聚苯乙烯注射成型：工艺及优势

聚苯乙烯英文名称Polystyrene，简称PS，是无色透明且具有玻璃光泽的非结晶型聚合物，密度为1.05g/cm³。PS流动性好，易加工，着色力强，耐水，尺寸稳定性好，电性能优良，价廉，广泛用于制造光学仪器仪表、电器零件、装饰、照明、餐具、玩具及包装盒等。但PS制品性脆易裂，冲击强度低，耐热性差（60～80℃），不耐苯、汽油等有机溶剂。

HIPS为PS的改性材料，分子中含有5%～15%（质量分数）的橡胶成分，其韧性比PS提高了4倍左右，冲击强度大幅度提高。它具有PS易成型加工、着色力强的优点。HIPS制品不透明。HIPS吸水性低，加工时可不预先干燥。

1.工艺特性

（1）结晶性 PS为非结晶型塑料，无明显熔点，熔融温度范围较宽，热稳定性好，在95℃左右开始软化，在190℃成为熔体，在270℃以上开始出现分解。成型加工温度一般为185～215℃。

（2）熔体特性 熔体粘度适中，流动性好，易成型。熔体粘度对温度和剪切速率都比较敏感，在成型时，无论是增加注射压力还是提高机筒温度，都会使熔体粘度显著下降。

（3）吸湿性 PS的吸湿性小，含水质量分数一般为0.01%～0.03%，成型中所允许的水分含量通常为0.1%，因此成型前无须干燥。

（4）收缩率 成型收缩率小，约为0.5%～0.8%，有利于成型尺寸精度较高和尺寸较稳定的制品，但热胀系数大，易产生内应力，制品中不易带金属嵌件，如有嵌件应预热。

（5）比热容低 PS比热容低，加热流动和冷却固化速度快，故其塑化时间和冷却时间都较短，成型周期短。

（6）其他 由于PS的MFR较大，流动性好，宜用高料温和高模温以及低注射压力；延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔、变形。

HIPS分子中含有5%～15%的橡胶，在一定程度上影响了其流动性，注射压力和成型温度都宜高一些。其冷却速度比PS慢，故需足够的保压压力、保压时间和冷却时间。成型周期会比PS稍长一些，其加工温度一般为190～240℃。HIPS制品中存在一个特殊的“白边”问题，可以通过提高模具温度和锁模力，减少保压压力和时间等办法来改善。

2.对成型设备的要求

可用柱塞式注射机或螺杆式注射机。用螺杆式注射机时，螺杆的结构形式选用渐变型螺杆较好，当然，注射机配备的通用型螺杆也可应用。注射喷嘴多采用直通式或延长式喷嘴，带单向阀。

3.制品特点

制品壁厚应在1.0～4.0mm范围内，当壁厚小于0.8mm时，熔体的流动就有困难，易出现制品填充不足的现象。壁厚尽可能均匀，同时不允许有缺口、尖角等存在；对于厚薄相连处，要求用较大的圆弧进行过渡连接，以免因这些部位应力集中而发生开裂。制品中不宜带有金属嵌件，否则当环境温度有所变化时，制品极易出现应力开裂现象，进而破坏制品的实用性。

4.模具结构

1）聚苯乙烯制品弹性小，硬度大，脱模困难，因此加工模具时，对尺寸精度、配合精度和表面粗糙度都有较高要求。

2）PS的成型收缩率为0.5%～0.8%，需考虑选用适当的脱模斜度。通常型腔部分的脱模斜度为0.5°～1.5°，型芯部分为0.5°～1.0°，对于形状复杂的制品可放大到2°。

3）为了防止制品因脱模不良而出现开裂、内应力增加等问题，除了选择合理的脱模斜度外，对顶出结构也有一定的要求，即要有较大的顶出有效面积和良好的顶出同步性。

4）可用各种形式的浇口，浇口与制品圆弧连接，以免去除浇口时损坏制品。

5）模具中流道长度与制品壁厚之比为200∶1左右。

6）排气孔、槽的深度应控制在0.03mm以下。

5.原材料处理

PS树脂的吸水率很低，为0.01%～0.03%，成型前不必干燥处理。若原料含水质量分数超过0.1%时，应在70～80℃的热风循环烘箱中干燥2～4h。

原料可用浮染法或色母料法着色。按比例将染料或色母料加入粒料中，搅拌混合均匀。如用柱塞式注射机注射加工，为避免色差，应先把混合均匀的配色料挤出造粒后再注射成型。

6.注射成型工艺条件

（1）机筒温度PS的注射温度可在较宽的范围内选取，但如果注射温度过高会降低制品的力学性能，而过低又会影响制品的透明度，因此一般机筒温度可控制在180～245℃之间。喷嘴温度一般在170～190℃之间。(www.xing528.com)

（2）模具温度 为减小内应力，往往需要较高的模具温度，使熔体缓慢冷却，取向的分子得到松弛，如在加工厚壁或使用要求较高的制品时，常将模具温度控制在50～60℃，型腔和型芯各部分的温差不大于3～6℃。但模温高会延长成型周期，降低生产效率。因此对于一般的制品，则采用低模温成型，模具通冷水冷却，然后用热处理的办法减小或消除内应力。

（3）注射压力 PS的注射压力可在60～150 MPa范围内选取。一般来说，大浇口、厚壁制品的注射压力可低些，约60～80MPa；而薄壁、长流程、形状复杂制品的注射压力则应高些，通常要在120MPa以上。

（4）保压压力 取注射压力的30%～60%，保压时间相对较短。

（5）塑化压力 5～10MPa，塑化压力太低，熔体中易产生气泡（制品中有灰黑纹路）。

（6）注射速度 由于较高的注射速度不仅会使型腔内的空气难以及时排出，而且还会使制品的表面光洁程度及透明性变差，冲击强度下降，内应力增加，因此成型时应尽量采用较低的注射速度，最好采用变速注射，在速度逐渐减小后结束充模。

（7）螺杆转速 允许高螺杆转速（最大线速度为1.3m/s），但是为了获得良好的塑化效果，塑化过程应缓慢。

（8）成型周期 PS的比热容较小且无结晶，加热塑化快，塑化量大，熔体在模具中固化快，因此PS注射周期短，生产效率高。

PS的注射成型工艺条件见表4-10。

表4-10 PS的注射成型工艺条件

7.注意事项

（1）清洁要求 为了得到透明性较好的聚苯乙烯制品，在成型中必须注意以下几点：

1）树脂颗粒必须干净整洁。为防止因静电吸尘作用，使尘埃附着于颗粒表面，进而影响制品的光学性能，要求在打开包装物之前注意做好包装物外表、周围以及盛器的清洁工作，同时操作者也应注意自身的清洁。对于已打开包装的颗粒，要注意检查，确保树脂颗粒清洁无杂质；对于剩余的颗粒应仔细封装，为再使用创造便利条件。

2）设备必须干净整洁。对聚苯乙烯来说，无论是料斗还是机筒内，或是喷嘴中都不允许有其他树脂存在，否则会影响制品的透明性或其他性能。因此要尽可能采用专用设备进行加工，或采用专用机筒、螺杆、喷嘴。否则必须采用拆洗法或用树脂进行清洗机筒。清洗树脂可用聚苯乙烯再生料，待机筒内其他物料排除干净后，再用新料清洗数次。此外，由于料斗闸门处往往易被忽视，故对此部位最好采取卸下来的办法清洗干净。

3）模具部分的整洁。由于油脂类（如切削油、润滑油、防锈油等）的存在不仅会影响聚苯乙烯制品的透明度，而且还易使制品产生开裂，故要求在成型之前对型腔、流道、成型孔根部、转角处、分型面、顶杆、顶板等各部分擦洗干净。

（2）再生料的使用 对于未受污染的聚苯乙烯再生料可与新料混合后使用，其使用量通常控制在新料的15%～30%，对于要求不高的制品，比例可适当放宽，可达50%左右。但需注意多次反复地再生会导致聚苯乙烯变色降解。

（3）脱模剂 由于脱模剂的存在将影响聚苯乙烯制品的透光率，增加制品的内应力，故一般不推荐使用脱模剂，即使要用其量也甚微。

（4）制品的后处理 聚苯乙烯制品的后处理可在空气或水中进行。后处理的工艺条件视制品厚度而定，当制品壁厚≤6mm时，处理温度为60～70℃，处理时间30～60min；当制品壁厚＞6mm时，处理温度为70～78℃，处理时间120～300min，然后缓慢冷却至室温。

聚苯乙烯制品中应力的大小可通过偏振光透视，或极性溶剂浸渍试验（以煤油为介质）进行检验。

8.PS注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决方法（见表4-11）

表4-11 PS注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决方法

（续）