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PPS的注塑加工及应用
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时间: 2018-12-18 17:05 浏览量: 308

聚苯硫醚英文名称Poly phenylene sulfide,简称PPS,是一种新型的工程塑料,在美国于1973年才开始工业化生产。近年发展得很快,已成为继尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、热塑性聚酯(PET和PBT)及聚苯醚(PPO)之后的第六大工程塑料和第一大特种工程塑料。

产品分为两类:一类是支链型热塑性聚合物,粘度较高。另一类是热固性聚合物,固化前具有线性分子结构,固化后加热充分也软化到一定程度。下面主要介绍热塑性PPS。

PPS是分子主链上具有苯硫基的高聚物,由于其结构为苯环与硫交替连接,分子链具有很大的刚性及规整性,因而PPS为结晶性聚合物,具有很多优异性能,如耐热性、刚性、阻燃性及电绝缘性。硫原子上的孤对电子使得PPS与玻璃纤维、无机填料及金属具有良好的亲和性,易于制成各种增强复合物及合金材料。

一、PPS的性能

1、物理力学性能  

PPS是一种白色、结晶度高的聚合物,密度为1.34。其力学性能优良、拉伸强度和弯曲强度优于PA、PC、PBT等,具有极高的刚性和抗蠕变性,但其脆性较大,缺口冲击强度较低,低于PA、PC、PBT高于POM。加入玻璃纤维增强后其力学性能更优。PPS属惰性物质,无毒。

2、热性能

由于PPS为结晶性聚合物,最高结晶度可达65%,其结晶温度为127℃,熔点为286℃,热变形温度260℃,在空气中430-460℃以上才分解,热稳定性远超出PA、PBT、POM等工程塑料,长期使用温度在热塑性塑料最高,可达220-240℃。PPS还是具有良好的绝热性和阻燃性,其临界氧指数与PVC相当,可达47%,无需加入阻燃剂,PPS可达到UL94-V0级水平。

3、电性能

PPS的分子结构对称,无极性,吸水性低,故其电绝缘性十分优良,与其他工程塑料相比,其介电常数小,耐电弧性相当于热固性塑料,在高温、高湿、变频等条件下,PPS还能保持优良的电绝缘性。加入导电填料,可制得导电性PPS复合材料,用于防静电及电磁屏蔽。

4、耐化学性

由于PPS具有较高的结晶度,故其具有优良的耐化学药品性,在200℃以下不溶于任何有机溶剂,除强氧化性酸外,可经受各类酸、碱、盐的侵蚀,在高温下经各种化学药品长期浸泡后,还保持较高的强度,仅次于聚四氟乙烯。PPS还具有良好的耐候性和耐射性。

5、加工性能

1)吸水性  

PPS的吸水性较低,只有0.02%。

2)流动性  

PPS的流动性较好,可加工薄壁制品,其流动性根据PPS的品种、规格而不同,线性PPS比支化交联PPS的流动性高,随温度升高,物料的流动性增加,但温度过高或物料在机筒内停留时间过长,物料会发生部分交联,导致流动降低。

3)结晶性  

PPS为结晶性聚合物,其结晶度随成型时的冷却温度及速率而变,冷却速度越快,其结晶度越低。而结晶度大小又对其强度、耐热性、耐候性、尺寸稳定性都有较大影响。随结晶度增加,制品的热变温度提高,刚性、表面光洁度、表面硬收缩率等增加,尺寸稳定性也增加。

4)热稳定性

PPS 在高温下时间长会发生部分氧化交联反应,导致物料的流动性降低,色泽变深,影响制品的质量和性能。此外,PPS对金属有较强的粘附性,要防止物料在机筒内固化。  

5)收缩性  

对于结晶性塑料,在成型加工时,结晶度随模具温度增加而增大,而结晶度增大,收缩率也增加,故收缩率随模具温度而增大。通常PPS的收缩率都较小,但与流动方向垂直的收缩率大于流动方向的2-4倍。产品厚度、形状、注射速度也会对收缩率须影响。

6)二次加工

PPS制品可以切削、攻丝等机械加工和超声波焊接、粘合剂接等加工。

二、成型设备与模具

1、注塑机的选用

1)锁模力  

PPS的流动性与ABS、POM相近,在计算锁模力时,要考虑流动性这个因素,选择材料流动特性系 K值,可按第四组与ABS、POM等到相同。      

2)注射量  

根据产品的重量来选择合适的注射量,不宜选用注射量超出过多的注塑机,以免胶料在机筒内停留时间过长而发生氧化交联反应甚至固化,导致产品变色,影响产品的性能和质量。  

3)螺杆、机筒  

根据PPS的特征,PPS没有腐蚀性,因此,对于一般的PPS料,可以采用普通螺杆,但由于加工温度高且有结晶体熔化吸热,所以机筒加热器的功率须足够。在多数情况下,PPS都加入玻璃纤维以增强其各种性能,这些材料对机筒和螺杆的磨损很大,必须采用耐磨的机筒螺杆,台镀硬铬螺杆或双金属螺杆、机筒。

4)射嘴  

采用开放式射嘴,内径φ3-6mm,射嘴的加热器最好是能单独控制,这样可使成型加工更方便。若有些制品要求防止流涎,可以使用自锁射嘴,但清理比较困难。

2、产品造型与模具设计

1)产品造型  

PPS属结晶性聚合物,产品的转角及壁厚变化的部位会引起应力集中,导致应力开裂、尺寸变化、强度下降等问题出现,产品设计时产品的转角应为圆弧过渡,并尽量避免厚薄不均,一般情况下制品的厚度不要超出7-10mm。

合理的加强筋设计可以增加制品的刚性,防止制品翘曲、消除残余应力、提高流动性,增加筋条的数目比增加筋条的高度与厚度效果更好,通常筋条的选取为制品厚度的一半并圆角过渡,筋条的脱模斜度为2-3°。

2)模具材料  

PPS的加工温度较高,胶料温度为290-330℃,模具温度为130-180℃,同时PPS在大多数情况下以玻璃纤维增强,内含较大量的玻璃纤维,磨损问题必须考虑,故模具材料应以140-150℃为基准,选用合适的合金材料,如SK、SKD、SKH等,硬度为HRC60-65,表面电镀。

3)流道  

流道形状以圆形、梯形为宜,流道锥度为2-3°,在流道末端设置冷料井。

4)浇口      

浇口可以采用针型、圆盘型、扇型、轮辐型、侧入型等,不宜采用潜伏型浇口,因为PPS制品硬度大,收缩率小。浇口应设置在制品截面最厚的部位,浇口直径不小于0.6mm,对于增强PPS,因结晶取向引起强度和收缩率的方向各异,故在设计浇口形状及位置时,必须考虑胶料流动方向引起的尺寸变化和强度变化,以及因熔合纹引起的强度下降,垂直使熔合纹出现在没有负荷或负荷较小和不明显的部位。

5)脱模  

为了保证制品的表面光洁平整度及易于脱模,模具的型腔、流道等部位应有较高的光洁度和脱模斜度,脱模斜度一般为1-3°。脱模顶针的直径、数量、位置的设计也很重要,根据制品的形状而定,使顶出力均衡和顶出平稳,否则,会使制品产生局部残余应力,从而引起制品裂纹和尺寸精度不一等问题。

6)排气  

PPS制品内有气泡会使其性能明显下降,由于排气不良而引起原烧焦、变色和表面粗糙,影响制品的外观和质量,模具必须合理地开设排气槽或排气孔,也可以利用分型面和脱模顶针间隙来排气。

7)模具的温控  

由于PPS的成型加工、要求模具温度在130-180℃,这样的温度一般需要加热,而模具温度的精确性和均匀性影响到产品的性能和尺寸精度;根据模具的大小、制品形状、生产量及温控设备等因素,可选择电热式和油循环加热式温控,电热式温控方便、经济、温升快,但温度均匀性和精确度较差,模温机油循环加热式温控的温度均匀性和精确度较高,对性能和尺寸精度要求较高的产品可以选用这种方式。为了保证模具温度的均匀性和防止散热,可以在模具的侧面和模具与注塑机模板之间加装石棉板隔热。

三、成型工艺

1、原材料干燥  

因为PPS吸水性小,所以加工前可以不干燥。但如果原料开放式放在温度高、湿度大的环境下时间较长,则需干燥,干燥温度为150-160℃,时间2-3H。  

2、成型温度  

PPS的成型温度较高,机筒温度在280-360℃之间,在保证顺利充模和制品质量的前提下,机筒温度尽量不要太高,以免引起胶料在机筒内氧化交联甚至固化。射嘴温度要单独控制,以保持胶料良好的流动性而又不堵塞、不流涎为宜。  

3、注射压力  

注射压力在50-200MPa之间,为了保证制品的力学性能和尺寸精度,使用较高的注射力为佳,特别是形状复杂、薄壁件更应如此。  

4、注射速度  

注射速度快,制品的表面光洁度高、强度也较高,但过高的注射速度会使产品翘曲、烧焦等现象,一般采用中等注射速度。  

5、螺杆转速  

螺杆转速可以在50-200rpm之间,高速成型可以采用较高的转速,这时胶料因剪切速率大而温升大,必须将机筒温度调低。  

6、保压压力  

为了防止内应力的产生,保存压压力应尽量低,满足补缩便可,以制品不出现凹陷为准。  

7、背压  

一定的背压有利于胶料的排气和混合,以便得到质量较稳定的制品,一般背压在0.5-1.5MPa之间,对于干燥不好的材料,背压可以大些。  

8、模具温度  

PPS是结晶性聚合物,模具温度直接影响制品的结晶度,从而得到不同的性能和尺寸精度,模具温度不同引起结晶的差异很大,如94℃时结晶为8%,而150℃时则为48%。模具模具高,得到制品的结晶度也高,其力学性能较好,但有收缩大、凹陷、翘曲、耐冲击强度差等问题,模具温度低,制品的结晶度低,收缩小、尺寸再现性好(制品尺寸与模具尺寸的复制程度)、耐冲击强度增大、超声波焊接性提高,但力学性能较差。因此,要根据产品的要求来确定成型模具温度。

9、成型周期  

由于PPS 为结晶性聚合物,为了得到良好的力学性能,需采取较高的模具温度,较长的冷却时间,以提高结晶度,对于厚壁制品,注射时间、保压时间、冷却时间都应长于薄壁制品。为了防止冷却收缩和内应力的产生,对复杂件,薄壁产品,也需要适当延长保压时间。  

10、制品后处理  

为了提高制品的性能,消除内应力以及保持制品的性能和尺寸稳定性,可以将制品放入烘箱内进行退火处理,条件通常为200-240℃,2—4H,具体根据制品的厚度和用途而定,厚制品时间长些,退火处理使制品再结晶从而结晶度提高,其性能也随之而提高,但也导致再收缩而使制品的尺寸变化,模具设计时要考虑这因素。

11、再生料的使用  

再生料可以与新料混合一起使用,其比例视制品的性能要求而定,再生料的比例大,制品的性能会下降,一般不要超过30%,以免造成产品的性能和质量明显下降。  

12、停机处理  

由于PPS对金属有较强的粘附性,故加工完成后,在停机之前必须把机筒内、螺杆上粘附的PPS料清洗出来,否则胶料冷却后会牢固地粘在螺杆上,影响下次或其它材料的生产,通常可以采用高密度聚乙烯(HDPE)来清洗;为了缩短时间,也可以先用玻璃纤维示强PC料,再用HDPE料进行清洗,这样清洗效果较好但费用较高。生产过程中需要中断成型一段时间,必须将机筒内的胶料全部排出,并将机筒温度降低至270℃以下,因为熔料在高温的条件下长时间受热会分解,并放出毒气体,所以生产场所必须注意通风。

四、常见缺陷与解决方法

1、填充不足

原因:  

1)注射压力不足;2)注射速度慢;3)熔料温度低;4)排气不良;5)浇口过小; 6)过胶圈磨损。

解决方法:    

1)提高注射压力;2)提高注射速度; 3)提高机筒温度; 4)在未填满的部位加排气孔; 5)扩大浇口尺寸或缩短浇口流道的距离;6)检查过胶圈的磨损程度,更换。

2、表面无光泽

原因:

1)制品密度不足;2)填充速度慢;3)模具温度低;4)排气不良。

解决方法:

1)增加熔胶量,提高注射压力;2)提高机筒温度,提高注射速度; 3)提高模具温度; 4)充分排气。

3、翘曲

原因:  

1)制品冷却不均匀; 2)制品壁厚不均匀; 3)填充过度; 4)注射速度过快。

解决方法:  

1)调整模具的温度控制,使其冷却均匀;2)产品的设计尽量使其壁厚均匀; 3)降低注射压力和保压压力;4)降低注射速度。

4、收缩、凹陷

原因:  

1)制品密度不足;2)熔料含有气体; 3)制品壁厚过厚;4)热收缩大。

解决方法:  

1)增加熔胶量,提高注射压力,延长注射时间; 2)充分干燥材料;3)制品厚度不要超过7-10mm; 4)降低机筒温度及模具温度。

5、内部裂纹

原因:  

1)制品冷却过快 2)残余应力

解决方法:  

1)提高模具温度,制品取出后浸入热水或放入烘箱中缓慢冷却;2)降低注射速度,提高模具温度。

6、烧焦

原因:

1)排气不良; 2)熔料温度过高。

解决方法:

1)增加排气孔;2)降低机筒温度、注射速度; 3)加大浇口。

7、脱模困难、顶出破裂

原因:

1)模具的脱模锥度不足,表面光洁度不足;2)脱模顶针的位置不当或直径过小

解决方法:

1)加大脱模锥度,模具表面抛光;2)增加顶针数量或加大顶针直径;3)延长冷却时间,降低机筒温度、模具温度。

五、应用

1、电子电器及家电  

利用其耐高温、电绝缘性,用于接插件、变压器、继电器、电饭煲、微波炉、风筒等零配件。  

2、机械及精密零件  

利用其良好的加工性和耐高温、耐腐蚀等特征,用于照相机、转速表、手表、复印机、电脑等零配件。  

3、汽车  

PPS的注塑加工工艺及应用

利用其耐高温、耐油、耐腐蚀、强度高等特性,用于发动机盖、排气装置、散热装置、配油器等零配件。  

4、石油化工  

利用其耐热、耐腐蚀的特性,用于泵、管、阀、容器等。


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