聚苯硫醚注塑成型常見的3種缺陷

日期: 2020/05/31
作者: 旺百家平台登錄
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旺百家平台登錄旺百家平台登錄)2020年5月31日訊  聚苯硫醚,全稱爲聚次苯基硫醚,英文名稱polyphenyleneSulfide(簡稱PPS),是分子主鏈上帶有苯硫基的熱塑性工程塑料。


聚苯硫醚耐熱性優良,長期使用溫度在200℃;耐化學藥品性好,具有近似聚四氟乙烯的優異化學性能;還具有特殊的剛性,良好的與各種填料及其它高分子材料的共混性。目前,它是耐高溫工程塑料中價格最低而又能以一般熱塑性塑料加工方法成型的品種。

聚苯硫醚是以苯環和硫原子交替排列構成的線型高分子化合物,由于苯環的剛性結構軟性的硫醚鍵連結起來,使其具有優良的耐熱性、阻燃性、耐介質性以及與其它無機填料的良好親和性。但未改性聚苯硫醚的抗張強度、抗彎強度僅屬中等水平,伸長率和沖擊強度也較低。


因此,聚苯硫醚常采用玻璃纖維以及其它無機填料增強填充改性,使其在保持耐熱性、阻燃性和耐介質性的同時,進一步提高物理機械性能。


現就幾種較常見的制品缺陷來加以分析和探讨。


一、制品耐溫低,變色,出現變黑,黃紋及黑點


由于聚苯硫醚共混性好,具有極好的剛性,通過添加玻璃纖維,其剛性能進一步提高。PPS的耐熱性很好,通常注射料筒溫度設定在280~340℃,生産的産品旺百家平台登錄耐溫都在200℃以上長期使用溫度,可爲什麽在生産一些電器制品時,經常會出現變色現象呢?


這是因爲現在市場競争激烈,爲了降低生産成本,有些廠家生産中低檔制品時使用再生料(回收料),添加一些其他材料,自己加入阻燃劑、填充劑等配混的料。由于這些料品流駁雜,而塑化要求比較高,工藝方面控制比較困難,從而出現這樣那樣的問題。


PPS其熔點(282~285℃)添加的材料熔化溫度相差太大,造成添加的材料燒傷、氣化、碳化、顔色變色變黑,出現有黃紋及黑點現象。


針對上述現象,需從以下幾個方面進行考慮和尋找解決方法:


1. 原料:


如果在生産過程中一直有變色現象,就需首先檢查用料是否有問題,比如摻雜了其它料及異物來的新材料是否存在質量問題,使用的回收料是否合格,配混料是否配方配法正确等,一一排除後,再檢查其它原因。


2. 工藝條件方面:


主要考慮熔融溫度,一般要逐段降低料筒溫度,特别是前兩段的溫度,而且針對不同的材料使用不同的溫度,如尼龍共混改性聚苯硫醚;可顯著提高沖擊強度。雖然聚苯硫醚和尼龍兩者的熔融溫度和熱分解溫度相差懸殊,親和性不夠理想,但它們在較高溫度下卻能産生十分優良的熔混效果。溫度從料筒到噴嘴分段控制,依次爲260℃、280℃、300℃、310℃。


PC聚碳酸酯、PPO聚苯醚、PTFE聚四氟乙稀、PI聚酰亞胺等等共混改性聚苯硫醚各種規格的材料,料筒加熱溫度都有差異。當然,成型溫度的最終選定還要綜合考慮制品形狀、尺寸、模具結構、制品性能要求等方面。


另外,若螺杆轉速太快、背壓太高、注射速率太快,以及噴嘴孔徑、澆道、澆口尺寸太小等都會使熔體産生高的剪切熱,造成PPS出現熔體破裂現象,而且易使模腔内氣體不能及時排出,造成制品局部灼傷而變黑。


3. 用料、操作方法方面:


若一開機就發現有黑點,這多半與料筒存料有關,故須注意操作方式方法,當開機前料筒所存料爲PPS時,要用新料在成型溫度下将料筒清洗3~4次(對空注射)。如果所存料爲别的料,特别是熱穩定性差的料如PVC、POM等,這就要求在開機時不能升高溫度,而且不能用PPS清洗料筒,隻能在較低溫度下用熱穩定性好的料如PS聚苯乙烯、PE聚乙烯等清料。


清洗幹淨後,再把料筒溫度升至PPS正常加工溫度,然後用PPS料清洗一下,方可進行加工。在加工過程中,若需臨時中止生産,則需将料筒溫度降到280℃以下保溫,(因PPS的熔化溫度爲280℃),以免時間過長物料分解而變色。


二、制件表面質量不好,光潔度差,玻纖外露


出現以上幾個方面的問題,其主要原因是模具溫度偏低,造成制件表面質量不好。


由于聚苯硫醚是結晶性高分子化合物,模具溫度對聚苯硫醚制件性能有明顯影響。


制件因驟然冷卻而得不到充分結晶,從而使其機械強度、材料的耐熱性有所下降;模溫提高,制件結晶性随之而提高,剛性也同時提高。


PPS注塑件的結晶狀況受熔體冷卻速率的影響。熔體冷卻速度快,PPS粘度大幅增加導緻鏈段活動性降低,鏈段重排跳進晶格的極遇變小,結晶受到限制甚至不能很好地結晶,結晶度小;當熔體冷卻速度慢則來得及結晶,結晶在很大程度上不斷擴大,模溫提高,制件結晶性随之而提高。


1.在通常情況下,模具溫度均應控制在120℃以上,爲什麽要進行模具加熱?


因爲模具溫度在38℃成型的聚苯硫醚制件結晶度小于5%,可以說零件雖然基本成型了,但零件的内部結構還沒有達到要求。要想提高零件結晶度,必須進行後處理,在204℃下熱處理30min,其結晶度可提高到60%,所以在注射成型工藝細則中規定,工序熱處理:制品要求在48小時内進行處理。


将制品放入烘箱中,其厚度不超過制品的三倍,在1小時内室溫升止200℃,保持2小時後,(零部件比較大時,時間向後延緩)切斷電源随烘箱冷卻止室溫,取出制品。但是要說明模具溫度偏低成型的制品。


表面光潔度不夠好,形成亞光對要求表面光潔度不高的零部件,基本能滿足要求。(注:要求零部件表面光潔度高的,模具溫度均應控制在120℃以上。)


2.模具型腔表面光潔度不高,也是零部件表面光潔度不高的原因之一


要求表面光潔度高的零部件,模具型腔抛光、鍍烙再抛光直至達到使用要求。


三、制件開裂等現象


這主要是由于制品内部存在内應力的緣故。


内應力,是指在沒有外力的情況下,塑料内部由于成型不當、溫度變化等原因所産生的應力,其本質是塑料分子高彈變形被凍結在制品内而形成的。


塑料制品的内應力可影響制品的力學性能和使用性能,如産生翹曲、變形甚至細小裂縫:内應力還會使注塑制品在流動方向上顯示出較高的力學性能,而垂直于流動方向的強度則較低,使制品性能不均勻,從而影響制品的使用。特别是當制品受熱或與特殊溶劑接觸時将會加速開裂。


PPS制品的内應力是由取向應力和溫度應力引起的,有時也與脫模不當有關。


1.取向應力


注射制品内部大分子取向後易産生内應力,造成應力集中。


在注射成型時熔體(料)迅速冷卻,在較低溫度下熔體粘度較高,取向的分子不能充分松弛,如此産生的内應力對零件的力學性能和尺寸穩定性都有影響。所以熔體溫度(料筒溫度)對取向應力的影響最大,提高熔體溫度(料筒溫度)對熔體粘度下降,因而剪切應力和取向應力降低。


① 在高的熔體溫度(料筒溫度)下取向應力的松弛程度較大,但當粘度降低時,注射機螺杆傳遞到模具型腔的壓力增大,可能使剪切速率提高,導緻取向應力增大。


② 保壓時間太長,取向應力增大:提高注射機壓力同樣會因剪切應力和剪切速率的增加而引起取向應力增大。


③ 注塑制品厚度對内應力也有影響,取向應力随注塑制品厚度的增加而降低,因爲厚壁注塑件冷卻緩慢,熔體在模腔内冷卻、松弛時間較長,取向分子有充足的時間回到無規狀态。


④ 若模具溫度高,熔體冷卻緩慢,可使取向應力減少。


2. 溫度應力


塑料在注塑時熔體溫度(料溫)和模具溫度之間溫差很大,這使靠近模壁的熔料冷卻較爲迅速,因而産生了在制品體積内分布不均勻的應力。


① 由于PPS的比熱容較大,導熱系數小,制品表面層比内層冷卻快得多,制品表面所形成的凝固殼層會阻礙内部繼續冷卻時的自由收縮,其結果引起制品内部産生拉伸應力、而在外層則産生壓縮應力。


② 熱塑性塑料由收縮産生的應力越大,則材料在模内因壓實作用所産生的應力越低,即保壓時間短,保壓壓力低,可很好地減小向應力。


③ 制品的形态和尺寸對内應力也有很大的影響。制品表面積與體積之比越大,表面冷卻越快,取向應力、溫度應力也越大。


④ 取向應力主要産生在制品的表層内,因此,可以認爲取向應力應該随制品的表面對其體積之比的增加而增大。


⑤ 若制品厚度不均勻或制品帶有金屬嵌件都容易産生取向應力,所以嵌件和澆口都宜設置在制品厚壁處。


通過以上幾個方面分析,由于塑料的結構特征及注塑工藝條件的限制,要完全避免内應力是不可能的,隻能盡量減小内應力或盡量使内應力在制品内分布均勻。


其方法是:


① 注射溫度對制品内應力大小影響很大,因此要适當地提高料筒溫度,保證物料塑化良好,使組分均勻以降低收縮率,減小内應力;提高模具溫度,使制品冷卻緩慢,以松弛取向分子,降低内應力。


② 過高的保壓時間太長壓力可使塑料分子取向作用増大而産生較大的剪切力,使塑料分子有序排列,制品取向應力増大,因此,要盡量采用較低的注射壓力;若保壓時間太長,模内壓力由于補壓作用而提高,熔料産生較高的受擠壓效應,分子取向程度提高,使制品内應力増大,因此保壓時間不宜太長。


③ 注射速率對注塑件内應力的影響比溫度、壓力等因素要小得多,不過最好采用變速注射、即快速充模,當模腔充滿後改用低速,變速注射一方面充模過程快,減少熔接痕,另一方面低速保壓可減少分子取向。


④ 設計澆口位置,一般來說澆口位置都宜設置在制品厚壁處,扁平制品要用平澆口、扇形澆口;PPS材料不适應潛伏式點澆口。頂出裝置應設計成大面金屬面積頂出;脫模斜度要大。


⑤ 當制品帶有金屬嵌件時,嵌件需預先加熱(一般地要求加熱200℃左右),以防止金屬材料與塑料材料線膨漲系數不一緻而産生内應力,過渡處需用圓弧過渡。


⑥ 出模後制品要在24小時内進行後處理,消除内應力,熱處理的溫度爲200℃左右,保溫時間2~3小時。其實質是使塑料分子中的鏈段、鏈節有一定的活動能力,凍結的彈性變形得到松弛,取向的分子回到無規狀态。