聚碳酸酯注射成型优化措施

聚碳酸酯英文名称Polycarhonate，简称PC。它是一类分子链中含有通式为—[OROCO]—链节的高分子化合物及以它为基质而制得的各种材料的总称。随链节中R基团的不同，PC可分为脂肪族、脂环族、芳香族和脂肪-芳香族等几大类型。脂肪族聚碳酸酯熔点低、溶解度大、热稳定性差、力学强度不高，无法作为工程材料使用。脂环族、脂肪-芳香族聚碳酸酯，虽然熔点有所提高，溶解度也有所减小，但由于结晶趋势较大、性脆、力学强度仍然不足，其实用价值还是不大。从原材料成本、制品性能及成型加工条件等多方面来综合考虑，现在只有芳香族聚碳酸酯才具有工业价值，其中尤以双酚A型聚碳酸酯最为重要。

PC的综合性能优异，尤其是具有突出的抗冲击性、尺寸稳定性和透明性（可见光透过率可达90%以上），优良的力学强度和电绝缘性，较宽的使用温度范围（-60～120℃），吸水性低等，使其广泛用于仪器仪表、照明用具、电子电气、机械等领域。它的缺点是对缺口敏感，耐环境应力开裂性差，成型带金属嵌件的制品较困难。

1.工艺特性

1）聚碳酸酯的热稳定性和力学强度随相对分子质量的增加而提高，熔体粘度也随相对分子质量的增加而明显增大。用于注射成型的聚碳酸酯相对分子质量一般为20000～40000，熔体流动速率为5～7g/10min。相对分子质量大，成型困难，反之则容易些。

2）聚碳酸酯分子链的刚性较大，虽为结晶聚合物，但在通常的成型加工条件下很少结晶，一般被认为是非结晶型塑料。其玻璃化温度较高，为149～150℃，熔融温度为215～225℃，热稳定性好，成型温度范围宽，可控制在250～310℃。

3）PC的熔体粘度比PA、PS、PE等大得多，流动性较差。熔体的流动特性接近于牛顿流体，熔体粘度受剪切速率影响较小，而对温度的变化十分敏感，因此在注射成型时，要增加熔体的流动性，不是用增大注射压力而是采用提高注射温度的办法来达到。

4）成型收缩率较小，为0.5%～0.7%，玻璃纤维增强PC为0.2%～0.4%，尺寸稳定性好，刚性高，抗蠕变性能好，但在成型中产生的内应力不易自行消失，脱模后的制品应进行热处理。

5）尽管PC吸湿性小，但在熔融状态下，即使有微量的水分存在，也会使大分子发生降解，放出二氧化碳等气体，使树脂变色、相对分子质量急剧下降、制品性能变差。因此在成型前，树脂必须进行充分干燥，将含水量控制在0.02%以下，此外在加工过程中对树脂还应采取保温措施，以防重新吸湿。

2.对成型设备的要求

（1）注射机类型 聚碳酸酯的熔体粘度较大，加工温度较高，大多选用螺杆式注射机，只有简单的小型制品才使用柱塞式注射机。无论采用何种成型设备，制品的注射量（包括流道、浇口等）应不大于螺杆式注射机公称注射量的70%～80%，或柱塞式注射机公称注射量的60%～70%。

（2）螺杆 通常选用单头全螺纹、等螺距、带有止逆环的渐变压缩型螺杆，螺杆的几何压缩比为（2～3）∶1，长径比L/D为（15～20）∶1，最好为20∶1或者更大。

（3）喷嘴 由于聚碳酸酯熔体粘度较高，在成型过程中极少发生流延现象，故选用敞开延伸式喷嘴较为合适，其孔径为3～6mm，长12～25mm，并配有单独控制的加热装置，加热功率可按3.5～4.5W/cm²计算。这种延长型的开式喷嘴，在开模时可以带走喷嘴口前端的低温物料，从而提高制品质量。喷嘴要尽量短，并要抛光，以减少流体的压力损失。

喷嘴的结构形式影响熔体的流程，在选择喷嘴类型时必须注意。表4-36为几种结构形式的喷嘴与熔体在模具中流动长度的关系。

表4-36 喷嘴形式与熔体流动长度的关系

（4）温控仪表 由于聚碳酸酯的成型温度高达300℃，因此要求温控仪表能在400℃以下自由选择并稳定工作。

（5）保温装置 经过干燥的聚碳酸酯很快就会再吸湿，所以注射机料斗要有保温装置，在90～110℃保持鼓风干燥状态。保温装置可用150～250W的红外灯对物料进行热风循环，也可以用往物料中插入叶片式铸铝加热器以及料斗夹套加热等方式，后者加热功率为0.25～0.30W/cm²。

3.制品特点

1）制品的壁厚与熔体在模具型腔内的流动性有关，聚碳酸酯熔体的流动长度与制品壁厚之比为（80～100）∶1，因此制品的壁厚不宜太薄，一般不低于1mm，大都是在1.5～5.0mm之间选择。

2）由于聚碳酸酯对缺口比较敏感，故要求制品的壁厚应均匀一致，尽可能避免锐角、缺口的存在，转角处要用圆弧过渡，圆弧半径R不小于1.5mm。

3）由于热胀系数不同，PC制品尽可能少用金属嵌件。对于确需使用的金属嵌件，其半径应不小于1.6mm，周围塑料层的壁厚应大于或等于嵌件的直径。

4.模具结构

（1）浇口与流道 壁厚小于3mm、料流长度小于250mm的制品允许采用直径为0.8～3.0mm的点浇口；壁厚较厚、易产生缩痕和缩孔的制品可选用主流道式直接浇口。浇口直径为制品最大壁厚的60%～70%，但至少应为1.2mm。

主流道、分流道和浇口的断面最好是圆形，长度短、转折少，以减少流体的压力损失；模具要注意加热和防止局部过热。

（2）脱模斜度 脱模斜度一般为50′～1°，型腔稍大于型芯，型芯部分约30′～50′，型腔部分约35′～1°。型芯直径与长度之比最大为1∶5。

（3）排气 虽然聚碳酸酯熔体的粘度较大，流动性较差，但为了防止在成型过程中出现排气不良现象，仍需开设深度小于0.03mm的排气孔（槽）。

（4）其他 为了得到透明性和光洁度较好的制品，要求模具型腔的表面粗糙度不高于Ra0.4μm，最好在Ra0.2μm以下。为有助于熔体的顺利充模，得到表面光洁度较好、内应力较小的制品，模具应有可在120℃以下自由选择并稳定工作的控温装置。

5.原材料处理

聚碳酸酯在高温下对水分比较敏感，微量水分的存在可以使聚碳酸酯发生破坏性的降解，粘度下降，放出二氧化碳等气体，塑料变色，性能变坏，所以聚碳酸酯物料在成型加工前必须经过干燥，使含水量降至0.02%以下，最好在0.015%以下。若干燥程度很差，塑料中水分多，熔体粘度急剧下降，熔体迅速淌出，喷嘴在劈啪响声中不断喷出泡沫状云球、白烟或气体。用这样的料成型的制品颜色很深，表面有大量银纹色线，内部带气泡，性能极脆，由于内应力大，很多制品在脱模时就开裂了。若干燥程度一般，喷嘴中缓慢注出的细条浑浊不清，表面不光亮，内部夹有少量小气泡，制成的制品在浇口附近或其他部位表面粗糙失光，抗冲击强度较低。

适用于聚碳酸酯树脂干燥的方法有多种，常用的有热风循环干燥、真空干燥、负压沸腾干燥等。干燥工艺因方法不同而各有差异，表4-37为几种干燥方法的工艺条件。

表4-37 常用干燥方法与干燥工艺条件

聚碳酸酯易带静电而吸尘，干燥装置及空气应洁净。为防止干燥后的树脂重新吸湿，应将其置于90～100℃的保温箱内，随用随取，不宜久存。成型时，料斗必须是密闭的，料斗中应设有加热装置，温度不低于100℃，对无保温装置的料斗，一次加料量最好不超过30min的用量，并用盖盖严。

判断干燥效果的快速检验方法，是在注射机上采用对空注射。如果从喷嘴缓慢流出的物料是均匀透明、光亮无银丝和气泡的细条时，则为合格。

6.注射成型工艺条件

（1）机筒温度 成型温度的选择与树脂的相对分子质量及其分布、制品的形状与尺寸、注射机的类型等有关。若温度过低，因粘度大，供料不足，制品表面收缩或起皱纹，无光泽，银丝紊乱；温度过高或高于320℃时停留时间过长，会造成严重降解，制品带飞边，颜色变深，表面有银丝暗条、斑点和纹迹，内部有气泡，同时物理力学性能也显著下降。

对于大多数聚碳酸酯制品，机筒温度应控制在250～310℃，使物料实际温度为280～300℃，也就是将成型加工温度控制在既能使物料塑化良好，又不至于发生热分解，并能顺利完成注射过程的范围内，所以物料温度必须高于流动温度（240℃），低于分解温度（340℃）。对形状复杂或薄壁（2mm以下）制品，机筒温度应偏高，在285～305℃为好；厚壁（大于10mm）制品，机筒温度可略低，以250～280℃为宜，若温度超过290℃，由于注射周期长，过热分解的倾向就会增大，影响制品的综合性能。为了减小制品的内应力，可以适当地提高物料温度、降低注射压力，因为成型温度比成型压力对调节熔体流动性更有效。(www.xing528.com)

不同类型的注射机，机筒温度也不一样，螺杆式注射机为260～285℃，柱塞式注射机为270～310℃。所以尽量采用螺杆式注射机，这样可使塑料在较低的机筒温度下均匀塑化，从而避免因温度过高或在机筒中受热时间过长而引起的过热分解。

两类注射机上的喷嘴都应加热，喷嘴温度可以与机筒前段温度相等或稍低5～10℃，一般控制在260～310℃。温度过高，容易出现流延现象，过低会引起喷嘴堵塞或使制品中有低温物料而造成缺陷。物料温度是否恰当，一般采用对空注射法或制品直观分析法进行判断。

（2）模具温度 聚碳酸酯成型温度高，冷却速度快，很容易使制品表面产生缺陷，内部形成应力。为了避免这些问题，模具温度应尽可能高，通常情况下，PC的模具温度控制在80～120℃，普通制品控制在80～100℃，形状复杂、壁薄、要求较高的制品则控制在100～120℃，但不允许超过其玻璃化转变温度T_g（130℃）。模温过低，难以充满型腔，制品收缩率大或带波纹、毛斑、暗条等缺陷，更严重的是残余应力大，往往一出模就开裂了；但模温过高（高于120℃），制品冷却慢，成型周期长，表面光泽差，且易发生粘模，脱模困难，使制品翘曲变形。

（3）注射压力 注射压力对PC制品的物理力学性能，内应力、成型收缩率等有一定的影响，对制品的外观及脱模性有较大的影响，过低或过高的注射压力都会使制品出现某些缺陷。由于PC熔体粘度高、流动性较差，因此注射压力不能太低，一般控制在80～120MPa。对薄壁，长流程，形状复杂，浇口较小的制品，为克服熔体流动的阻力，以便及时充满型腔，注射压力要适当提高至120～150MPa。

（4）保压压力及保压时间 保压压力的大小和保压时间的长短对PC制品的内应力有较大的影响。保压压力过小，则补缩作用小，制品内部易出现真空泡或表面出现凹痕；保压压力过大，浇口周围易产生较大的内应力。保压时间的选择应视制品的厚薄，浇口大小，模具温度等情况而定，一般小而薄的制品不需很长的保压时间，相反，大而厚的制品保压时间应较长。保压时间的长短可通过浇口封口时间的试验来确定。在实际加工中，为了减小内应力，获得各项性能良好的制品，一般采用较低的保压压力和较短的保压时间。

（5）塑化压力 塑化压力约为注射压力的10%～15%。塑化压力过大会延长预塑时间，可能导致聚碳酸酯过热降解；过小则不利于物料排气、熔体致密及温度和色泽的均匀一致。

（6）注射速度 注射速度对制品的性能影响不大，但从成型角度考虑，注射速度不宜太慢，否则进入型腔内的熔体易冷凝而导致充模不足，另外，制品表面也易出现波纹、料流痕等缺陷；注射速度过快，对稳定充模不利，制品易出现银丝纹、旋纹、烧伤等缺陷。生产中一般采用中速或慢速注射，最好采用多级注射，速度设定为慢-快-慢，这样可以大大提高制品质量。

（7）螺杆转速 由于PC熔体粘度较大，为了有利于塑化、排气和注射机的维护保养，防止螺杆负荷过大，螺杆转速不可太高，一般控制在30～60r/min为宜。

（8）成型周期 成型周期宜短，可提高生产效率。但成型周期越短，聚碳酸酯物料在机筒内停留的时间也就缩短，物料温度与机筒温度之间以及熔体各料层之间的温度差越大，不利于改善塑料的热均匀性，所以成型周期既要尽量短，还要合理，而且要保持恒定。

（9）残料量 注射完毕时螺杆行程还应余留5～20mm，以形成稳定的料层缓冲区域，以满足注射传压和补料的需要。

（10）制品内应力检查 比较常用的方法有两种：偏振光检验法和极性溶剂浸渍法。偏振光检验法适用于各种透明塑料制品的检验，利用制品的透明性，把制品置于偏振光镜片之间，从镜片上观察制品表面彩色带面积的大小来确定内应力发生范围的大小，彩色带面积越大，内应力范围越大。

极性溶剂法是工厂普遍采用的一种检测手段。该方法是将PC制品浸入某些溶剂内，根据开裂的时间和开裂情况，判断内应力的大小和分布情况，表4-38所列为20℃下聚碳酸酯制品在几种溶剂中的极限应力值，其中四氯化碳为日常使用最多的一种溶剂。

表4-38 几种溶剂与应力的关系

普通聚碳酸酯、玻璃纤维增强聚碳酸酯及耐燃聚碳酸酯的注射成型工艺条件见表4-39。

表4-39 聚碳酸酯的注射成型工艺条件

7.注意事项

（1）开机与停机 开机时，当机筒内所存物料为PC时，用新料在成型温度下将旧料推出即可（一般2～3次的对空注射过程）；若机筒内所存的料为PVC、POM等成型温度较低，热稳定性稍差的树脂时，应在低温下用PE、PS等热稳定性较好的树脂将机筒清洗干净，然后升高机筒温度至PC的加工温度，用PC再生料再次清洗机筒，排空其他树脂，方可用新料进行加工。

对需作临时停机或中止生产时，要求将机筒温度降低至160℃以下，以免停机时间过长引起物料的降解变色。当加工任务已完成时，可用PS、PE等树脂清洗机筒，然后降温停机。

（2）脱模剂 PC是透明性材料，在成型过程中一般不推荐使用脱模剂，以免影响制品的透明度，造成斑纹或开裂。对脱模有困难，确需脱模剂帮助脱模的制品，可使用硬脂酸或硅油类物质作脱模剂，但用量一定要严格控制。

（3）金属嵌件 由于金属与塑料在热胀系数上的差别较大，易使金属嵌件与塑料相接的界面形成很大的内应力，这在PC中表现较为突出，使制品在使用过程中容易出现开裂现象，因此除了尽可能减少金属嵌件使用数量以及对制品进行必要的后处理外，嵌件应避免锐角或缺口的存在，在成型加工中应将嵌件进行预热（一般要求达200℃左右），以缩小金属件与熔体之间的温差，使嵌件在与树脂熔体接触时，至少有120℃以上的温度。对有嵌件的制品，最好选用相对分子质量大的树脂品级。

（4）再生料的使用 PC具有较好的热稳定性，对于加工中出现的浇口、流道以及不合格制品，经破碎后可以重复使用。对于再生PC，除了注意防止污染外，在成型加工之前，还需经过严格的干燥处理。为了保证制品的质量和性能的稳定性，要求再生料的再生次数不要超过三次，使用量为20%左右。

（5）制品的后处理 热处理是为消除PC制品内应力而采取的措施，热处理的介质为空气、甘油、液体石蜡等，其中因热空气清洁简便，使用最为普遍。PC制品的热处理条件为：温度125～135℃（低于树脂的玻璃化温度10～20℃），处理时间2h左右，制品越厚，处理时间越长。

8.注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决方法

聚碳酸酯注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决方法见表4-40，玻璃纤维增强聚碳酸酯注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决方法见表4-41。

表4-40 聚碳酸酯注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决方法

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表4-41 玻璃纤维增强聚碳酸酯注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决方法