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聚苯硫醚(PPS)加工工藝
日期:2024-12-23 14:18
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摘要:
PPS的特性 聚苯硫醚(PPS),全稱為聚苯基硫醚。它是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性特種工程塑料,其突出的特點(diǎn)是耐高溫,耐腐蝕和優(yōu)越的機(jī)械性能。 PPS是含硫芳香族聚合物,線型PPS在350℃以上交聯(lián)後成熱固性塑料,支鏈型結(jié)構(gòu)PPS為熱塑性塑料。 (一) PPS的性能 (1) PPS為塑性結(jié)晶性樹脂,其結(jié)晶度約為65%,外觀為白色或琥珀色。純PPS的密度為1.3~1.35g/cm3,但很少單獨(dú)使用,應(yīng)用的PPS多為改性品級(jí),如玻璃纖維增強(qiáng)、無機(jī)填充和碳纖維增強(qiáng)度,改性後的密度增大為1.60~1.68 g/cm3. (2) PPS具有高強(qiáng)度、高剛性和尺寸穩(wěn)定性,在高濕條件下剛性也良好,並具有突出的耐疲勞性能和抗蠕變性能:吸水性、吸油性、成型收縮性及線膨脹係數(shù)均很小。 (3) PPS的結(jié)構(gòu)中含有硫原子,其含氧指數(shù)為46%~53%,在火焰上能燃燒,但不滴落,且離火自熄,有優(yōu)異的阻烯性能。 (4) PPS的耐熱性能優(yōu)良,熔點(diǎn)275~291 ℃,熱變形溫度為135℃,經(jīng)玻璃纖維增強(qiáng)後可達(dá)到260℃,分解溫度為400℃ (5) PPS具有良好的高電阻率和低介電常數(shù),其電絕緣性隨溫度變化較小,即使在高溫、高濕下仍保持良好的電絕緣性能。 (6) PPS具有優(yōu)異的耐化學(xué)穩(wěn)定性,除了強(qiáng)氧化性酸,如濃硫酸、硝酸和“王水”外,能耐其他酸、堿、鹽的腐蝕,且在200℃以下不溶於任何有機(jī)溶劑,其耐腐蝕性能幾乎與聚四氟乙烯相當(dāng)。 (7) PPS為惰性物質(zhì),口服無毒,但在加工時(shí),若溫度超過370℃,PPS會(huì)發(fā)生少量熱分解,產(chǎn)生微量的SO 、COS、CO 、CS 等有害氣體。 PPS的模具設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1. 鋼材的選擇及處理 PPS是玻纖增強(qiáng)樹脂,因此與其它玻纖增強(qiáng)工程塑料一樣需要考慮磨損的問題。此外PPS大部分在高溫下成型,故模具的材質(zhì)應(yīng)以模溫140-150°C為基準(zhǔn),考慮模具應(yīng)大量生產(chǎn)時(shí)的壽命問題,選用諸如SK、SKS、SKD、SKH(AISI D-2、A2、420;ASSAB XW-41、XW-10、STAVAX-136)等材料為宜。模具的熱硬化處理希望用HRC-60-65整體熱硬化處理。表麵光潔度在10S以下時(shí)對(duì)模具的磨損降低有好處。此外,電鍍處理可以提高使用壽命,以NYE CARB(鎳、矽、碳化物)及無電解鍍加工為宜。 2.流道(SPRUE-RUNNER) 流道形狀以圓形、梯形為宜,流道錐度為2°-3°,在流道的下部要設(shè)有冷膠井(COLD SLUG WELL)。 3.澆口設(shè)計(jì)(GATE DESIGN) 1)針形(PIN POINT):*小直徑為0.6φ。 2)圓盤形(DISK):小型圓狀物成型 3)薄片形(TAB) 4)輸輻狀(SPOKE):大型圓狀物成型 5)側(cè)入口(SIDE) 6)直接形(DIRECT):大型成型 7)潛伏式(SUBMARINE):從PPS樹脂的剛性及伸長率來看,潛伏式澆口並不太宜,但在高循環(huán)成形(FAST CYCLE)成形時(shí)仍有使用,但進(jìn)入角應(yīng)大些,澆口直徑也應(yīng)大些。 PPS成型材料有很多品種,一般以玻纖增強(qiáng)(有些以玻纖及無機(jī)材料填充強(qiáng)化),因此一定要注意,因方向性引起的尺寸變化及強(qiáng)度變化,以及因接合線(WELD LINE)所造成的強(qiáng)度降低,而必須在模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮到澆口形狀及位置。沿樹脂流動(dòng)方向及其垂直方向其強(qiáng)度不同,因此,在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)充分考慮及此。(垂直方向的強(qiáng)度大約為流動(dòng)方向的50-60%)。對(duì)於難免發(fā)生接合線的製品,在模具的接合線發(fā)生處設(shè)置溢流區(qū)(FLOW TAB),藉著改變樹脂的流動(dòng)方向改善接合線的強(qiáng)度。圖一 隱形澆口設(shè)計(jì)例 圖2 成型品壁厚與成型收縮率圖3 成型收縮率與模具溫度的關(guān)係(R-4) 圖4 成型收縮率溫度的關(guān)係(R-4) 圖5 成型品的厚壁與螺旋流動(dòng)長度 4.成形收縮 PPS樹脂是結(jié)晶性的樹脂,在成型時(shí),其結(jié)晶度隨模具溫度而變化,因此收縮率就隨模具溫度而變化。成形條件因成型品的形狀不同而有所不同,成型收縮率就隨之變化。模槽(CAVITY)的濃度越深脫模錐(TAPER)度應(yīng)越大(1°-3°)。結(jié)晶化導(dǎo)致的*大影響為:因殘留應(yīng)力所造成凹陷的岫、翹曲,應(yīng)力開裂及強(qiáng)度下降等問題。在設(shè)計(jì)時(shí),除厚壁成型用品種之外,其它各種的*大壁厚應(yīng)不超出7-10mm,並厚度均為宜。至於壁厚時(shí),請(qǐng)使用A-100,A-200。 5.排氣孔(GAS VENT) 如果在PPS樹脂的製品內(nèi)有氣泡將使其特性明顯地下降,而且由於排氣**所導(dǎo)致的燒焦關(guān)係,使成型品發(fā)生部分變色和表麵粗糙,因此為了得到良好的產(chǎn)品必須設(shè)有排氣孔。PPS成型時(shí)的排氣孔尺寸通常為高0.015-0.02mm,寬2mm以上。利用脫模麵及脫鞘作排氣孔也可以,而為了得到更好的製品也可使用真空排氣孔。 6.脫模鞘(EJECTOR PIN) 必須注意脫模鞘的位置及其均衡,均衡性不佳的脫模鞘位置將使產(chǎn)品發(fā)生局部殘留應(yīng)力,以致引起成品裂紋、尺寸精度不一等問題。因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須使脫模時(shí)抗力均衡,考慮脫模鞘的直徑、數(shù)目及位置。特彆是較深物品的成型時(shí),因接觸麵大,其成型品底部的脫模鞘位置更是關(guān)鍵所在。 7.模具溫度的控製試產(chǎn)用模具或可使用帶式加熱器(BAND HEATER)控製模溫,但大量生產(chǎn)用的正式模具,通常都采用油式加熱器或電熱棒式加熱器(CARTRIDGE HEATER)。一般而言,*常用的是電熱棒式加熱器。采用電熱棒式加熱器時(shí),較大間隔地裝置較大熱能量的電熱棒(注:電熱棒數(shù)就少),還不如裝置較小熱能量但較多支的電熱棒(注:間隔就較細(xì)密),以期較均勻有效的模具加溫,而且模具的固定側(cè)及可動(dòng)側(cè)兩邊都需均勻裝配,以便因成型品構(gòu)造關(guān)係難免發(fā)生翹曲現(xiàn)象時(shí),有需在模具的固定側(cè)及可動(dòng)側(cè)造成模溫差距以改善之,對(duì)此若使用**式加熱器就較為方便。為防止模具散熱損失,建議在模具外側(cè)(掛接於成型機(jī)處)加裝石棉板等親隔熱板。 方 向 成型收縮率CM/CM 流動(dòng)方向 低溫 1/1000-3/1000 垂直於流動(dòng)方向 低溫 4/1000-8/1000 照片1 設(shè)計(jì)**例,由於壁過厚造成應(yīng)力裂紋。 照片2 由於壁厚不均勻造成應(yīng)力裂紋 照片3 該產(chǎn)品的澆口在左下方,上部右側(cè)出現(xiàn)氣體導(dǎo)致的燒焦。 照片4 因機(jī)筒內(nèi)滯留時(shí)間過久,造成的樹脂變黑。左為普通色,右為滯留時(shí)間過長者,但儘管變色物性冇有變化。 照片5 注射速度不同,表麵光澤就不同,A比B的注射速度高,表麵就較光亮。 PPS的注塑成型要點(diǎn) 通常大件成型時(shí),每一循環(huán)的時(shí)間變長,在機(jī)筒內(nèi)樹脂的滯留時(shí)間也隨著增長,而在高溫中滯留過久者,樹脂的顏色會(huì)呈較黑色及流動(dòng)性略降現(xiàn)象,但對(duì)樹脂的特性冇有太長的影響。通常對(duì)於大件的成型,機(jī)筒應(yīng)采用較低的溫度,而小件的成型彆采用較高的機(jī)筒溫度。為防成型品的重量每次變動(dòng)不一,加上若乾背壓(5kgs/cm°左右)對(duì)於獲得品質(zhì)穩(wěn)定的成型品有所助益。但是,如果在機(jī)筒內(nèi)長期放置樹脂時(shí),有可能在機(jī)筒內(nèi)硬化,一定要避免這種現(xiàn)象發(fā)生,又成型終了後一定要把樹脂清洗出來。 8.噴嘴(NOZZLE) 使用開放型噴嘴可進(jìn)行成型,但為了防止噴嘴溢流建議使用對(duì)閉式噴嘴,而噴嘴的加熱器(HEATER)則以能單獨(dú)控製者對(duì)於成型更為方便。噴嘴先端的口部用2-3°的倒錐,直徑為3-6φ為宜。防止溢流噴嘴閥(VALVE)的清洗很不易,必須拆開加以**樹脂,故建議使用專用噴嘴。 9.乾燥建議的乾燥溫度為150-160°C,為期2-3小時(shí)。若使用熱風(fēng)乾燥機(jī),置於盤中之原料高度不應(yīng)高於50mm。若使用除濕乾燥機(jī),其入口溫度為-40°C露點(diǎn)。 注射速度不同,產(chǎn)品的表麵光這度就不一樣,注射速度越快,表麵光澤越好,但容易發(fā)生產(chǎn)品翹曲,燒焦,對(duì)此必須注意。一般使用中等注射速度,較高注射壓力條件成型。由於PPS樹脂是結(jié)晶性樹脂,在厚壁成型時(shí),通常為提高結(jié)晶度,必須拉長冷卻時(shí)間,而在薄壁成型時(shí),即使一次成型個(gè)數(shù)很多,每一循環(huán)10-30秒就已足夠。成型時(shí)的螺桿轉(zhuǎn)速一般為40-100RPM,而高循環(huán)成型時(shí)雖可采用200RPM以上,但此時(shí)樹脂易發(fā)熱,必須將機(jī)筒溫度設(shè)定較低些。 機(jī)筒、螺桿的損耗機(jī)筒、螺桿的損耗可分化學(xué)性及物理性。PPS並不存在化學(xué)性之腐蝕。物理性方麵,因其內(nèi)含之玻纖(與其它含玻纖之工程塑料一樣)對(duì)普通機(jī)筒及螺桿造成損耗,故此須采用成型機(jī)廠家推薦之耐磨損機(jī)筒及螺桿,而該種機(jī)筒及螺桿是專門為加工玻纖工程料而設(shè)計(jì)的。又料鬥下的機(jī)筒溫度過者,將易導(dǎo)致機(jī)筒及螺桿磨損的增加。成型後的清洗成型的清洗通常使用低熔融指數(shù)(約為0.2-0.5 左右)的聚乙烯,而為縮短清洗的時(shí)間,使用成型溫度高的聚碸,聚碳酸酯(*好是玻纖增強(qiáng)的)等為有效,且即使采用其再生品也有充分的效果。用玻纖增強(qiáng)樹脂清洗後,為了保證成型機(jī)的機(jī)筒及螺桿,*後應(yīng)當(dāng)用不含填充的樹脂進(jìn)行清洗。 圖7 R-4的抗拉強(qiáng)度與機(jī)筒溫度,注射速度的關(guān)係 圖8 R-4的抗拉強(qiáng)度與注射壓力、機(jī)筒溫度的關(guān)係 圖9 流動(dòng)性與注射壓力及機(jī)筒溫度的關(guān)係(R-4) 圖10 流動(dòng)性與模具溫度的關(guān)係