PC聚碳酸酯成型工艺及应用范围

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PC——聚碳酸酯
聚碳酸酯，英文名Polycarbonate, 简称PC。
PC是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高;蠕变性小，尺寸稳定;

具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性，可在 -60~120℃下长期使用;无明显熔点，在 220-230℃呈熔融状态;由于分子链刚性大，树脂熔体粘度大;吸水率小，收缩率小，尺寸精度高，尺寸稳定性好，薄膜透气性小;属自熄性材料;对光稳定，但不耐紫外光，耐候性好;
耐油、耐酸、不耐强碱、氧化性酸及胺、酮类，溶于氯化烃类和芳香族溶剂，长期在水中易引起水解和开裂，缺点是因抗疲劳强度差，容易产生应力开裂，抗溶剂性差，耐磨性欠佳。

PC塑料的工艺特点如下：
①属无定型塑料，Tg为149～150℃;Tf为215～225℃;成型温度为250～310℃;相对平均分子质量为2～4万。
②热稳定性较好，并随相对分子质量的增大而提高。
③流变特性接近牛顿液体，表观粘度受温度的影响较大，受剪切速率的影响较小，随相对平均分子质量的增大而增大。无明显的熔点，熔体粘度较高。PC分子链中有苯环，所以，分子链的刚性大。
④PC的抗蠕变性好，尺寸稳定性好;但内应力不易消除。
⑤PC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

聚碳酸酯的成型工艺
在成型前，PC树脂必须进行充分干燥。干燥方法可采用沸腾床干燥(温度120～130℃，时间1～2h)、真空干燥(温度110℃，真空度96kPa以上、时间10～25h)、热风循环干燥(温度120～130℃，时间6h以上)。
为防止干燥后的树脂重新吸湿，应将其置于90℃的保温箱内，随用随取，不宜久存。成型时料斗必须是密闭的，料斗中应设有加热装置，温度不低于100℃、对无保温装置的料斗，一次加料量最好少于半小时的用量，并要加盖盖严。
判断干燥效果的快速检验法，是在注塑机上采用“对空注射”。如果从喷嘴缓慢流出的物料是均匀透明、光亮无银丝和气泡的细条时，则为合格。此法对一般塑料均适用。

PC的熔体粘度比PA、PS、PE等大得多，流动性较差。熔体的流动特性接近于牛顿流体，熔体粘度受剪切速率影响较小，而对温度的变化十分敏感，因此，成型时只要调节加工温度，就能有效地控制PC的表现粘度。
成型温度的选择与树脂的相对平均分子质量及其分布、制品的形状与尺寸、注塑机的类型等有关，一般控制在250～310℃范围内。注塑用料，宜选用相对平均分子质量稍低的树脂，MFR为5～7g/10min;对形状复杂或薄壁制品。成型温度应偏高，为285～305℃;而厚壁制品，成型温度稍低，为250～280℃。不同的注塑机，成型温度也不一样。
螺杆式为260～285℃，柱塞式为270～310℃。料筒温度的设定是用前高后低的方式，靠近料斗一端的后料筒温度要控制在PC的软化温度以上，即大于230℃，以减少物料阻力和注射压力损失。
尽管提高成型温度有利熔体充模。但不能超过230℃，否则，PC会发生降解，使制品颜色变深，表面出现银丝、暗条、黑点、气泡等缺陷，同时，物理力学性能也会显著下降。

喷嘴温度为260～310℃，两种类型的注塑机喷嘴的温度控制有所不同。
模具温度对制品的力学性能影响很大。随着模温的提高.料温与模温间的温差变小，剪切应力降低，熔体可在模腔内缓慢冷却，分子链得以松弛，取向程度减小，从而减少了制品的内应力，但制品的冲击强度、伸长率显著下降，同时会出现制品脱模困难。
脱模时易变形，并延长了成型周期，降低生产效率;而模温较低，又会使制品的内应力增加。因此，必须控制好模温。通常，PC的模温为80～120℃。普通制品控制在80～100℃，而对于形状复杂、薄壁及要求较高的制品，则控制在100～120℃，不允许超过其热变形温度。

成型PC厚壁制品时，模具温度的控制显得特别重要。例如，在成型简支梁冲击试验样条(厚度为10mm)时，如果模具不进行控制温度，则成型的样条内部缩孔很多，也很大。

此时，模具如果没有设置加热装置，则可采用简易的方法将模具主流道加热。该简易的方法就是在一根铁丝上系上棉花球，蘸上工业酒精，加热主流道，这样，虽不能消除缩孔，但缩孔的数量大为减少。程度大为减轻。当然.这是一种没有办法的办法，是一种土办法，不推荐使用。因为这样，容易使模具主流道变形和氧化。
尽管注塑时注射压力对熔体强度和流动性影响较小，但由于PC熔体粘度高、流动性较差，因此，注射压力不能太低，一般控制在80～120MPa，采用柱塞式注塑机时，注射压力应为100～150MPa;而对于薄壁长流距、形状复杂、浇口尺寸较小的制品，为使熔体顺利、及时充模，注射压力要适当提高至120～150MPa。

保压压力大小和保压时间长短直接影响制品的质量。保压压力过小，则补缩作用小，制品内部会因收缩而形成气泡，制品表面也会出现凹痕;保压压力过大。在浇口周围易产生较大的内应力。

保压时间长，制品尺寸精度高、收缩率低、表面质量良好，但增加了制品中的内应力，延长了成型周期。保压压力为80～100 MPa。如前所述方法??用火加热主流道，延长浇口中熔体的凝固时间，以增加补缩作用。PC注射成型时，可提高背压压力。
注射速率对制品的性能影响不大。但从成型角度考虑，注射速率不宜太慢，否则进入模腔内的熔体易冷凝而导致充模不足，即使充满了，制品表面包易出现波纹、料流痕等缺陷;注射速率也不宜太快，以防裹入空气和出现熔体破裂现象。生产中，一般采用中速或慢速，最好采用多级注塑。注塑时，速度没定为慢→快→慢，这样可大大提高制品质量。
螺杆转速不可太高，一般为30～60 r/min。嵌件需预热到200℃，至少也要有120℃，一般为110～130℃。再生料的再生次数不超过3次，用量为20%左右。

PC是透明性塑料，成型时一般不推荐使用脱模剂，以免影响制品透明度。对脱模确有困难的制品，可使用硬脂酸或硅油类物质作脱模剂，但用量要严格控制。

PC制品中应尽量避免使用金属嵌件。若确需使用金属嵌件时，则必须先把金属嵌件预热至200℃左右后，再置人模腔中进行注塑，这样可避免因膨胀系数的悬殊差别，在冷却时发生收缩不一致而严生较大的内应力，使制品开裂。
减小内应力的方法，除了在制品造型设计时避免缺口、锐角、厚薄悬殊以及采用正确的成型工艺参数等外，最好是对制品进行热处理，热处理温度控制在125～135℃(树脂Tg以下10～20℃)，处理时间为2h左右，制品越厚处理时间越长。一般壁厚小于5mm的制品，时间为8h;大于20mm的制品、时间为24h。

制品的内应力大小可通过偏振光检验法和溶剂浸渍法。偏振光检验法适用各种透明制品，它是利用PC的透明性，把制品置于偏振光镜片之间，从镜上观察制品表面彩色光带面积，以彩色光带面积的大小来确定制品内应力大小，如果观察到的彩包光带面积大，说明制品内应力大。

溶剂浸渍法是工厂中普遍采用的一种检测手段，该法是将PC制品浸入某些溶剂(如苯、四氯化碳、环己烷、乙醇、甲醇等)之中，以制品发生开裂破坏所需的时间，来判断应力的大小，时间越长则应力越小。如果浸渍5～15 s就开裂，说明内应力很大;如果浸渍1～2min不出现裂纹，说明内应力很小，这种制品在使用过程一般不会开裂。

聚碳酸酯的应用
PC可注塑、挤出、模压、吹塑、热成型、印刷、粘接、涂覆和机加工，最重要的加工方法是注塑。

成型之前必须预干燥，水分含量应低于0.02%，微量水份在高温下加工会使制品产生白浊色泽，银丝和气泡，PC在室温下具有相当大的强迫高弹形变能力。冲击韧性高，因此可进行冷压，冷拉，冷辊压等冷成型加工。挤出用PC分子量应大于3万，要采用渐变压缩型螺杆，长径比1：18~24，压缩比1：2.5，可采用挤出吹塑，注-吹、注-拉-吹法成型高质量，高透明瓶子。

PC合金种类繁多，改进PC熔体粘度大(加工性)和制品易应力开裂等缺陷，PC与不同聚合物形成合金或共混物，提高材料性能。
具体有PC/ABS合金，PC/ASA合金、PC/PBT合金、PC/PET合金、PC/PET/弹性体共混物、PC/MBS共混物、PC/PTFE合金、PC/PA合金等，利有两种材料性能优点，并降低成本，如PC/ABS合金中，PC主要贡献高耐热性，较好的韧性和冲击强度，高强度、阻燃性， ABS则能改进可成型性，表观质量，降低密度。

PC的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业，其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等。
PC可用作门窗玻璃，PC层压板广泛用于银行、使馆、拘留所和公共场所的防护窗，用于飞机舱罩，照明设备、工业安全档板和防弹玻璃。 PC板可做各种标牌，如汽油泵表盘、汽车仪表板、货栈及露天商业标牌、点式滑动指。