聚碳酸酯注塑成型及其应用

聚碳酸酯注塑成型及其应用摘要：本文简单介绍了聚碳酸酯以及它的优缺点和工艺特性，并详细阐述了聚碳酸酯的注塑成型工艺和注塑制品的常见缺陷，同时还详尽介绍了聚碳酸酯材料在各个领域的应用。

关键词：聚碳酸酯注塑成型工艺1 聚碳酸酯的简介聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物的总称，它是一种无毒透明的热塑性工程塑料。

根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。

其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。

目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。

由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。

1.1 聚碳酸酯的优缺点聚碳酸酯是一种无色透明热塑性聚合体, 它不仅具有很高的抗冲击强度、优良的热稳定性、耐蠕变性和耐寒性以及良好的电绝缘性、阻燃性,而且可抗紫外线、耐老化。

目前使用的工程塑料中, PC的透明性能是最好的, 可见光透过率高达90%以上。

此外, PC密度低,容易加工成型, 是一种性能优良,应用广泛的工程塑料。

但它的缺点是容易产生应力开裂，耐溶剂性差、不耐碱、高温容易水解、对缺口敏感性大、与其他树脂相溶性差，摩擦因数大，无自润滑性。

1.2 聚碳酸酯的加工工艺特性PC是分子主链结构中含有苯环、异丙基、酯键的线性聚合物，这种结构使其既有刚性又有一定的柔韧性，以及良好的耐高温能力，但同时存在着树脂的熔体粘度高、对水分敏感等不足，给注射成型加工带来一定的难度。

其加工工艺特性是无明显熔点，在正常加工温度即230—320℃范围内熔体粘度高，粘度对剪切速率的敏感性小而对温度的敏感性大，近似于牛顿流体行为;对水分敏感，高温下树脂易水解;制品易产生内应力等。

由此可见，PC是一种较难加工的塑料。

2 注塑成型的基本原理和工艺流程2.1 注塑成型的基本原理注塑机利用塑胶加热到一定温度后,能熔融成液体的性质,把熔融液体用高压注射到密闭的模腔内,经过冷却定型,开模后顶出得到所需的塑体产品。

2.2 注塑成型的工艺流程塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充—保压—冷却—脱模等4个阶段。

这4个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。

（1）填充阶段填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。

理论上，填充时间越短，成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。

高速填充。

高速填充时剪切率较高，塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形，使整体流动阻力降低；局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。

因此在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充的体积大小。

即在流动控制阶段，由于高速填充，熔体的剪切变稀效果往往很大，而薄壁的冷却作用并不明显，于是速率的效用占了上风。

低速填充。

热传导控制低速填充时，剪切率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。

由于热塑料补充速率较慢，流动较为缓慢，使热传导效应较为明显，热量迅速为冷模壁带走。

加上较少量的粘滞加热现象，固化层厚度较厚，又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。

（2）保压阶段保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。

在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。

在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。

由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。

在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。

（3）冷却阶段在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。

这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。

由于冷却时间占整个成型周期约70%～80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。

设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。

（4）脱模阶段脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。

虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。

脱模的方式主要有两种：顶杆脱模和脱料板脱模。

设计模具时要根据产品的结构特点选择合适的脱模方式，以保证产品质量。

对于选用顶杆脱模的模具，顶杆的设置应尽量均匀，并且位置应选在脱模阻力最大以及塑件强度和刚度最大的地方，以免塑件变形损坏。

而脱料板则一般用于深腔薄壁容器以及不允许有推杆痕迹的透明制品的脱模，这种机构的特点是脱模力大且均匀，运动平稳，无明显的遗留痕迹。

3 聚碳酸酯注塑成型的工艺3.1 原材料的处理PC塑胶原料的吸水率较大，由于PC在高温下对微量水分的敏感性，所以在加工前一定要预热干燥。

干燥温度一般为110—120℃，时间为连续的24小时。

3.2 浇口设计小型制品可用针形浇口，浇口深度应有最厚部位的70%，其它浇口有环形及长方形。

浇口越大越好，以减低塑料被过度剪切而造成缺陷。

排气孔的深度应小于0.03-0.06mm，流道尽量短而圆，脱模斜度一般为30′-1左右。

3.3 注塑温度注塑温度是影响注塑压力的重要因素。

注塑机料筒有5～6个加热段，每种原料都有其合适的加工温度。

注塑温度必须控制在一定的范围内。

温度太低，熔料塑化不良，影响成型件的质量，增加工艺难度；温度太高，原料容易分解。

聚碳酸酯没有明显熔点，注射成型温度范围从240℃—310℃均能成型。

超过320℃则开始分解，成型加工时，调节温度比调节压力更为有效。

一般为了让塑料渐渐地熔融，在料管后段/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，逆向式的设温就比较好。

3.4 模具温度模具温度视制品的形状、厚薄而定，适当提高模具温度有利于脱模，提高产品质量。

模具温度要求70℃—110℃，模温过低，制作轻易产生应力集中，造成开裂。

高模温可提供较佳的表面外观，残留应力也较小，且对较薄或较长的成型品也较易填满，但低模温则能缩短成型周期。

对于形状复杂、薄壁制品、要求较高的制品模具温度可在100℃—120℃。

3.5 注塑压力注塑压力是由注塑系统的液压系统提供的。

液压缸的压力通过注塑机螺杆传递到塑料熔体上，塑料熔体在压力的推动下，经注塑机的喷嘴进入模具的竖流道、主流道、分流道，并经浇口进入模具型腔，这个过程即为注塑过程，或者称之为填充过程。

压力的存在是为了克服熔体流动过程中的阻力，或者反过来说，流动过程中存在的阻力需要注塑机的压力来抵消，以保证填充过程顺利进行。

为了尽快填满模具型腔，注塑压力愈大愈好，一般约为850—1400kg/cm2，而最高可达2400kg/cm2。

而背压则愈低愈好，一般不超过注塑压力的20%，但要求进料均匀，建议使用3—14 kg/cm2。

3.6 注塑速度注塑速度过慢制品易出现波纹，注塑速度过快可能出现溶体破裂，在浇口附近出现糊斑，导致制品表面毛糙。

除了薄壁、小浇口、深孔、长流程制品外，一般采用中速或慢速注塑，最好采用“慢—快—慢”的多级注射方式。

3.7 料筒温度及螺杆转速前部250℃—310℃，中部240℃—280℃，后部230℃—250℃。

螺杆转速以30—120r/min为宜。

3.8 保压压力与时间在注塑过程将近结束时，螺杆停止旋转，只是向前推进，此时注塑进入保压阶段。

保压过程中注塑机的喷嘴不断向型腔补料，以填充由于制件收缩而空出的容积。

如果型腔充满后不进行保压，制件大约会收缩25%左右，特别是筋处由于收缩过大而形成收缩痕迹。

保压压力一般为充填最大压力的85%左右，当然要根据实际情况来确定。

3.9 制品后处理对于形状复杂、带有金属嵌件、使用温度极低或很高的制品有必要进行后处理—消除或减少内应力。

方法：制品置于烘干箱后开始升温，由室温升至100—105℃时保温10—20min，继续升温至120—125℃时保温30—40min，然后缓慢冷却至60℃以下取出。

4 注塑成型制品常见的缺陷注塑成型加工过程中所用的塑料原料多种多样，模具设计的种类和形式也是五花八门，另外，操作工人对于特定注塑机的熟悉程度以及工人之间的操作技能，实践经验的差异也各不相同，同时，客观环境（如环境温度、湿度、空气洁净程度）也会随着季节变化而不同，这些客观和主观条件共同决定了注塑成型制品缺陷的产生。

一般来说，对于塑料制品性能优劣的评价主要有三个方面：第一、外观质量，包括完整性、颜色、光泽；第二、尺寸和相对位置间的准确性，即尺寸精度和位置精度；第三、与用途相应的力学性能、化学性能、电学性能等，即功能性因而，如果由于上述三个方面中的任何一个环节出现问题，就会导致制品缺陷的产生和扩展。

注塑成型制品常见缺陷分类：外观缺陷：银纹变色、熔接痕。

工艺问题：飞边、缩水、缺胶。

性能问题：翘曲、脆化。

5 聚碳酸酯材料的应用PC工程塑料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。

5.1 建材行业聚碳酸酯板材具有良好的透光性，抗冲击性，耐紫外线辐射及其制品的尺寸稳定性和良好的成型加工性能，使其比建筑业传统使用的无机玻璃具有明显的技术性能优势。

中国建有聚碳酸酯建材中空板生产线20余条，年需用聚碳酸酯7万t左右，到2005年达到14万t。

5.2 汽车制造业聚碳酸酯具有良好的抗冲击、抗热畸变性能，而且耐候性好、硬度高，因此适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件，其主要集中在照明系统、仪表板、加热板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保险杠等。

根据发达国家数据，聚碳酸酯在电子电气、汽车制造业中使用比例在40%～50%，中国在该领域的使用比例只占10%左右，电子电气和汽车制造业是中国迅速发展的支柱产业，未来这些领域对聚碳酸酯的需求量将是巨大的。

预计2005年中国汽车总量达300多万辆，需求量达到3万t，因而聚碳酸酯在这一领域的应用是极有拓展潜力的。

5.3 电子电器由于聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性，是优良的绝缘材料。

同时，其良好的难燃性和尺寸稳定性，使其在电子电器行业形成了广阔的应用领域。

聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械，电动工具外壳、机体、支架、冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零件等。

而且对于零件精度要求较高的计算机、视频录像机和彩色电视机中的重要零部件方面，聚碳酸酯材料也显示出了极高的使用价值。

5.4 医疗器械由于聚碳酸酯制品可经受蒸汽、清洗剂、加热和大剂量辐射消毒，且不发生变黄和物理性能下降，因而被广泛应用于人工肾血液透析设备和其他需要在透明、直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中。