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聚苯硫醚（PPS）加工工藝
日期：2024-08-27 15:01
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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)后成熱固性塑料，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,如玻璃纖維增強(qiáng)、無機(jī)填充和碳纖維增強(qiáng)度，改性后的密度增大為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，并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系數(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)后可達(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℃以下不溶于任何有機(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，若溫度超過370℃，PPS會發(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。表面光潔度在10S以下時對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，潛伏式澆口并不太宜，但在高循環(huán)成形(FAST CYCLE)成形時仍有使用，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)時考慮到澆口形狀及位置。沿樹脂流動方向及其垂直方向其強(qiáng)度不同，因此，在設(shè)計(jì)時也應(yīng)充分考慮及此。(垂直方向的強(qiáng)度大約為流動方向的50-60%)。對于難免發(fā)生接合線的制品，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)系(R-4) 圖4 成型收縮率溫度的關(guān)系(R-4) 圖5 成型品的厚壁與螺旋流動長度 4.成形收縮 PPS樹脂是結(jié)晶性的樹脂，在成型時，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，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，并厚度均為宜。至于壁厚時，請使用A-100，A-200。 5.排氣孔(GAS VENT) 如果在PPS樹脂的制品內(nèi)有氣泡將使其特性明顯地下降，而且由于排氣**所導(dǎo)致的燒焦關(guān)系，使成型品發(fā)生部分變色和表面粗糙，因此為了得到良好的產(chǎn)品必須設(shè)有排氣孔。PPS成型時的排氣孔尺寸通常為高0.015-0.02mm，寬2mm以上。利用脫模面及脫鞘作排氣孔也可以，而為了得到更好的制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)時必須使脫模時抗力均衡，考慮脫模鞘的直徑、數(shù)目及位置。特別是較深物品的成型時，因接觸面大，其成型品底部的脫模鞘位置更是關(guān)鍵所在。 7.模具溫度的控制試產(chǎn)用模具或可使用帶式加熱器(BAND HEATER)控制模溫，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，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)及可動側(cè)兩邊都需均勻裝配，以便因成型品構(gòu)造關(guān)系難免發(fā)生翹曲現(xiàn)象時，有需在模具的固定側(cè)及可動側(cè)造成模溫差距以改善之，對此若使用**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)(掛接于成型機(jī)處)加裝石棉板等親隔熱板。 方 向 成型收縮率CM/CM 流動方向 低溫 1/1000-3/1000 垂直于流動方向 低溫 4/1000-8/1000 照片1 設(shè)計(jì)**例，由于壁過厚造成應(yīng)力裂紋。 照片2 由于壁厚不均勻造成應(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)滯留時間過久，造成的樹脂變黑。左為普通色，右為滯留時間過長者，但盡管變色物性沒有變化。 照片5 注射速度不同，表面光澤就不同，A比B的注射速度高，表面就較光亮。 PPS的注塑成型要點(diǎn) 通常大件成型時，每一循環(huán)的時間變長，在機(jī)筒內(nèi)樹脂的滯留時間也隨著增長，而在高溫中滯留過久者，樹脂的顏色會呈較黑色及流動性略降現(xiàn)象，但對樹脂的特性沒有太長的影響。通常對于大件的成型，機(jī)筒應(yīng)采用較低的溫度，而小件的成型別采用較高的機(jī)筒溫度。為防成型品的重量每次變動不一，加上若干背壓（5kgs/cm°左右）對于獲得品質(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，有可能在機(jī)筒內(nèi)硬化，一定要避免這種現(xiàn)象發(fā)生，又成型終了后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閉式噴嘴，而噴嘴的加熱器(HEATER)則以能單獨(dú)控制者對于成型更為方便。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.干燥建議的干燥溫度為150-160°C，為期2-3小時。若使用熱風(fēng)干燥機(jī)，置于盤中之原料高度不應(yīng)高于50mm。若使用除濕干燥機(jī)，其入口溫度為-40°C露點(diǎn)。 注射速度不同，產(chǎn)品的表面光這度就不一樣，注射速度越快，表面光澤越好，但容易發(fā)生產(chǎn)品翹曲，燒焦，對此必須注意。一般使用中等注射速度，較高注射壓力條件成型。由于PPS樹脂是結(jié)晶性樹脂，在厚壁成型時，通常為提高結(jié)晶度，必須拉長冷卻時間，而在薄壁成型時，即使一次成型個數(shù)很多，每一循環(huán)10-30秒就已足夠。成型時的螺桿轉(zhuǎn)速一般為40-100RPM，而高循環(huán)成型時雖可采用200RPM以上，但此時樹脂易發(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并不存在化學(xué)性之腐蝕。物理性方面，因其內(nèi)含之玻纖（與其它含玻纖之工程塑料一樣）對普通機(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。又料斗下的機(jī)筒溫度過者，將易導(dǎo)致機(jī)筒及螺桿磨損的增加。成型后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，而為縮短清洗的時間，使用成型溫度高的聚砜，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)樹脂清洗后，為了保證成型機(jī)的機(jī)筒及螺桿，*后應(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)系 圖8 R-4的抗拉強(qiáng)度與注射壓力、機(jī)筒溫度的關(guān)系 圖9 流動性與注射壓力及機(jī)筒溫度的關(guān)系(R-4) 圖10 流動性與模具溫度的關(guān)系
