聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide, PPS)是最簡單的含硫芳香族聚合物,在中國生產的主要是線型聚苯硫醚,它在350℃以上交聯後呈熱固性塑料。支鏈型結構為新型熱塑型塑料,其熱變形溫度低(僅101℃),沒有明顯的熔點,融體黏度大,需用冷壓一燒結成型工藝,其耐氧化性、彈性、化學穩定性均優於熱固性聚苯硫醚,廢料可以回收。聚苯硫醚是綜合性能優異的工程塑膠,但其強度僅屬中等水平,因此常利用其與纖維和無機填料等有良好的親和性,對其進行增強改性,以此顯著地提高PPS的物理機械性能和耐熱性,從而步入特種工程塑膠行列。

目錄
1. 塑膠金字塔
2. 聚苯硫醚(PPS)的性能如何?
3. PPS射出加工
4. 增強PPS的典型射出工藝
5. 模具設計 
6. 射出件的收縮和射出件退火厚的性能變化
7. 成型注意事項
☆ 案例討論

1. 塑膠金字塔
塑膠按照使用途徑的不同能夠分為通用塑膠、工程塑料以及特種塑膠,工程塑料又包括通用工程塑料和特種工程塑料。通用塑膠即常見的聚乙烯、聚丙烯、ABS 等,技術相對成熟、使用十分廣泛。工程塑料具備相應的力學性能,主要在對塑膠要求更為苛刻的領域應用,用於替代金屬材料。特種塑膠是根據電子電工、航空航太、軍工等領域的要求而發展起來的一類綜合性能優異的結構型耐熱熱塑性工程塑料和耐熱聚合物。

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2. 聚苯硫醚(PPS)的性能如何?
PPS的基本性能特點如下:

  1. 白色、結晶性、易流動的粉末
  2. 強度刀、抗蠕變性高、堅韌、質硬、無冷流變性、力學性能隨溫度升高而降低。
  3. 熱穩定性及好,熱變形溫度260℃,熔點290℃,在400~500℃熱空氣和氮氣中仍穩定,交聯後可耐600℃高溫,可在350℃以上長期使用。
  4. 耐磨,阻燃性優,有自熄性,對玻璃、陶瓷、金屬的黏接性好。
  5. 電絕緣性優,高溫、高濕的影響小,耐電弧性好。
  6. 成型收縮率小,尺寸穩定性好,融體黏度小,易成型加工。
  7. 化學穩定性優異,耐稀酸、鹼,在204℃以下耐任何溶劑。
  8. 對碳黑、石墨、玻璃纖維、MoS2、PTFE等填料有特別好的濕潤作用。

各類聚苯硫醚的性能特點參考(圖2)
 

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其他參考文章:
PPS工程塑膠特性與應用-https://www.linkupon.com/pps%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E5%A1%91%E8%86%A0%E7%89%B9%E6%80%A7%E8%88%87%E6%87%89%E7%94%A8/


3. PPS射出加工

  • 3.1 材料預乾燥

儘管PPS工程塑料的含水率較低,但為了提高射出產品的外觀和製品的熔接強度,防止流延,對線性PPS採用鼓風乾燥機在120~140℃條件下乾燥3~5h,平盤(圖3)中的材料高度最好不要超過5cm;對彩色的PPS工程塑料,為確保穩定的色彩,應在105℃以下,乾燥3~5h,為保證製品外觀,甚至乾燥時間可以再長一些。對增強的交聯型PPS,在鼓風烘箱中可在149~177℃條件下乾燥2~3H,烘乾時間延長,一般對材料性能影響不大,但最好烘乾溫度不能超過260℃。採用真空烘箱和其他除濕式烘箱,溫度和時間可適當降低和減少。

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  • 3.2    成型設備

推薦使用螺桿式射出機,射嘴使用防使融化材料流延的開口射嘴,使用耐磨、耐蝕料管和螺桿。

  • 3.3 射出工藝

a. 料管溫度。對於線性PPS,若料斗(料桶)下面的料管溫度太低,料管和螺趕的摩擦力就會增加。若不存在流動問題,稍微降低料管溫度可減少材料退色,除了黑色級別之外,300~310℃是塑模的比較適合的溫度範圍。
對於交聯型PPS R-4產品適合的加工溫度為315~343℃,對大多數部品,適宜的加工溫度為315~327℃,當融化溫度為288℃生到357℃時,射出件的顏色就變到深褐色,而且射出件的外觀隨著熔融溫度的升高而得到改善。拉伸強度隨著加工溫度的升高有輕微升高,而衝擊強度、彎曲強度、彎曲模量,熱變形溫度則隨著加工溫度的升高變化不明顯。
b. 模溫。模溫在大程度上影響模塑產品的特性。考慮到模塑產品的外觀,高溫下的尺寸穩定性、耐熱性及耐蠕變性能,模溫一般不得低於120℃,至少也要在130℃以上。
對於交聯型PPS -4,影響物理性能和部品其他特性最重要的參數是模具參數。隨著模具溫度的升高,PPS從無定型結構變成高度結晶的材料。材料的熱變形溫度提高,拉伸強度升高,而彎曲強度、沖擊強度降低。部品的顏色隨模具溫度的升高而變暗,但表面光滑度有新提高;部品的收縮率也隨模具溫度的提高而增大,見(圖4)。推薦的模具溫度為120~160℃。

 

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c. 射出壓力。射出壓力保持在29~98MPa比較合適,高壓射出能保證部件的密實性,特別是薄壁複雜的部品。更應採用高壓射出,而且高壓可以提高材料的拉伸強度。但低壓模塑可降低部件的閃光。
d. 射出速度。要獲得外觀滿意的模塑產品,快速射出就顯得必要了。但這易模塑產品發生翹曲或是燒焦,因此,一般採用中等射出速度既能得到滿意的結果。在同等加工溫度條件下,高速射出可以提高材料的拉伸強度。
e. 保壓。為降低部品的內應力,特別是交聯型PPS,應再保證部品射充填完全的前提下降量降低保壓壓力,以降低部品應力開裂發生的機率。
f. 背壓。為了獲取準確的劑量,背壓應保持在1.0PMa,對於乾燥不好和穩定性較差的物料,應採取2.0~2.9MPa的背壓。
g. 螺桿轉速。正常地,螺桿轉速保持在40~100r/min比較恰當。轉速高於200r/min不宜採用。高轉速易使PPS發生生熱,產生分解,而且對纖維增強材料易使纖維斷裂,降低材料的力學性能。
h. 材料在料管中的停留時間。線性PPS即使在料管內長時間停留,其黏度也不會發生很大的變化,但對交聯型PPS最好材料在料管的停留時間不要超過15min,以防止材料在料管內發生分解。
i. 射出週期。根據部品的大小和複雜程度,其射出週期一般為幾十秒。對薄壁部品可以採用快速成型工藝。實際操作根據所用材料的牌號和部品的要求進行調整。


4. 增強PPS的典型射出工藝
PPS一般以增強方式向市場提供,純的PPS樹酯一般不進行射出。(圖5)為交聯型增強PPS和線性增強PPS的典型射出工藝。

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5. 模具設計 

  • 1) 模具材料。由於增強PPS是玻璃纖維及其他助劑填充制得,因此模具必須有耐磨性。考慮在模塑時會產生少量的腐蝕氣體,選用具有耐磨及耐腐蝕的模具製造就顯得必要。為延長模具使用壽命,就得對其進行表面處理。如果能選用不銹鋼製造模具,模具的使用壽命可以有較大提高。
  • 2) 模溫控制。由於模具被加熱至130℃以上,一般情況採用的是筒式電熱管(圖6),但是採用調壓熱水溫控或是油溫控制系統,整個模具的溫度將更加均勻。也可採用固定的和移動的模板式加熱器。在模具的前後,要使用一個隔熱板(如石綿板)進行隔熱,以防熱量傳到射出機上面。
  • 3) 豎澆道與流道。澆口應漸減2度~3度,而流到大都是圓的或以梯形為代表性的。在豎澆道和流道的末端,必須有冷料井。豎澆道和流道的粗糙度要求較低,否則易造成脫模困難。
  • 4) 澆口。可採用針點式澆口和直接澆口,側澆口系統有很大的設計自由度。針點式澆口最小直徑為0.6mm,搭多數情況下為0.8~1.2mm,1mm以上的直徑式需要的。澆口的位置比較重要,要注意纖維填料引起的各向異性時結合線的影響。
  • 5) 模塑產品的厚度。0.8以上的固定厚度是設計的標準。對於寶理公司的1140A1,若壁厚為0.2mm,流動最遠距離為7mm。
  • 6) 拔模斜度。標準拔模斜度為1度~2度,若尺寸精準性要很高,可採用1/4度~1/2度。
  • 7) 排氣出口。空氣出孔應該有0.005~0.008mm深,5mm寬。模腔到空氣出口末端的距離為0.5~1mm,以便把空氣排出。若在豎澆道流道部位設有空氣出口,效果會更加理想。如果空氣出口不夠多,會出現模塑產品光澤度差,結合線強度降低,射出量少,而且有時部品表面會燒焦。
  • 8) 加強筋。增強加強筋物木要比增加強強筋的高度、厚度更有效。好的加強筋設計可以增強部品剛度,防止部品翹曲。消除殘留應力,提高材料的流動性等綜合效果。加強筋厚度為產品壁厚的一半。脫離角度應大2度~3度。

6. 射出件的收縮和射出件退火厚的性能變化
增強PPS部品的收縮依賴於模具溫度、部品厚度和射出後的熱處理。增加模具溫度和部品厚度會引起更大的收縮。對交聯型PPS部品進行後熱處理,收縮率將增大;流動方向的收縮率較垂直方向收縮變化小。對射出件進行加熱退火,控制溫度應小於260℃,最好在200℃左右,時間在1h,就能得到高結晶度的部品,尺寸穩定性也將增加。退火增加結晶度,增加部品的收縮率,提高部品的表面粗糙度。對線性PPS在150℃模溫下成型。並在200℃左右退火後收縮率變化很小,所以非常適合精密成型。

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7. 成型注意事項
成型完成後,推薦首先用玻璃纖維增強聚碳酸酯清洗料管,然後再用聚乙烯樹酯清洗料管。然後選擇對玻璃纖維增強型聚碳酸酯或聚乙烯進行再次清洗。也可用專用的料管清洗劑進行清洗。
只要遵守操作守則,增強PPS成型不會發生危險。但它在達到一定的溫度會發生芬且反映。若操作廠房沒有正常的通方條件,分解產生的氣體將不利於工作人員的身體健康。為防止熱分解,消除有毒氣體,防止料筒內壓力的增大,融化溫度必須控制在360℃以上。操作員必須戴上護目鏡(尤其在清機時),在放置模具時戴上手套。
回收料的使用。使用回收料是可以的。然而,100%回收料將使材料的力學性能、熱性能隨玻璃纖維斷裂而降低,此外,色彩會受到影響。當使用回收料時,回收料的添加量就不得超過25%。
(圖7)和 (圖8)列出了採用回收料時1140A1的性能保留數據以及混用回收料時1140A1的性能保留百分比。

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案例討論

  • 案例討論01

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  • 案例討論02

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  • 案例討論03

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  • 案例討論04

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  • 案例討論05

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  • 案例討論06

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