1、PC 材料的特性和成型工艺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
2、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 19921994 年间仍有 1015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
3、航天、计算机、光盘等高科技领域。PC 合金改性 PCABS 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 PCABS 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 PCABS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
4、壳体；中科院长春应用化学所开发的高耐热、高耐热高抗冲、高耐热阻燃三个品级的 PCABS 合金材料已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。兰州大学研究在 PCABS 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 PCABS 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 ABSMBS 外观呈象牙白、质地均匀、手感极佳。PCPS 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
5、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 PCPS 合金透明，具有良好的光学特性。PCPS 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， PCPS 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 PCPS 合金。另外增容剂对 PCPS 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
6、，得到接枝聚合物对 PCPS 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 PCPS 合金应用范围不断扩大，新品种不断涌现，如日本推出的 PCPS 合金Novally x 7000， 同 ABS 一样，易上漆及进行油墨印刷；日本出光石化推出不合卤素的 PCPS 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。PCPBT 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
7、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 PCPBT 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 PCPBT 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 PCPBT 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 PCPBT 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
8、近的玻璃 纤维增强 PCPBT ，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 PCPBT 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。PCPET 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 PCPET 比例为 13 的时候，两相之间形成了界面层，此时 PCPET 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
9、)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 PCPET 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 PETPCL(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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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 215225，成型温度 250320。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
16、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 35h 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 525g/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
17、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*0.470.48T（或每平方寸*35T）机台大小：成品重量约为注塑机容量的 4060%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，
18、另外，尖端开口需比浇口直径少 0.51mm，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 4070rpm 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 85140kg/cm2。背压：一般设定愈低愈好，便为求进料均匀，建议使用 314kg/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 120130约三十分钟至一小时。
