UHMWPE特殊加工工艺介绍

1.成型特性

PPS具有高熔点、高结晶度、高流动性、低收缩率的物性，其主要成型特性如下：

（1）流动性大 纯PPS熔体的流动性极大，熔体粘度低。未经改性则无法进行塑化加工。改性后熔融指数降到10～20g/10min为宜，对增强填充改性PPS的熔融指数在50g/10min为宜，可成型0.3～0.5mm的薄壁及复杂形状制品，成型性良好。GFPPS（40%，质量分数）的螺旋线流动性测试数据见表10-12。由于流动性较好，所以注射成型时要防喷嘴发生流涎及模具溢料。

表10-12 GFPPS（40%，质量分数）的螺旋线流动性测试值（参考数值）

对交联型PPS要准确控制料筒温度，料温过高会发生进一步交联，制品变成深褐色，热固性成分增大，物性变化，流动性下降。

（2）结晶度高 PPS的结晶度可高达75%，结晶度大小直接影响制品的性能及尺寸精度，所以控制制品冷却速度很重要。注射成型时模具温度是重要的参数，尤其对交联型PPS模温更为重要。模温高、冷却速度慢、结晶度高，可提高制品的耐热性、拉伸强度、表面光泽性，但也会降低弯曲强度、冲击强度，增大收缩率。如果模温低，则结晶度低，为保持制品性能要求，制品需要通过后处理来提高结晶度。

（3）尺寸稳定性好 PPS的成型收缩率、线胀系数都较小，取向性小，同时其吸水性、耐蚀性好，所以制品在加工和使用过程中都能保持良好的尺寸稳定性。

（4）吸湿性小，热稳定性好 PPS的吸湿性很小，可不经预干燥而直接成型。但由于近年来对制品精度的要求越来越高，所以大多数也采取预干燥措施，可提高外观质量和熔接强度，防止流涎。对线型PPS，鼓风机烘干温度为120～140℃，烘干时间为3～5h，料层厚度<50mm；对增强交联PPS，烘干温度为140～177℃，烘干时间为2～3h；对彩色PPS，烘干温度为105℃，烘干时间为3～5h。一般情况下，烘干温度不能超过260℃，烘干时间对材料性能影响不大。

PPS热稳定性良好，在成型温度范围内，直链型PPS在料筒内加热滞留时间稍长，对提高粘度影响不大，但交联型PPS在料筒内滞留时间一般不要超过15min，以防止分解。

如果中途停机，则应挤出剩料，将螺杆退回，料筒降温到280℃以下。重新工作时在驱动螺杆前必须先升温到300℃以上，保持一段时间后才能开动螺杆。完成工作后应清洗料筒，先用耐高温塑料，如GFPSF、GFPC等清洗料筒，然后再用GFPC或PE进行再次清洗，也可用专用的料筒清洗剂进行清洗。

PPS的热稳定性良好，可使用回用料，但回用次数一般不超过三次，每次添加量不超过25%。

2.成型工艺

PPS可用于注射、挤出、压制、烧结、涂覆、喷涂、压延、吹塑、热成型、封装等成型加工，也可进行切削、超声波熔焊接、粘接等二次加工。不同PPS品种适用不同的成型工艺。低相对分子质量PPS主要用于喷涂加工或作涂料；交联PPS及直链型PPS用作挤出或改性PPS基材、电线电缆包覆，一般不常用作注射成型；其增强、填充品种及PPS合金主要用作注射及挤出成型；改性PPS及交联PPS也常用于压制小批量、大型制品及特殊制品；化学结构改性PPS及其增强品种常用于注射、挤出成型，聚苯硫醚酮（PPSK）还可用作层压、吹塑薄膜、挤出纤维等。高相对分子质量PPS适用于成型薄膜、板材和纤维。

（1）注射成型工艺 PPS注射加工宜采用螺杆式注射机，注射机应具有加热料温可到350℃及注射压力可达150MPa的能力。

螺杆一般用突变型带止逆环结构，长径比为16～20，压缩比为2.5～3.5。

喷嘴应有独立的加热装置，闭锁式结构，防止流涎。

模具应选用耐磨、耐蚀、高强度钢材制作。模具结构中应设有加热装置，且可调温，加热温度应能达到160℃以上。浇注系统应平直畅通，注入口及流道末端应设冷料井，浇口可采用点浇口、侧浇口等，但不宜采用潜伏浇口。脱模斜度为1°～2°，模具要设置排气口，以保证充分排气。

一般取制品最小壁厚>0.8mm，增强及填充PPS宜选熔融指数为50g/10min左右的品种。(www.xing528.com)

成型工艺条件对制品性能有较大的影响，一般采用较高的注射压力及料温，中等注速，较低的保压压力、螺杆转速及背压。注射周期为几十秒，薄壁件可快速成型。实际操作工艺条件视塑料品种及制品要求而调整。

模具温度对制品结晶度的影响很大，模温低时（38～75℃）结晶度为5%～8%，高模温时（120～180℃）结晶度为37%～60%。一般情况下，使用高模温易填充成型，易脱模，表面质量好，尺寸稳定性，耐热性、抗蠕变性好，但强度会下降，成型周期长，所以也有采用低模具成型，再经热处理提高结晶度的方法来加工制品的。

PPS的注射成型工艺条件见表10-13。

表10-13 PPS的注射成型工艺条件

（2）压制成型工艺 交联型PPS及其增强、填充PPS常用压制成型工艺加工小批量或大型制品。压制工艺采用两步成型方法，即先冷压、后热压，原料熔融指为50～100g/10min，热压过程中原料在适当温度下发生热交联反应。交联程度对制品的冲击强度、拉伸强度、电绝缘性有较大的影响，所以除了热压压力外，必须控制加热温度及时间。一般对纯PPS加热温度约为360℃，成型压力为10～30MPa，加热加压时间为15min，然后冷却到150℃时即可脱模。GFPPS（40%，质量分数）的加热温度为380℃，压力约40MPa，加热时间为20min，制品密度可达1.6g/cm³，具有较好的力学性能。

（3）喷涂成型 喷涂成型是将PPS喷涂在金属制品表面上，形成一层具有电绝缘性、耐高温、耐腐蚀、耐磨的保护膜，从而提高金属制品的表面性能。喷涂工艺可分为悬浮液喷涂法及悬浮液喷涂与干粉热喷混合法，后者是在悬浮法喷涂层上再喷一层粉料，经塑化处理后涂层的底层具有低结晶韧性与金属制品紧密贴合，表层为结晶度较高的复合涂层。喷涂成型工艺过程如下：

1）配制喷涂料，即用纯PPS粉末与填料粉末按一定比例在球磨机内充分混合粉碎后与液体料（蒸馏水∶乙醇=50∶50）按20∶80（质量比）的比例混合配制成悬浮料。填充料按涂层的性能要求及比例配置，如涂层要求高绝缘、耐腐蚀、耐高温，则用100%的PPS粉料配制悬浮料；如要求耐磨性、耐腐蚀、耐高温，则用PPS∶TiO₂∶PTFE=70∶23∶7的混合粉料配制悬浮料。

2）金属制品表面活化处理。在喷涂前金属制品表面必须经去油污、除锈及毛刺等净化处理，且为了提高涂层结合力必须提高表面的表面能，进行喷砂及化学处理，使表面具有一定的活性和粗糙度。

3）喷涂、塑化及淬火。用净化的压缩空气，经喷枪把悬浮料均匀地喷在制品表面，喷枪与制品表面成45°倾角，距离约200mm，一般每次喷涂层厚达0.04～0.05mm时，应立即将制品放入加热炉中在315℃温度下进行塑化处理10～15min，然后再喷涂，再塑化。一般涂层总厚度为0.5mm以上时应立即放入20～25℃的冷水中迅速进行淬火处理，以降低结晶度，提高韧性和强度。如需喷涂干粉，则应再预热制品进行喷涂及塑化处理。PPS的喷涂成型工艺流程如图10-1所示。

图10-1 PPS的喷涂成型工艺流程

（4）挤出成型 纯PPS及增强PPS都可用挤出成型加工制品，如板材、棒材、电线电缆包覆及改性PPS造粒等。加工不同制品，采用的设备也不同，如造粒时一般宜用双螺杆挤出机；型材加工时宜采用排气式挤出机；线材包覆加工时可采用加工高密度PE制品的挤出机等。不同制品应选适当熔融指数的PPS品种，如包覆成型所用PPS经交联后熔融指数宜为100～150g/10min，型材挤出料宜取10～20g/10min，增强料宜取50g/10min。

一般挤出成型工艺条件（排气式挤出机）如下：加料段温度≤200℃；料筒温度为300～340℃；连接体温度为320～340℃；口模温度为300～320℃。

包覆挤出成型工艺条件（螺杆直径为12～15mm，长径比为40）：挤出成型温度为300～315℃；被包覆导线离开机头后立即在冷水中骤冷却，这样可降低结晶度得到韧性表层，一般当表层厚度为0.05～0.08mm时，当导线离开机头20～30mm后应立即冷却，同时为了提高导线的高温使用性能，也可将被包覆导线在370℃烘箱中进行热处理。

（5）二次加工 PPS及GFPPS的型材可进行切削加工，其中GFPPS及线型PPS加工性较好，与铸铁相似，但刀具应选用超硬类材料。交联PPS的刚性和表面硬度高，伸长率低，因此切削速度宜采用150～250cm/s，前角为10°左右的刀具，并用碳化钨等刀具材料，加工前制品宜退火处理，先去除内应力，可降低加工时产生变形等缺陷。

分体的PPS制品可用粘接法粘成整体，常用环氧树脂系列、氰基丙烯酸系列粘结剂，耐高温制品也可采用聚酰亚胺系列粘结剂。粘接前制品必须进行净化和活化处理。