聚砜类塑料注射成型的优化技巧

聚砜类树脂是指含有砜基和芳核的一类耐高温、高强度的热塑性工程塑料。按结构形式，可将聚砜分为三类：第一类为聚砜（Polysulfone），简称PSF或PSU，由4，4′-二氯二苯砜和双酚A为原料缩聚而得；第二类为聚醚砜（Polyethersulfone），简称PES，由除双酚A外的双酚和二氯二苯砜或由A-B型单体4-氯-4′-羟基二苯砜制得；第三类为聚芳砜（Polyarylsulfone），简称PAS，它的主链上不带醚键。目前广泛应用的主要是前两类聚砜树脂。

双酚A聚砜具有较好的综合性能，热变形温度为170℃，长期使用温度为150℃，且易于加工成型。

聚醚砜也具有优良的耐热性，热变形温度为210℃，长期使用温度为180～200℃，且可用普通注射机加工成型。

聚芳砜具有特殊的耐热性，热变形温度为270℃，长期使用温度为240～260℃，但是由于其分子结构中含有联苯链节，故流动性差，加工困难。

双酚A聚砜可制作高强度、耐高温和尺寸稳定的机械零件；聚醚砜可制作高强度的机械零件和耐摩擦零件；聚芳砜适用于耐高低温的电气绝缘件和耐高温高压的机械零件。

1.工艺特性

（1）结晶性 聚砜属于非结晶型聚合物，无明显熔点。其玻璃化温度（T_g）为190℃，成型温度在280℃以上，所得的制品呈透明性。

（2）熔体特性 聚砜的成型特点与PC相似，熔体的流动特性接近于牛顿型流体，聚合物的熔体粘度对温度比较敏感，当熔体温度超过330℃时，每提高30℃，熔体粘度下降达50%。

（3）流动性 尽管聚砜的熔体粘度对温度敏感，但其粘度仍然很高，成型过程中流动性较差；另外，熔体的冷却速度较快，分子链又呈刚性，因此成型中所产生的内应力难以消除，导致制品产生变形、开裂等问题。

（4）吸水性 聚砜的分子结构中无亲水基团，吸水性较小，24h的吸水率为0.2%（质量分数，下同）左右，平衡吸水率为0.6%，但在成型过程中，微量水分的存在，会因高温及负荷作用导致熔体水解，因此在成型加工之前，原材料必须进行干燥。

（5）充模特性 过高的注射速度会使聚砜熔体出现熔体破裂，限制了充模速率，造成充模困难。

（6）成型收缩率 成型收缩率较小为0.4%～0.8%。

2.对成型设备的要求

虽然柱塞式注射机可以加工聚砜，但与螺杆式注射机相比，不及后者理想，因为后者的塑化温度要比前者低，塑化效果好，同时注射时的压力损耗也较小，所以大都选用螺杆式注射机。一般小制品也可用柱塞式注射机。

所选用的螺杆形式为单头、全螺纹、等距、低压缩比、压缩渐变型螺杆，长径比为（14～20）∶1。

喷嘴应选用配有加热控温装置的延伸式喷嘴，喷嘴孔径大于5mm，由于熔体粘度大，不会产生流延。

为满足聚砜成型加工的要求，机筒温度的控制装置应具有在较高温度区域内能自由选择调节，并能稳定工作的性能，温度要求在400℃左右。

由于聚砜的熔体粘度较高，为减轻螺杆转动负荷，要求设备具备低挡调速装置，可在15～45r/min之间进行无级调速。

3.制品特点

聚砜熔体流动性较差，熔体流动长度与壁厚之比仅为80左右，为使成型顺利进行，需选用合适的制品壁厚，不宜太薄，以免制品充填不足。通常聚砜制品的壁厚不低于1.5mm，大多为2～5mm。

聚砜制品对缺口较为敏感，直角和锐角的存在易形成应力集中，使制品的强度下降，因此要求对这些部位采用圆弧过渡（R为0.5～1.0）。

4.模具结构

（1）浇口与流道 浇口应视制品而定，直接式、圆片式、扁平式、扇形等形式的浇口均可采用，但尺寸应尽可能大些，如侧向浇口的截面厚度宜取制品厚度的1/2～2/3。浇口的平直部分应尽可能短些，长度可控制在0.5～1.0mm之间。进料口的位置须设在制品的厚壁处。

为了有利于熔体流动，减少热量散失，要求模具的主流道短而粗，直径至少为制品厚度的1/2以上，并具有3°～5°的斜度，分流道截面最好采用圆形或梯形，避免弯道的存在。

（2）脱模斜度 聚砜的成型收缩率比较稳定，为0.4%～0.8%，熔体流动方向与垂直流动方向上的收缩基本一致。为有利于制品脱模，减少脱模过程中产生应力，脱模斜度取50∶1。

（3）排气 聚砜制品特别是薄壁制品，在成型中需要较高的注射压力和较快的注射速率，为使型腔内的空气得以及时排出，要设置良好的排气孔或槽，排气孔或槽的深度应控制在0.08mm以下，以免造成溢边。

（4）模具温度的设置 模具温度的设置应有利于改善PSF熔体充模时的流动性，一般是用电加热的办法进行控制的，控温范围可达140℃以上（至少在120℃以上），在设置时须考虑加热功率。

（5）其他 为防止因温度控制不当而造成的冷料头堵塞浇口或进入模具型腔，影响制品表观，在主流道末端须设置足够的冷料井，以便及时捕集冷料头。为得到表观光洁明亮的制品，要求模具型腔的表面粗糙度应在Ra0.8μm以下。

5.原材料处理(www.xing528.com)

注射成型用的聚砜大多为透明略带琥珀色的颗粒料，虽然吸湿性很小，水分不会渗透到物料的内部，但如果贮存不当，在相对湿度较高的环境下露置过久，会使颗粒表面吸附水分，而这些微量水分的存在会给制品的外观及性能带来一定的影响，制品上出现银丝、气泡等现象（见表4-58），制品的冲击强度下降，制品在高温载荷作用下出现应力开裂。因此聚砜在成型前要进行干燥处理，将其含水质量分数控制在0.05%以下，干燥工艺参数见表4-59。

表4-58 含水量与熔体、制品外观的关系

表4-59 聚砜的干燥工艺

经过干燥处理的树脂颗粒，为防止重新吸湿，可在90～110℃的温度下保温保存，随用随取。

6.注射成型工艺条件

（1）机筒温度 提高温度有利于降低熔体的粘度，但过高的温度不仅使许多性能（如冲击强度）下降，而且使塑料变色分解。通常PSF熔体在400℃左右分解，但在实际操作中，机筒温度达320℃以上就出现分解。当温度越过360℃时，分解明显。影响PSF机筒温度设定的因素很多，但主要因素是熔体粘度与制品壁厚。当壁厚在5mm以下时，机筒温度可达到300℃以上，有些级别的PSF可达到320℃以上，特殊级别的PSF可达到350℃以上。当制品壁厚在5mm以上时，温度应控制在280～300℃之间。

（2）模具温度 由于PSF的T_g高达190℃，因此可采用较高的模具温度，但最高不超过160℃。模具温度的选择常以制品的厚薄而异，制品壁厚在2～5mm时，模具温度可控制在110～120℃之间；当壁厚超过5mm或在2mm以下时，模具温度可高达140～150℃。

（3）注射压力 尽管PSF熔体粘度对剪切速率敏感，但由于熔体的流动性较差，必须采用较高的注射压力。较高的注射压力可使制品的密度增加，成型收缩率降低，但对模具提出了较高的要求。一般选择100MPa以上，有时也可达140MPa。

（4）注射速率 通常，提高注射速率有利于熔体的充模，但对PSF来说，由于冷却速率较快，如果注射速率控制不当，也会引起熔体破裂现象。因此除制品壁厚在2mm左右时，因物料充模有困难需较高的充模速率外，一般采用中-低速为宜。

（5）螺杆转速 由于PSF的熔体粘度较高，因此要求螺杆转速略低为好，一般在15～45 r/min为宜。

（6）成型周期 PSF在正常的加工温度下热稳定性较好，在320℃下可以在机筒内滞留较长的时间，因此，成型周期的设置仅从生产效率角度考虑。

聚砜类塑料的注射成型工艺条件见表4-60。

表4-60 聚砜类塑料的注射成型工艺条件

7.注意事项

（1）机筒清洗 聚砜的成型温度较高，如果机筒内存留有其他物料特别是热敏性塑料时，在成型中这些物料将会过热分解，为此，要求在成型之前必须将机筒清洗干净。

当机筒内所存物料的加工温度与聚砜的加工温度相近，热稳定性又较好时，如PC等，可用直接清洗法，将聚砜直接加入机筒内，一边清洗，一边将机筒温度升至所需加工温度。在清洗前应将螺杆转速和背压调低些，以免设备负荷过大。

当机筒内所存物料为热敏性树脂时（如PVC、POM等），如无拆卸机筒的可能，那就在此类物料的加工温度下，先用清洗剂或其他树脂（PS、PE、PP等）将这些热敏性树脂清洗干净，然后升温至240℃以上用PC清洗机筒，最后升温至270℃以上用聚砜将PC清洗出来。温度达到预定要求后，可用对空注射的方法检验确无杂料存在即可正常加工。

（2）金属嵌件预热 在制品中尽量少用金属嵌件，若的确需要使用嵌件时，必须在成型前对嵌件进行预热，以防嵌件周围产生应力集中。通常嵌件的预热温度为200℃左右。

（3）脱模剂的使用 为保证制品的透明性，在成型时应尽量少用或不用脱模剂，必要时须用氟塑料系列耐高温脱模剂。

（4）制品的后处理 为减少聚砜制品的残留应力，可对制品进行热处理。热处理条件为150℃，5h或者160℃，3h。

8.聚砜类塑料注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决的方法（见表4-61）

表4-61 聚砜类塑料注射成型中常见的不良现象、产生原因及解决的方法

（续）