PC注塑工艺设计[定稿]

PC注塑工艺 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 [定稿] 聚碳酸酯注塑工艺设计 一:聚碳酸酯的简介: 1.1:聚碳酸酯的化学性能: 聚碳酸酯(Polycarbonate)常用缩写PC是一种无色透明的无定性热塑性材料。其名称来源于其内部的CO3基团。 化学名:2,2,-双(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯 其特性: 1、聚碳酸酯耐酸，耐油。 2、聚碳酸酯不耐紫外光，不耐强碱。 1.2:聚碳酸酯的物理性能: 密度:1.20,1.22 g/cm 线膨胀率:3.8×10 cm/cm?C 热变形温度:130?C 。 聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，需要添加阻剂才能符合UL94 V-0级。但是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产大型的器件。随着聚碳酸酯生产规模的日益扩大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之间的价格差异在日益缩小。 不耐强酸，不耐强碱聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。 1.3:聚碳酸酯的生产: 聚碳酸酯是日常常见的一种材料。由于其无色透明和优异的抗冲击性，日常常见的应用有光碟，眼镜片，水瓶，防弹玻璃，护目镜、银行防子弹之玻璃、车头灯等等、动物笼子宠物笼子。 聚碳酸酯PC也是笔记本电脑外壳采用的材料的一种，它的原料是石油，经聚酯切片工厂加工后就成了聚酯切片颗粒物，再经塑料厂加工就成了成品，从实用的角度，其散热性能也比ABS塑料较好，热量分散比较均匀。当与稀土玻璃比较聚碳酸酯纤维如同轻量级和高度不易碎。聚碳酸酯纤维多用于一次性塑料水瓶和重用塑料水瓶。 聚碳酸酯工业化合成主要是界面光气化路线，以双酚a为原料，使用光气、氢氧化钠和二氯甲烷为原料及反应助剂，此法工艺成熟，产品质量较高，易于规模化和连续化生产，经济性好等，长期占据着聚碳酸酯生产的主导地位。但由于该法使用的原料光气剧毒，因此近年来各大公司纷纷研究非光气法生产路线。1993年非光气法工艺研究成功，并由ge塑料日本公司实现了工业化生产。主要以双酚a与碳酸二苯酯为原料，该工艺是一种符合环境要求的“绿色工艺”，已成为今后聚碳酸酯合成工艺的发展方向，预计未来在聚碳酸酯生产中将逐渐占据主导地位。 二:工艺特性 PC的分子结构既有柔性又有刚性的无定性聚合物。因此，具有许多的优良工程性质。分子链简单、规整。但由于苯环的存在，虽然它是结晶聚合物，但很难结晶，所以聚碳酸酯为无定形聚合物。 链节较长，苯环使键段运动较为困难，所以聚碳酸酯玻璃化温度较高为149?，熔融温度在220-230?之间，分解温度为330?。熔体黏度高。提高温度，熔体的 黏度则会下降，对温度比较敏感。熔融黏度随相对分子量的提高而明显增加。两者关系见表1。 表1 聚碳酸酯熔融黏度与相对分子量的关系 平均相对分子量 熔融黏度/Pa*s 平均相对分子量 熔融黏度/Pa*s 25000 580 33000 3000 27000 940 40000 7200 30000 1450 聚碳酸酯有明显的吸湿倾向，熔体黏度又高，只要有微量水分都会使制品产生银纹等缺陷，冲击强度则会大大的下降。水分还能促进其其降解。相对分子质量随着加热温度的提高，加热时间的延长而下降。 聚碳酸酯的黏度范围，从低黏度、中黏度到高黏度、超高黏度都可以注射成型。而相对分子量介于2.2-3.8万的，也可用玻璃纤维增强改性。聚碳酸酯的相对分子量用熔体支书间接表示。 聚碳酸酯经反复注射，熔体指数的变化极大，会变小，不会出现显著的热降解，但是性能会变差。见表2。 表2 聚碳酸酯经加热和多次注射后的熔体指数的变化 条件 熔体指数/g(10min) 热作用后260?，25min 0.71 反复注射10次 39.4 聚碳酸酯的成型收缩率较小，介于0.35,-0.5,之间。 三:成型设备 由于聚碳酸酯的熔体温度很高，熔体的黏度较大，因此较聚苯乙烯等热塑料需要更多的质量用于树脂的塑化，所以对于成型高于200的大型制件，最好采用螺杆式注射机为佳。这是由于螺杆式注射机塑化量大，注射压力损失小，温度均匀，制品取向和内应力大大减小等优点。 3.1 螺杆 通常螺杆为单头全螺纹，等距渐变式、带止逆环的压缩型螺杆。 螺杆长径比15-20，压缩比2-3。 3.2 喷嘴 加工聚碳酸酯可以选择的喷嘴有普通敞口延伸式和针阀自锁式喷嘴嘴。但是多选择普通敞口延伸式，因为PC熔体黏度高、流动性差，通常不会产生“流涎”现象。敞口式喷嘴的特点是:结构简单，制造维修方便，能增加注射射程，注射压力损失小，即能适应薄壁短流程，也能满足薄壁流程制品的加工。 在选定喷嘴的同时，也相应决定喷孔直径和喷嘴电热圈功率，这些参数与注射机的规格直接有关，就普通敞口延伸式喷嘴，其大致关系见表3 表3 普通敞口延伸式喷嘴和喷嘴电热圈功率关系表 注射成型机规格/ 喷嘴孔直径/mm 电热圈功率/W 20 3 - 60 4 - 200-400 6 100 500 8 150 1000 10 200 第四章 产品与模具的结构特点 4.1产品壁厚 壁厚多为1-3mm，一般不超过6mm 表4 壁厚与流动极限的关系 壁厚/mm 流长比 2.3-3 90:1 1.2 50:1 2.2 80:1 5.2 110:1 熔体粘度低、注射压力大、模具温度高及充模速度快时，极限流动长度都增大:制品厚度减小，宽度增加时，极限流动长度则会下降。 4.2 脱模斜度 聚碳酸酯的收缩率偏小，则脱模斜度一般在50’-1?。 4.3 嵌件 聚碳酸酯的分子链刚性较强，则尽量不使用金属嵌件，确实需要使用时，嵌件的周围的厚度则应大于嵌件的直径。 4.4 制品的缺口、锐角 聚碳酸酯对缺口、锐角较为敏感，而在产品的设计上则应尽量避免锐角、缺口的应用，如果有锐角或者倒角时，倒角的圆弧半径(R)不小于1.5mm。其制品的壁厚则应尽量均匀一致，或者采用的工艺的方法使用不均匀的壁厚趋势于均匀。 4.5 流道 聚碳酸酯的熔体黏度高，熔体冷却速度快，模具的流道则应该选择短而粗。这是为了减小料流在模具流道中的压力和热量损失，以减小流道的阻力，因而应使流道的截面成圆形或正六边形。而对于薄壁制品来说，为加快均匀充模，其分流道可适当的加宽。 此外，为防止冷料进入模腔，应在主流道尾部设置冷料井，分流道的分枝也应该设置贮藏式的冷料井。 4.6 浇口 注射聚碳酸酯所用的浇口主要有几种，较为典型的有:主流道浇口(直接浇口,)、圆片式浇口、直接浇口、点浇口等。这是因为聚碳酸酯的熔体黏度高，流动性差，冷却速度快，材料的性质坚硬，浇口整置比较困难。浇口的深度为制品壁厚的0.7倍，如果采用点浇口，直径要在0.8-3mm之间，浇口则应该尽可能的短，通常约为1mm。注射片状聚碳酸酯时，亦可采用带状浇口(平缝浇口)。如果片状制品较长时，一个浇口不容易充满，可采用双浇口或多点浇口。 第五章 成型工艺 5.1、原材料的处理 由于PC在高温下对微量水分的敏感性。所以在使用注射前则必须进行干燥，干燥可在真空、热风箱中进行。树脂的干燥温度要求在110?左右，时间应连续24小时，干燥层的厚度则不宜超过15-20mm。树脂的干燥温度的高低对性能的影响，比干燥时间的长短的影响要大得多。所以温度不宜低于110?，也不要超过135?，经过干燥的树脂可置于90?左右的保温箱内。料斗的保温设在90-110?范围内。 5.2、注塑温度 注塑温度在280-300?之间,注塑温度不低于260? 否则难于成型，340?受热分解;喷嘴 230-250?;一般料筒温度:前260-280?; 中260-290? ;后260-270? ; 注塑压力和速度:80-120MPA之间，对于薄壁制品注塑压力120-150MPA ;注塑速度 PC注塑速度过慢制品易出现波纹，注塑速度过快可能出现溶体破裂，在浇口附近出现糊斑，制品表面毛糙，除薄壁、小浇口、深孔、长流程制品外，一般采用中速或慢速注塑，最好采用多级注射; 模具温度 模温一般80-100?，对于形状复杂、薄壁制品、要求较高的制品模具温度可在100-120?; 螺杆转速 30-60(r/min)为宜;背压取注塑压力的10-15%; 热流道模具料筒温度:前300? 中300? 后1)285? 后2)270?，注塑时间16S ;冷却时间24S;注塑压力(一次/二次) 120/84MPA;注塑速度分三段控制,模具温度在80-90?。 1 Pc的工艺特性 Pc在熔融状态下的流变特性接近牛顿型流体，其粘度与温度、粘度与剪切速率的关系如图1、圈2所示。奏i200?山,型摇曩璀图1l(XXm23()260 290 320 350温度,1( Pc表观牯度与温度的关系0 100剪切速率,s 图2 PC表观粘度与剪切速率的关系 由图1和图2可以看出，Pc熔体粘度与温度关系较大，而与剪切速率关系不大。因此在成型加工过程中，仅靠提高注塑压力和注射速率不可能达到改善熔体流动性的目的，反而还会导致制品的内应力增加，而适当改变温度可以有效地调节熔体流动性。 2 Pc的注射成型工艺 影响Pc注射成型制品质量的工艺因素主要有模具与设备、制品与嵌件结构、原材料干燥、注射温度、注射速率、注塑压力、成型周期、模具温度、制品后处理等。 (1)模具与设备为尽量减小Pc制品的内应 万方数据 吴利楚:聚碳酸酯的泮射成型}艺 23力，应呆』目移动螺杆式注塑机。喷嘴选用普通敝L:f延伸式为佳。模n流道应设计为粗而短，弯曲部位宜少，用唰形截面的分流道，并进行研唐。，m下Pc熔料较硬，易损伤模具，型腔和刑芯应淬硬，型腔表m镀硬铬“。 (2)制品与嵌件结构Pc制品应避免有尖角，壁厚廊均匀。尽量避免金属嵌件，无法避免时，在成型前须将嵌件预热至200?，以减少开裂倾向。 (3)原材料F燥 虽然常温下Pc术身吸湿性小，日吸湿后性能变化小大，但在成型前必须严格控制Pc的含水量(0002,以下)，才能获得合格的制?珏。这是因为Pc在高温下会发生水解，若原材料岔水，其制品常会Hj现银丝、气泡、甚罕破裂，强度会显著下降，甚至不能使用，所以Pc成型前必须经过严格的干燥。目前广泛采崩的常压烘箱干燥条件 为:110?，10,24h，料层厚度小_F20mnl。下燥后的原料应尽可能避免与空气接触，冈为Pc能很快地吸附湿气，因此即使Pc在空气中放置几分钟也有必要冉十燥一下。最好的方法是采用真空干燥，该法十燥速度快目(十燥程度均匀，但对设备要求高。 Pc树脂是否干燥合格可用以下方法检测:将两片载玻片在约270?的热板上加热1,2min，将3,4粒烘干的料粒夹在两片载玻片之间并轻缓加压使粒子变扁，若熔料无气泡则认为合格。 (4)注射温度 Pc的刚性大，分子间作用力大，使其力学强度较高，玻璃化转变温度也较高，允许使j=}j温度范嗣很宽(一100—130?)。较大的分f问作用力和刚性分f链相互缠结不易解除，使分子间相对滑移较为网难，熔融温度也较高，从而使加T温度较高。滓射温度对制品质量影响很大，情况不同(如注塑机类型、制品壁厚等)，最佳加工温度 范围也4i同。总的来说，Pc制品宜存较高温度下成型。因为温度较高，Pc坦化较好，熔融粘度低，易充满型腔，而且熔体进人型腔过程中定向作用小，从而使制品内应力小，力学强度较高。在285,310?成型时Pc分子降解少，力学强度高，制品的颜色和光亮度都比较好。成型温度低于285?时，熔体粘度大，流动性太差，常会出现充模不满或制品表面出现皱纹，表面粗糙而无光泽。温度高于310?时，Pc会发生分解使制品颜色加深，表面出现暗条。若高t二340?就会发生严重分解，出现气泡、黑点及表面色泽暗淡，而且力学性能显著下降，以至变脆而报废。一般控制料筒温度210,290?，喷嘴温度比料 筒温度低5一10t。 (5)注射速率Pc制品成利时注射速率宜慢一些。若注射速率太快，易出现熔体破裂现象，在浇口J士』围会产生糊斑、制品表面毛糙等缺陷或闶排气不良造成制品烧焦。 (6)注塑压力 Pc的流变特性接近牛顿型流体，注塑压力对成型工艺及制品性能的影响远不如温度的影响显著。但一般注塑压力还是要求较高(60—120MPd)，应根据制t目t情况选取合适的压力。注塑压力太小，难以克服熔体的流动阻力，熔体难以充满型腔;注迥压力过大也不好，凼为注射速率随注塑压力增大而增大，在低模温、低注射温度或薄壁件情况下，高压高速注射将使制品的内应力增大。 (7)成型周期成型周期一般包括注射、无压冷却、开合模三个步骤所需时间。注射时间应根据制品壁厚而定，,般存30,120s之间。注射时间中充模时间是很短的，一般只有5,los，其余为保压时间，保压的目的一方面是使制品逐渐冷却，另一方面是使熔体不断充满型腔，补充制品收缩的需要，防止制品产生凹痕、空洞等现象。冷却时间主要是根据制品厚度、冷凝速度和模具温度来确定。一般来说，冷却时间应保证脱模时不引起制品变形为原则，通常在30—120s。 (8)模具温度模具最好有加热装置，使模具温度保持在80—120?。模温太低会使制品表面不光亮、发雾状，透明性不好，甚至产生波纹，而且由于冷却速度快，制品内应力大，故必要时需加热模具。但模具温度也不宜过高，否则会使制品冷却时间延长，生产效率降低，若冷却不充分则难以脱模，甚至造成制品变形。 (9)制品后处理Pc熔融温度高，熔体粘度大，流动性差，冷却速度快，使制品内应力较大。分子链的刚性大使分子取向后又不易松弛，从而使制品中残留的内应力难以自消，必须对其进行后处理以消除内应力。对于形状复杂、带金属嵌件并经机械加工、使用温度极低或很高的制品进行制晶后处理更有必要。对Pc制品进行热处理是目前消除或 减小内应力的最简单的方法。具体方法如下:将制品于室温置入烘箱，随炉升温，在】oo,105?保温10,20min，继续升温到120一125。C，保温30,40mjn，然后将制晶随炉冷却至60?以下取出，热处理介质为空气。注塑制品一个普遍存在的缺点是有内应力。内应力的存在是制品在储存和使用过程中出现翘曲变形和开裂的重要原因，所以应该使制品结构、模具设汁、成型工艺和热处理等方面达到最佳状态以使制品内应力降低到最小程度(制品内应力尚缺乏简便、快速且能精确定量测定的方法，目前常用偏振光透视、温度骤变试骑和溶剂浸渍试验作为测试制品内应力的半定量或定性的试验方法。其t}t溶剂浸渍法最为简单、方便。具体做法是将制品浸泡于四氯化碳(ccl。)中，未经热处理 的制品不到1min就在应力集巾的部位(如孔周围、尖角和直角处及壁厚变化太的地方)发生严重开裂，而经过热处理的制品浸泡10min也无变化。这说明采用热处理方法消除制品内应力是很有效的?。