聚碳酸酯的注塑加工性成型能优良。在粘流态叫,它可用注射、挤山等方法成型加工。在玻璃化温度与熔融温度之间,聚碳酸酯呈高弹态,在170~220℃之间,可采用吹塑和辊压等方法成型加工。而在室温下,聚碳酸酯具有相当大的强迫高弹形变能力和很高的冲击韧性,因此可进行冷压、冷拉、冷辊压等冷成型加工。
1.成型特性 1)流变性 与其它热塑性塑料一样,聚碳酸酯的熔体粘度随分子量的增大而增大,但在成型温度较低时,熔体粘度增大很快;在成型温度较高叫,却增大得较为缓慢。 聚碳酸酯的熔体粘度很高,粘度随温度的升高而明显减小(图2-3-15)。温度下降时,熔体粘度迅速增大,因此成型时的冷却、凝固和定型时间较短。 聚碳酸酯在高剪切速率下,熔体粘度随剪切速率的增加而有所下降。但下降的幅度与其它热塑性树脂相比较小。而在低剪切速率下,熔体粘度随剪切速率的变化更小,已接近牛顿流体的性质。因此在聚碳酸酯成型时,通过调节温度改善其流动状态,往往要比改变剪切速率更加有效。 2)吸水性 聚碳酸酯分子中的极性基网及表面吸附作用是引起吸水的主要原因。含有水分的聚碳酸酯在受热时,分子主链上的酯键容易发生水解反应使分子链断裂,出现分子量降低以及机械性能(尤其是冲击韧性)的劣化。制品的抗开裂能力明显下降。另外,汽化的水分使制品的外观质量也受到很大影响。因此在成型过程众必须密切注意聚碳酸酯的含水量。表2-3-11示出了聚碳酸酯在注射成型时吸水率对冲击性能与制品外观的影响情况。图2 3 16为聚碳酸酯的吸水曲线。图2 3 17为未干燥的聚碳酸酯在不同熔融时间和温度下分子量下降的情况。 3)成型收缩率 聚碳酸酯的成型收缩率一般在0.4%~0.8%的范围内。它是由于聚碳酸酯在成型时的热收缩、弹性回复导致膨胀、定向分子松弛引起收缩,以及体积随温度发生变化等因素产生的综合效应的缘故。聚碳酸酯成型时的熔融温度、模具温度、注射速度、保压压力等对成型收缩率都具有一定影响(图2-3-18~图2-3-21)。 聚碳酸酯制品厚度对成型收缩率也有一定影响,当厚度为4.2mm时,成型收缩率最小;当厚度大于4.2mm时,成型收缩率随厚度的增大而增大;当厚度小于4.2mm时,成型收缩率随厚度的减小而急剧增大(图2-3-22)。 另外,为了减小聚碳酸酯在成型过程中的残留形变和残留应力,把成型收缩率控制在最小范同,一般应将制品在120℃下后处理l~2h。图2-3-23示出了聚碳酸酯制品后处理时间与成犁收缩率之间的关系。 2.注射成型 聚碳酸酯注塑加工成型主要适用于制备尺寸不大,但较精密,能承受冲击载荷的中小型制品。 1)设备 聚碳酸酯注射成型大多采用螺杆式注射机。制品的注射带应不大于螺杆式注射机公称注射量的70%~80%。注射机合模力应不小于制品和流道、浇口在合模方向的投影面积与有效注射压力的乘积。注射机螺杆压缩比在2.5~3.5较为适宜。不同容量的注射机的成型范围见图2-3-24和图2-3-25。 聚碳酸酯在用螺杆式注射机成型时,通常采用单头全螺纹、等螺距、压缩渐变型螺杆。为了减少注射叫的逆流现象,可使用锥形尖头或头部带止逆结构的螺杆。 聚碳酸酯的熔体粘度高,注射机除用大通道结构的密闭式喷嘴外,通常使用延长型的开武喷嘴。这种喷嘴在开模时,可以带走喷嘴口前端的低温物料,从而提高制品品质。 干燥合格的聚碳酸酯,在室温下的空气中放置15min以上就会失去干燥效果。因此,注射机料斗应有保温装置,使聚碳酸酯物料的温度不低于100℃,并且料斗内的存料量以0.5~1h内用完为妤。 2)模具 聚碳酸酯注射成型的模具要求浇道短而粗,以保证熔体能够充满模腔;当制品冷却、体积缩小时,熔体仍能经过中心浇道补充进去(即保压补充),避免制品形成缩孔和凹陷。为了减少料流在模具浇道中的压力和热带损失,以及减小浇道的阻力,应使浇道截面尽量成为圆形。对于薄壁制品,为加快均匀允模,分流道、铸桥和铸口可适当加宽。 聚碳酸酯脱模斜度一般为0.5~1度,型腔的脱模斜度稍大于型芯,模具的成孔型芯长度与直径比应小于5。模具主流道斜度为2~5度。,与分流道转角的圆半径为0.5~2.0mm,分流道断面积约为主流道的2/3~3/4。浇口应设计在容易切离,又不是主要受力的位置。侧浇口的厚度可为制品厚度的1/3~2/3,一般不小于1.2mm,浇口长度为0.7~2.0mm。端浇口的主流道底端直径为相邻壁厚的l~2倍时,可减小该位置出现的凹陷和气泡。针形浇口直径在0.8~3.0mm之间,浇口长度应尽可能短,通常约为1mm。 3)成型工艺 适宜于注射成型的聚碳酸酯,平均分子量通常为(2.7~3.4)×104。物料在成型前必须干燥,含水量应控制在0.03%以下。表2-3-12示出了聚碳酸酯注射成型工艺条件。 聚碳酸酯的注射成型温度应调节在塑化良好,不致引起过热分解,顺利实现注射过程的范同内,即高于流动温度(240℃),低于分解温度(340℃)。 聚碳酸酯成型压力高、注射速度快时,熔体的剪切效应增大,制品内应力也随之增加。但注射速度过慢时又容易引起制品的熔接痕和波流纹。注射速度对聚碳酸酯的机械强度也有一定影响,如图2-3-26所示,聚碳酸酯的冲击强度随着注射速度的捉高,在12g/s时最高,以后又有所下降。因此,在制备要求高冲击强度制品时,应注意选择适宜的注射速度。 聚碳酸酯注塑加工制品在模具内冷却定型温度的上限,应由其玻璃化温度(130℃)确定。模温随制品形状、厚度不同而有所不同。适当提高模温,不仅有利于脱模,而且可调节制品的冷却速度,使之均匀一致,有利于聚碳酸酯定向分子的松弛作用。在通常情况下,制品的内应力与冷却时的模温成反比关系。制品内应力通常用偏振光法及溶剂浸渍法来测定。图2-3-27示出了聚碳酸酯制品浸入四氯化碳溶剂中的开裂时间与模温的关系。
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