是分子量、溫度、角隅弧度、厚 度、添加物、裂化等。 當(dāng)分子量達(dá)2.0104以下時(shí)沖擊強(qiáng)度會(huì)大幅降低，在這以上則逐漸 上升；到2.81043.0104達(dá)最高點(diǎn)，此分子量用于鋼盔等需要高度耐 沖擊性的制品 (燈殼用之PC分子

5、量約2.0104左右) 。當(dāng)改變?nèi)笨谙?端的弧度時(shí)就會(huì)對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生很大的變化；角隅弧度的影響亦則角隅部位 的應(yīng)變速度的改變，弧度愈小破壞部位的應(yīng)變速度則增大而移向于脆性 破壞；另一方面角隅弧度的影響也與分子量有關(guān)，分子量愈小缺口感也 升高，弧度的影響增大。關(guān)于厚度的影響，在平板落球沖擊試驗(yàn)上并沒(méi) 有明顯傾向；但在附有缺口的Izod沖擊試驗(yàn)上，當(dāng)厚度到56以上 則會(huì)發(fā)生脆性破壞。在低溫時(shí)影響沖擊強(qiáng)度愈大，亦則分子量愈大低溫 耐沖擊特性愈好，在室溫顯示脆性破壞的低分子量材料，在高溫時(shí)會(huì)顯 示延性破壞。添加物是對(duì)PC的耐沖擊性發(fā)生莫大影響的因素，通常用 顏料、可塑劑、紫外線(xiàn)吸收劑、離型劑來(lái)做添加物時(shí)，

6、其含量超過(guò)某一 程度，沖擊強(qiáng)度就明顯下降；因此，添加物的添加量多半考量與沖擊強(qiáng) 度的平均上來(lái)決定。 4.光學(xué)性質(zhì)： PC在工程塑料中以透明性凸顯而被應(yīng)用于特種方面；盡管之前就 有PMMA，但從沖擊強(qiáng)度、耐熱性、尺寸安定性來(lái)看，PC是一種更 佳的高級(jí)透明材料，其用途已擴(kuò)至光學(xué)用。PC在不含紫外線(xiàn)吸收劑時(shí) 會(huì)吸收280290nm；對(duì)于可見(jiàn)光線(xiàn)通?？蛇_(dá)8090之光線(xiàn)透過(guò)率(與 厚度有關(guān))；對(duì)于紅外線(xiàn)部分，則厚度達(dá)5.0m以上就幾乎不透過(guò)。PC 的折射率約1.58，比PMMA(1.49)大，更適合于透鏡的設(shè)計(jì)。PC會(huì)被 290nm之紫外線(xiàn)作用發(fā)生光氧化反應(yīng)而劣化，劣化現(xiàn)象從表面開(kāi)始， 引發(fā)變黃，切斷主

7、鏈而引起分子量降低、架橋、產(chǎn)生凝膠等各種化學(xué) 構(gòu)造的變化，繼而引起機(jī)械強(qiáng)度和柔軟性的降低，終至龜裂；因此， 添加紫外線(xiàn)吸收劑可把劣化現(xiàn)象抑制至相當(dāng)程度。TYC用于車(chē)燈燈殼 之PC，因需要長(zhǎng)時(shí)間暴露在戶(hù)外，使用之原料規(guī)格皆有添加紫外線(xiàn)吸 收劑。 5.應(yīng)力龜裂性： 當(dāng)PC超過(guò)一定水準(zhǔn)之應(yīng)力就產(chǎn)生龜裂。界限應(yīng)力與分子量有關(guān)， 分子量為24000以上時(shí)為300/2，分子量為22000以上時(shí)為200 /2。因此假如殘留應(yīng)力或箍模部應(yīng)力在這界限應(yīng)力以下的話(huà)就不致 于產(chǎn)生裂痕；不過(guò)也有例外：A.在成型過(guò)程中材料分解裂化而分子量降低至20000以下時(shí)界限 應(yīng)力會(huì)極端降低。B.有缺口或焊接部分。C.在化學(xué)環(huán)境中

8、使用(通常以環(huán)境應(yīng)力龜裂表示)。 PC在實(shí)用上以C的情形問(wèn)題較大。因?yàn)楫a(chǎn)生裂紋的情形不僅是一般的 有機(jī)溶劑，而與油類(lèi)、接著劑、橡膠迫緊、PVC接觸時(shí)，即使在應(yīng)力 不大時(shí)也常發(fā)生裂紋事故。原因多半是這些材料所含添加物引起的； 問(wèn)題是添加物的種類(lèi)一般并沒(méi)有公開(kāi)，因此預(yù)測(cè)就顯得極為困難。 6.尺寸安定性： 尺寸安定性的概念中應(yīng)包括吸水膨脹、熱膨脹、熱縮收、蠕變變形 等。比起結(jié)晶性塑料(PA、PBT、POM)，非晶性PC塑料的尺寸安定性 是特別優(yōu)越。PC因吸水而產(chǎn)生的尺寸變化為0.02(/)；熱膨脹率 與一般塑料大致相同；熱縮收率在120處理時(shí)約0.1左右；成形縮 收率(?？s收率)為0.50.7。三、

9、 PC塑料射出成型：1. 成型機(jī)的選擇： PC是一種高粘度塑料，因此在選擇成型機(jī)時(shí)要注意下列事項(xiàng)：A.為防止因材料滯留而燒焦，螺旋最好用不附逆流防止環(huán)的，噴 嘴則用開(kāi)放型。 B.以往箍模力的計(jì)算都用P350500/2 S (S為投影面積)公 式；隨著高壓射出的趨勢(shì)，選定成型機(jī)宜采用比上式高之壓力。 C.射出率愈高愈適合薄制品。 最近成形條件趨勢(shì)傾向多段控制或死循環(huán)控制，多段控制的項(xiàng)目包括射 出速度、射出壓、背壓、螺旋轉(zhuǎn)數(shù)等；死循環(huán)控制應(yīng)包括實(shí)際造成制品 的模具的控制。 其它的特殊成形機(jī)有噴孔式射出成型機(jī)、超高壓成型機(jī)、射出壓 縮成型機(jī)；噴孔式射出成型機(jī)使用PC時(shí)即使材料未干燥也可以順利 成形。

10、使用超高壓成型機(jī)成形PC制品時(shí)，成形縮收會(huì)減少；射出壓 縮成型機(jī)則適合厚成型品及不要有光學(xué)歪形的成形品。2. 成型條件： PC的成型溫度最高限制為320，但高速成型時(shí)常有330340 的高溫出現(xiàn)；模具溫度，只要厚度薄而均一，在60以下的低溫也可 順利成型，但若要減少成型內(nèi)應(yīng)力，模具溫度最好提升至100120 以上。 成型時(shí)的材料劣化主要有因水份存在引發(fā)的水解、因氧氣存在而 引起的氧化分解、因加熱而引起的熱分解，這些因素在成型過(guò)程中相 互交錯(cuò)進(jìn)行，情況復(fù)雜。成型上的有關(guān)因素是原料的預(yù)備干燥、成型溫 度、滯留于料管中的時(shí)間、背壓、螺旋轉(zhuǎn)數(shù)等。PC原料的預(yù)備干燥只 要嚴(yán)守干燥條件(120 45小時(shí)以

11、上)應(yīng)無(wú)問(wèn)題；但在使用回收料時(shí) 容易發(fā)生干燥不充分而誘起水解劣化。成型溫度與滯留于料管中的時(shí) 間相關(guān)聯(lián)，成型溫度在300以下滯留于料管中的時(shí)間可達(dá)120分鐘， 若成型溫度在320滯留于料管中的時(shí)間勿超過(guò)30分鐘。背壓及螺旋 轉(zhuǎn)數(shù)則與供料處一方的空氣帶入或揮發(fā)成分的脫氣有關(guān)，提升背壓而 降低轉(zhuǎn)數(shù)則可提高脫氣效果并防止因氧氣引發(fā)的焦燒現(xiàn)象。 成形變形可分為定向變形和在玻璃轉(zhuǎn)移溫度以下發(fā)生的變形(冷卻 變形)。定向變形是分子主鏈在保壓過(guò)程中定向而產(chǎn)生的，肉眼可以看 出光彈性條紋；冷卻變形與分子鏈接合角或結(jié)合間隙等變形有關(guān)，浸 漬于有機(jī)溶劑時(shí)看到的龜裂就是由冷卻變形引起的，可用120回火處 理即可解決

12、。定向變形在透鏡等光學(xué)用途是一種障礙；樹(shù)脂溫度愈高保 壓愈低定向變形愈少；低分子量的材料所成型的制品定向變形愈少。冷 卻變形之影響因素有模溫及保壓，模溫愈高保壓愈低冷卻變形愈少。3. 品質(zhì)管制： 不論如何測(cè)試已成型的完成品品質(zhì)，都不是根本解決的方法，畢 竟從設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始檢討及討論測(cè)試的方法較重要。PC塑料之缺點(diǎn) 包括耐溫水性、耐堿性、耐有機(jī)溶劑性、耐疲勞性，故在設(shè)計(jì)時(shí)就要 考量角隅弧度及結(jié)合強(qiáng)度等，另外亦須檢討材料、成型機(jī)、模具、成 型條件等因素。試作時(shí)(非量產(chǎn)后)PC的品質(zhì)評(píng)鑒方法有：A.測(cè)定分子量 (黏度平均分子量)。B.耐沖擊試驗(yàn)。C.外觀(guān)檢查。D.溶劑浸漬試驗(yàn)。E.成型品之環(huán)境加速試

13、驗(yàn)。F.裝配作業(yè)試驗(yàn)。G.完成品環(huán)境試驗(yàn)。 量產(chǎn)階段常發(fā)生的問(wèn)題： A.因材料批號(hào)、成型機(jī)、模具品號(hào)而產(chǎn)生的變動(dòng)。 B.長(zhǎng)久成型時(shí)模具溫度的變動(dòng)、料管內(nèi)死角的材料滯留焦燒。 C.因使用回收料而產(chǎn)生的劣化。 D.因作業(yè)者不同而發(fā)生的偏差。四、 PC塑料在車(chē)燈上的應(yīng)用：1. 透明件：A.燈殼：(Lens) PC塑料用于頭燈、霧燈、角燈燈殼上，主要是利用PC的 高透明度(厚度3時(shí)，可見(jiàn)光穿透率約8890)、高耐沖 擊性(有缺口的Izod沖擊強(qiáng)度達(dá)80-/以上)、高熱變形 溫度(荷重4.6/2時(shí)達(dá)135以上)，在造型上可較流線(xiàn)形 的設(shè)計(jì)(玻璃燈殼很難達(dá)成)。 應(yīng)用于頭燈燈殼的PC塑料，一般使用透明無(wú)色

14、的新料，且 是有添加紫外線(xiàn)吸收劑的新料(例如奇異PC-GE111C、住友 PC-JY30310C)；射出成必須做回火處理，以消除成型時(shí)的殘 留應(yīng)力，回火條件為將成型品放置120之環(huán)境下2小時(shí)以上 (低于HDT 510 48小時(shí)為佳)。 用于頭燈之PC燈殼必須在其表面Coating一層較硬的樹(shù)脂， 保護(hù)材質(zhì)較軟的PC免被刮傷及溶劑的侵蝕。此層樹(shù)脂之加工 可分Thermoset及UV curing涂料，效果以UV curing較佳。 B.內(nèi)套：(Inner Lens) PC塑料用于內(nèi)套上，必須注意耐熱及色度問(wèn)題：a.耐熱問(wèn)題：若后燈或角燈之內(nèi)套為杯形，則須注意其內(nèi)壁 受熱狀況，受熱因素有杯形內(nèi)空間

15、或尺寸、燈泡之瓦特?cái)?shù) 、該燈泡之功能(方向燈、煞車(chē)燈、倒車(chē)燈等)、燈泡(絲)至 內(nèi)套距離、內(nèi)套本身是否有散熱設(shè)計(jì)(燈泡上方的內(nèi)套開(kāi)孔) 等。若后燈或角燈之內(nèi)套為板形(有魚(yú)眼或花紋者)，受熱狀 況較杯形者低。不論但若杯形或板形內(nèi)套，其受熱溫度勿 超過(guò)140(新料)，否則將可能導(dǎo)致變形。b.色度問(wèn)題：PC塑料用于內(nèi)套都須染色(本色除外)，方向燈為 琥珀色，煞/行車(chē)燈為紅色，頭燈、倒車(chē)燈為白色；正規(guī)車(chē)及 改裝車(chē)燈種若須通過(guò)法規(guī)認(rèn)證，其顏色色度要符合色度法規(guī) 標(biāo)準(zhǔn)。 各種顏色色度范圍如下：(xyz1)地區(qū)顏色SAEECEJIS琥珀色y0.39y0.790.67xyx0.12y0.398y0.429z0

16、.007y0.398y0.429z0.007紅色y0.33y0.98xy0.335z0.008y0.335z0.008白色x0.31x0.50y0.150.64xy0.44y0.38y0.050.75xx0.500x0.310y0.440y0.382y0.1500.64xy0.0500.75xx0.500x0.310y0.440y0.382y0.1500.64xy0.0500.75x 2. 不透明件：A.副反射鏡(RS)： PC塑料用于RS上，大部份皆須要真空鋁蒸鍍：若整個(gè)RS都 要蒸鍍，則選用黑色PC塑料較佳；若RS只有部份要蒸鍍，即 從外觀(guān)可以看到原素材顏色者，則須按照KD件顏色，對(duì)照現(xiàn)有

17、 PC色板，選取適當(dāng)顏色料號(hào)成形，以免產(chǎn)生色差客訴。 PC塑料用于RS上，真空鋁蒸鍍時(shí)須注意外觀(guān)品質(zhì)(因有RS的燈 具，其燈殼大多為無(wú)花紋之透明燈殼)、真空底漆的耐熱程度。B.反射鏡(R)或底座(B)： PC塑料用于R或B上，若須保留背面顏色者或不須真空鋁蒸鍍 者 (如側(cè)面標(biāo)示燈或改裝車(chē)燈等)，則按照KD件顏色，對(duì)照現(xiàn)有 PC色板，選取適當(dāng)顏色料號(hào)成形，以免產(chǎn)生色差客訴。五、 PC燈殼之認(rèn)證： PC塑料用于戶(hù)外件時(shí)，若有安全虞慮(像車(chē)燈)就須要有耐候認(rèn)證：A.SAE：根據(jù)SAE J576C法規(guī)之耐候測(cè)試規(guī)定：將被測(cè)物 (該被測(cè)物 可以為沒(méi)Coating的試片，也可以為有Coating，有Coa

18、ting者 須注明Coating涂料廠(chǎng)商及涂料規(guī)格。PC試片厚度分別為1/4、 1/8、1/16 inch)分別置放于美國(guó)高溫高濕的Florida州及高溫干 燥的Arizona州之戶(hù)外向南方45O角擺放，歷經(jīng)三年的風(fēng)吹日 曬雨淋后，量測(cè)試驗(yàn)前后之差異。量測(cè)項(xiàng)目有：(a)Appearance：測(cè)后外觀(guān)不得有龜裂、剝落等嚴(yán)重異常現(xiàn)象。(b)Percent Luminous Transmittance & Percent Change in Luminous Transmittance：比較三年耐候測(cè) 試前后，全光(380nm780nm)穿透率的改變程度。(c)Chromaticity Coordi

19、nates (CIE Illuminant A)：以CIE標(biāo)準(zhǔn)A 光源量取測(cè)試前后之色差。 (d)Transmission Haze：模糊度的改變。 若上述測(cè)試結(jié)果皆能符合檢驗(yàn)規(guī)格，則會(huì)將該P(yáng)C的生產(chǎn)工廠(chǎng) 、商品名稱(chēng)、材質(zhì)、規(guī)格編號(hào)、顏色，登錄在A(yíng)MECA之手冊(cè) 中；若有Coating，則Coating涂料廠(chǎng)商、涂料規(guī)格編號(hào)、地址 亦一并登錄其中。以使用者立場(chǎng)(如TYC)，只須查閱該手冊(cè)，即可輕易得知哪些PC塑料搭配哪些Coating涂料之認(rèn)證。 B.ECE：根據(jù)ECE Reg.57法規(guī)，使用塑料材質(zhì)燈殼之燈具，須做下列之 測(cè)試：(a)耐溫度循環(huán)：下列條件做5個(gè)循環(huán)(i) 402及8595RH

20、 3小時(shí)(ii) 235及6075RH 1小時(shí)(iii) -302 15小時(shí)(iv) 235及6075RH 1小時(shí)(v) 802 3小時(shí)(vi) 235及6075RH 1小時(shí) 試驗(yàn)前后之配光值差異不得超過(guò)10。 (b)耐大氣射線(xiàn)：將試品置于相當(dāng)于色溫5500 O K及6000 O K 下(用濾光片降低低于295nm及高于2500nm之輻射)，照射 總能量為4500200MJ/m2；照射期間并以235蒸餾水 噴灑(噴5分、干25分循環(huán))。 試驗(yàn)后之樣品不得有破裂、變形等異樣；透光率差異(tm)不 得超過(guò)0.020。 (c)耐化學(xué)藥劑：以體積比混合正-庚烷61.5、甲苯12.5、 四氯乙烷7.5、

21、三氯乙烯12.5、二甲苯6之溶劑涂抹于 試片上10分中(施壓50N/m2)。 試驗(yàn)前后之光量分布變異(dm)不得超過(guò)0.020。 (d)耐清潔劑及烴化物：將試品加熱至505，涂抹99蒸 餾水與1磺化月桂酸混合物5分鐘，再加溫至505 干燥，再以濕布擦凈。原試品再以正-庚烷70與甲苯30 (體積比)涂抹。 透光率的變異量(tm)不得超過(guò)0.010。 (e)耐機(jī)械破壞：用直徑1.3噴嘴之噴槍?zhuān)瑝毫?.06.5bars， 流速0.240.02 L/min之砂漿(Mohr硬度為7的硅砂，粒徑 大小為00.2與水混合比：每升水加25g硅砂)噴于試品 上，噴嘴與試品距離38010，被噴面直徑17050。

22、試驗(yàn)前后之透光率的變異量(tm)不得超過(guò)0.100，光量分布 變異(dm)不得超過(guò)0.020。 (f)涂裝附著力測(cè)試：在涂裝表面2020的地方切割成 22之方格，在周溫235及6515RH用測(cè)試膠 帶以2N20之力量粘貼在方格上5分鐘，放置10分鐘后 ，以1.50.2m/sec速度，90 O角撕開(kāi)。 方格損傷不得超過(guò)15。 (g)其它尚有整燈Test，在此不詳述。六、 其它注意事項(xiàng)：PC塑料為非結(jié)晶性工程塑料，具有高透明度、高沖擊強(qiáng)度、高耐熱性、無(wú)毒性、耐燃性等優(yōu)點(diǎn)，故常被應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備、光學(xué)儀器、汽機(jī)車(chē)部品、電動(dòng)工具殼套、電子產(chǎn)品、采光屋頂或墻板、較高級(jí)的日常用品；PC塑料之用途雖然廣泛，但在使用上仍需注意：1. 價(jià)格：PC必竟是工程塑料，其單價(jià)當(dāng)然比泛用塑料(如PP、PE、PS、 PMMA、ABS、PVC等)貴很多，若泛用塑料之性能即可適用時(shí) ，就不需要使用PC料。2. 缺口沖擊強(qiáng)度：雖然PC塑料的沖擊強(qiáng)度是所有塑料中最高的，但隨著 抽色、射出成形等加工，顏料、染料的添加，多次熔融而造成 平均分子量下降，影響其沖擊強(qiáng)度；尤其是有尖銳缺口的成形 件，沖擊強(qiáng)度就不能與無(wú)缺口的新PC料成形件同日而語(yǔ)。3. 硬度：PC塑料的Rockwell硬度為R-108或M-80(PMMA約為M-95)， 只要碰觸到尖硬的物體，即可能被刮傷，甚至手指甲就會(huì)有刮痕 ；故PC的成形件不可以重疊放置，以