论文部分内容阅读
【摘要】PC虽有很多优点，但其的一些特点限制了其在工程塑料方面的应用。文章利用相容剂，采用两步试验合成工艺，经过试验确定了ABS含量以及增容剂对合金材料的影响，合成了高性能的PC/ABS合金材料。
【关键词】聚碳酸酯；成型条件；工程塑料
中图分类号： TQ342 文献标识码： A
聚碳酸酯（PC）以良好的尺寸稳定性、耐热耐化学性，以及较好的机电性能，被广泛的应用于汽车、飞机、电子、电气、家用电器、信息、机械等领域。但由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，流动性差，使得其加工困难，难于制成大型制品，且制品残余应力大，易发生应力开裂。除此之外，PC的耐溶剂性和耐磨损性较差，且价格偏高，从而限制了其在工程塑料方面的应用。因此，对PC进行改性已成为业内急需解决的问题。PC的共混合金化法是目前常用的PC改性方法之一，它能够有效的改善PC的性能，使得PC能够在工程塑料方面领域更为广泛的应用。
一、PC 聚碳酸酯化学和物理特性
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是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性。PC的缺口伊估德冲击强度（otched Izod impact stregth）非常高，并且收缩率很低，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（TodayHot）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。
二、PC注塑选材
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。
三、PC树脂的成型工艺
PC树脂的工艺流程比较繁琐，下面就PC树脂的工艺特点和流程及影响因素进行相关介绍：
（一）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215℃～225℃，成型温度250℃～320℃。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。
（二）PC树脂的工艺流程及影响：PC树脂的成型工艺控制在成型加工上，水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：
1、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，聚碳酸酯在加工前，应先经热风干燥3~5h以上，温度定为120℃，或者用除湿干燥机来处理水分。2、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5~25g/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。3、注塑机选择要点 锁模压力：以成品投影面积每cm2*0.47~0.48T（或每平方寸*3~5T）机台大小：成品重量约为注塑机容量的40~60%为最佳，如机台以PS来表示容量（盎司）时，需减少10%，始为使用PC之容量，（1盎司=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，另外，尖端开口需比浇口直径少0.5~1mm，且段道愈短愈好，约为5mm。4、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40~70rpm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85~140kg/cm2。背压：一般设定愈低愈好，便为求进料均匀，建议使用3~14kg/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120~130℃约三十分钟至一小时。
四、PC合金的应用
（一）PC／ABS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PC／ABS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PC／ABS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。
（二）PC／PBT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沖击强度。如热塑弹性体乙烯／甲基丙烯酸酯共聚物的锌盐，对PC／PBT共混体系起到增容增韧作用。
（三）PC／PET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。在PC／PET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。
五、结语
目前关于PC材料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，可以明显提高PC弯曲弹性模量、拉伸强度等；随着PC材料的研究不断进展，PC的应用范围将不断扩大。
【关键词】聚碳酸酯；成型条件；工程塑料
中图分类号： TQ342 文献标识码： A
聚碳酸酯（PC）以良好的尺寸稳定性、耐热耐化学性，以及较好的机电性能，被广泛的应用于汽车、飞机、电子、电气、家用电器、信息、机械等领域。但由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，流动性差，使得其加工困难，难于制成大型制品，且制品残余应力大，易发生应力开裂。除此之外，PC的耐溶剂性和耐磨损性较差，且价格偏高，从而限制了其在工程塑料方面的应用。因此，对PC进行改性已成为业内急需解决的问题。PC的共混合金化法是目前常用的PC改性方法之一，它能够有效的改善PC的性能，使得PC能够在工程塑料方面领域更为广泛的应用。
一、PC 聚碳酸酯化学和物理特性
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是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性。PC的缺口伊估德冲击强度（otched Izod impact stregth）非常高，并且收缩率很低，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（TodayHot）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。
二、PC注塑选材
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。
三、PC树脂的成型工艺
PC树脂的工艺流程比较繁琐，下面就PC树脂的工艺特点和流程及影响因素进行相关介绍：
（一）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215℃～225℃，成型温度250℃～320℃。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。
（二）PC树脂的工艺流程及影响：PC树脂的成型工艺控制在成型加工上，水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：
1、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，聚碳酸酯在加工前，应先经热风干燥3~5h以上，温度定为120℃，或者用除湿干燥机来处理水分。2、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5~25g/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。3、注塑机选择要点 锁模压力：以成品投影面积每cm2*0.47~0.48T（或每平方寸*3~5T）机台大小：成品重量约为注塑机容量的40~60%为最佳，如机台以PS来表示容量（盎司）时，需减少10%，始为使用PC之容量，（1盎司=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，另外，尖端开口需比浇口直径少0.5~1mm，且段道愈短愈好，约为5mm。4、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40~70rpm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85~140kg/cm2。背压：一般设定愈低愈好，便为求进料均匀，建议使用3~14kg/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120~130℃约三十分钟至一小时。
四、PC合金的应用
（一）PC／ABS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PC／ABS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PC／ABS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。
（二）PC／PBT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沖击强度。如热塑弹性体乙烯／甲基丙烯酸酯共聚物的锌盐，对PC／PBT共混体系起到增容增韧作用。
（三）PC／PET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。在PC／PET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。
五、结语
目前关于PC材料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，可以明显提高PC弯曲弹性模量、拉伸强度等；随着PC材料的研究不断进展，PC的应用范围将不断扩大。