聚苯硫醚注射成型优化方案

聚苯硫醚全称为聚亚苯基硫醚，英文名称Polyphenylene sulfide，简称PPS，它是一种结晶型聚合物，分为交联型和直链型，日本还将交联型的交联程度细分为交联型和半交联型。PPS的熔点为285℃，热变形温度在260℃以上，热分解温度为430℃，连续使用温度高达200～240℃，是耐热性极佳的特种工程塑料。PPS的熔体流动速率大，成型加工性能好，即使在苛刻的环境下，也具有接近金属的力学强度及稳定的刚性，在高温下具有很好的尺寸稳定性与耐化学药品性。PPS树脂本身具有很好的阻燃性，无需添加任何阻燃剂即可达到UL94 V-0和SE-0（无滴落）级，且燃烧过程中发烟量很低。PPS经玻璃纤维或碳纤维增强后，力学强度和刚性成倍增加，并且具有极好的耐蠕变性和抗疲劳性；经复合改性后，还可获得摩擦磨损性能卓越的自润滑材料。PPS一般以增强方式向市场提供，纯的PPS树脂一般不用于注射成型。

1.工艺特性

（1）结晶性 PPS是结晶型树脂，结晶度的大小对制品的成型收缩率和其他性能（如耐热水性、耐候性、冲击强度、长期热变形温度、表面硬度等）有着直接的影响，因此在成型时应按照制品的性能准确地控制模具温度，以控制其结晶度（可使尺寸再现性好，凹陷及翘曲现象消失，冲击强度增大），获得比较完美的制品。

（2）热稳定性 PPS热稳定性好，玻璃化转变温度为85℃，热变形温度在260℃以上，熔点为285℃，注射成型温度为290～340℃。在400～500℃热空气中仍稳定，交联后可耐600℃高温，可在350℃以上长期使用。

（3）成型收缩率 PPS成型收缩率小，吸水率低，线胀系数小，故即使在高温、高湿条件下也显示出优异的尺寸稳定性。

（4）流动性 PPS树脂的熔体粘度小，流动性好，易成型加工。

2.对成型设备的要求

一般来说，用于工程塑料的PPS添加有玻璃纤维或无机填料，因此大多选用螺杆式注射机进行加工。设备的加热能力应能达到350～400℃，但要选用专门为玻璃纤维增强工程塑料设计的螺杆和机筒，即主要是选用特制的耐腐蚀、耐磨损的螺杆和机筒（因为玻璃纤维增强PPS与机筒、螺杆的磨损大），例如螺杆表面镀硬铬、喷涂或堆焊耐磨或耐磨耐蚀兼有的硬质合金。至于喷嘴，最好使用防流延的敞开式喷嘴，喷嘴的加热圈要保证能够单独控制（以便灵活调整）。螺杆为带止逆环通用型，长径比为（18～24）∶1。注射量应是机筒容量的30%～80%，当在较高的熔融温度下加工时，注射量要为机筒容量的60%～80%，以减少滞留时间，避免材料降解。

3.制品特点

制品的壁厚一般在0.8mm以上。由于PPS是结晶型树脂，制品的角及壁厚变化部位易产生应力集中，在这些部位易发生开裂、尺寸变化、强度（冲击强度）下降，因此设计时要注意对这些部位采用圆弧过渡，并尽量使壁厚均匀。在适当的部位设置加强筋，可增加制品的强度、刚性，消除残余应力，提高树脂流动性。加强筋厚度为制品壁厚的一半。增加加强筋数目要比增加加强筋的高度、厚度更加有效。

4.模具结构

（1）浇口与流道 可采用针点式浇口和通道式浇口，针点式浇口最小直径为0.6mm，大多数情况下为0.8～1.2mm。流道形状宜选用圆形或梯形，同时开设冷料井。对于玻璃纤维增强PPS，取向会引起制品尺寸变化以及因熔接痕所造成的强度降低，故必须在设计模具时考虑浇口的形状及位置。浇口和流道的表面粗糙度要求较低，否则易造成脱模困难。

（2）脱模斜度 标准脱模斜度为1°～2°，若尺寸精度要求很高，可采用0.25°～0.5°。

（3）排气 如果PPS制品内有气泡将使其性能明显地下降，而且由于排气不良所导致的焦烧现象，易使制品部分变色和表面粗糙，因此为了得到良好的制品，必须设置排气槽，排气槽的深度为0.015～0.02 mm，宽度为2mm。

（4）成型收缩率PPS成型时的结晶度随模具温度而变化，因此成型收缩率也随模具温度而变化。其流动方向的收缩率与垂直流动方向的收缩率也有差异，通常流动方向的收缩率为0.1%～0.3%，垂直流动方向的收缩率为0.4%～0.8%。同时还应考虑退火对制品尺寸变化的影响。

（4）模具温度控制 由于模具被加热至130℃，通常采用电热棒式加热器，也可以采用固定的和移动的模板式加热器。为防止模具散热损失，在模具两外侧加装石棉板隔热。

（5）模具材料 由于增强PPS是由玻璃纤维及其他助剂填充制得，因此模具必须具有耐磨性，同时由于PPS在注射成型时会产生少量的腐蚀性气体，所以必须选用具有耐磨及耐腐蚀的模具材料。为延长模具使用寿命，需要对其进行表面处理。若选用不锈钢制造模具，则可以提高使用寿命。

5.原材料处理

尽管PPS具有较低的吸水率（仅为0.05%～0.07%），但为了减少喷嘴漏料和出现银丝及气泡，应将粒料充分干燥。对于线性PPS，采用鼓风干燥机在120～140℃条件下干燥3～4h，料层厚度为30mm，最好不要超过50mm；对彩色的PPS工程塑料，为确保稳定的色彩，应在105℃以下干燥3～5h，为保证制品外观，干燥时间还可以再长一些；对增强的交联型PPS，可在149～177℃条件下干燥2～3h。延长干燥时间，对材料性能影响不大，但干燥温度不能超过260℃。采用真空烘箱和其他除湿式烘箱干燥时，温度和时间可适当降低和减少。

6.注射成型工艺条件

（1）机筒温度 机筒温度一般为290～340℃，随材料品种和制品结构的不同而有所变化。对于线型PPS，适合的加工温度为300～310℃；对于交联型PPS，适合的加工温度为315～343℃；对大多数制品，适宜的加工温度为315～327℃。增强PPS比纯PPS的料温高，薄壁制品比厚壁制品的料温高。成型大制品时，生产周期变长，熔体在机筒内的滞留时间也随着延长，而在高温中滞留过久，会出现制品的颜色呈浅黑色，且熔体的流动性降低等现象，但对制品性能没有太大的影响。通常对于大制品的成型，宜采用较低的机筒温度，而小制品的成型则采用较高的机筒温度。

（2）模具温度 模具温度影响制品的结晶度，应根据制品要求的特性确定其结晶度，从而确定模具温度，一般不得低于130℃，至少也要在120℃以上。随着模具温度的提高，PPS从无定形结构变成高度结晶的材料，材料的热变形温度提高，拉伸强度升高，而弯曲强度、冲击强度降低；制品的颜色随模具温度的升高而变暗，但表面光滑度提高；制品的收缩率也随模具温度的提高而增大。推荐的模具温度为120～160℃。

（3）注射压力 在加工温度下，PPS的流动性很好，注射压力一般保持在30～100MPa即可。但最好采用高压快速注射，因为PPS的熔点高，在注入型腔时，若不以高压快速方式充满型腔，PPS极易在流动过程中因接触冷的模具而迅速冷却凝固，无法充满模腔或造成表面异常粗糙，组织疏脆。高压注射能保证制品的密实性，特别是对薄壁复杂的制品，更应采用高压注射（100～130MPa）。另外，注射压力的大小还受注射机、制品本身结构的复杂程度、模具结构和温度等因素的影响，因而应通过试压后确定。

（4）保压压力 为降低制品的内应力，特别是交联型PPS，应在保证制品注满的前提下，尽量降低保压压力，以降低制品应力开裂发生的几率。(www.xing528.com)

（5）塑化压力 为了准确计量，塑化压力应保持在1.0MPa左右，对于干燥不好和稳定性较差的物料，应采取2.0～3.0MPa的塑化压力。

（6）注射速度 注射速率不同，制品的表面光泽度也就不一样。注射速率越快，表面光泽度越好，但容易发生翘曲、焦烧现象，对此必须加以注意，一般使用中等注射速率。在同等加工温度条件下，高速注射可以提高材料的拉伸强度。

（7）螺杆转速 螺杆转速保持在40～100r/min比较合适。高转速易使PPS生热，产生分解，而且对纤维增强材料易使纤维断裂，降低材料的力学性能。

（8）注射周期 根据制品的大小和复杂程度，注射周期一般为几十秒。成型PPS厚壁制品时，通常为提高结晶度，必须延长冷却时间，一般为60～90s；成型薄壁制品时，即使采用多腔模具，每一生产周期10～30s就已足够。实际操作中根据所用材料的牌号和制品的要求进行调整。

（9）嵌件预热 为提高PPS与嵌件的结合力，应先将嵌件预热，一般预热温度与模具温度基本相同，也为120～160℃。

表4-56为交联型增强PPS和线型增强PPS的典型注射工艺。

表4-56 交联型增强PPS和线型增强PPS的典型注射工艺

7.注意事项

（1）材料在机筒中的滞留时间 线型PPS即使在机筒内长时间滞留，其粘度也不会发生很大的变化，但交联型PPS在机筒中的滞留时间最好不要超过15min，以防材料在机筒中发生分解。

（2）停机 当成型过程必须中断时，要将机筒温度降到280℃以下，在重新进料或驱动螺杆之前，再加热机筒温度至300℃以上，必要时要对机筒内的树脂进行清洗。成型完成后，首先用玻璃纤维增强PC清洗机筒，再用PE树脂清洗机筒，其次可选择对玻璃纤维增强PC或PE进行再次清冼，也可用专用的机筒清洗剂进行清洗。

（3）回料的使用 PPS具有很好的稳定性，可以多次重复使用。经试验证实PPS经过六次反复注射后，其力学性能仍然很好，同时依旧保持良好的阻燃防火性能。为保证制品的质量，回料用量一般不得超过25%。在将浇口、流道料进行粉碎回用时，应注意防止混入异杂物，需经过清洁和烘干处理。

（4）制品后处理 为了消除PPS制品的内部残余应力，提高尺寸稳定性及与嵌件的结合力，应将制品进行退火处理。退火条件依制品的厚度而定，一般为200～240℃，2～4h。对低模温成型的制品，退火温度相应降低。

（5）超声波焊接 PPS制品能在高温下使用，但在高温下使用却没有有效的粘结剂，因此PPS制品多采用超声波焊接。用超声波焊接PPS制品时，如发频器压力及振幅过低，会造成焊接不良，如过高则会产生裂纹，特别要注意熔接痕及应力集中部位。在制品上应设计有能量引导位、分散接点、粒状接点，以获得最佳的熔接效果。

超声波焊接工艺：压力3～10MPa，振幅20～60μm，焊接时间0.5～2.0s。低模温成型的制品比高模温成型的制品焊接性能好。

（6）其他 只要遵守操作守则，增强PPS成型不会发生危险，但在达到一定温度后会发生分解反应。若操作工房没有正常的通风条件，分解产生的气体将不利于工作人员的身体健康。为防止热分解，消除有毒气体，防止机筒内压力增大，熔化温度必须控制在360℃以内。

操作人员必须戴上护目镜（尤其在清洗机筒时），在放置模具时戴上手套。若成型操作中断，退回注射系统有助于防止熔体结块。

8.聚苯硫醚注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决的方法（见表4-57）

表4-57 聚苯硫醚注射成型的不良现象、产生原因及其解决方法

（续）