聚苯硫醚注塑成型技術

陳金亭

（天津市合成材料工業研究所，天津 300220）

1 概述

聚苯硫醚又稱聚次苯基硫醚（PPS），PPS 的結構比較簡單，分子主鏈由苯環和硫原子交替排列，大量的苯環賦予PPS 以剛性、大量的硫醚鍵又提供柔順性。分子結構對稱，易于結晶，電性能好，PPS 吸水率極小，一般只有0.03%～0.05%，純PPS 是一種高結晶度，硬而脆的聚合物，一般使用時都進行改性。具體改性品種有碳纖維增強、玻璃纖維增強、無機填充、與其他工程塑料共混等[1]。

PPS 的特性：1、阻燃性：PPS 阻燃性非常好，達到UL94v-0 級；2、加工性能十分優異：是具有高剛性的結晶聚合物，其流動性好，結晶速度快，成型周期短，而且制品切削加工、熔接、粘接、錫焊等二次加工性也非常好；3、耐熱性能優異：其熱變形溫度達到260℃，可以在200～240℃以下長期使用。短期耐熱性和長期連續使用的熱穩定均優于目前所有的工程塑料；4、電性能優異：PPS 樹脂具有很高的表面電阻率和體積電阻率，介電常數和介電損耗角正切值又比較低,即使在高溫、高濕、高頻條件下仍具有優良的電性能。其體積電阻率和表面電阻率變化極小，介電常數幾乎不隨周波數和溫度變化；5、機械性能良好：表面硬度高，剛性極強，并具有優異的耐蠕變性和耐疲勞性。在高溫高載荷下仍有優良的耐蠕變特性，對于循環應力也顯示出優良的耐疲勞特性；6、優異的耐化學藥品性：在200℃以下未發現可以溶解PPS 的溶劑，對無機酸、堿和鹽類的抵抗性也很強。PPS 制品在大多數酸堿環境狀態下工作時，尺寸、性能非常穩定；7、耐磨性突出：PPS 樹脂耐磨性非常好，加入碳纖維和氟塑料，可以大幅度提高耐磨性和潤滑性；8、良好的尺寸穩定性：PPS 成型收縮率非常小，吸水率極低，在高溫高濕載荷下仍具有良好的尺寸穩定性；9、良好的耐輻射性：PPS 樹脂即使在比較強的γ 射線照射下其物理性能也非常穩定；10、良好的焊錫耐熱性：PPS 制品可以在260℃焊錫槽中浸蘸10 s，比較適用于電子部件的表面封裝技術。

PPS 應用領域[2，3]：電子電器：用于廣泛制造線圈架、接線器、插座、繼電器、馬達殼、電容器等；汽車工業：點火器、軸承支架、風扇、反光鏡、加熱器、齒輪箱等；儀器儀表：計時器、傳速器、傳感器、儀表殼體、熱風筒等；機械工業：泵殼、葉輪、風機、齒輪、法蘭盤、管件、孔板、密封環、墊等；航空工業：飛機行李架、座椅骨架等。

2 PPS 注塑成型工藝

PPS 是一種綜合性能十分優越的高分子材料，它所具有的優良的加工性能、可以注塑成型，使其在特種工程塑料制品中被越來越廣泛應用[1]。

2.1 模具的設計

2.1.1 圓角

由于PPS 樹脂是脆性結晶性樹脂，成型品在尖角處容易有應力集中現象，導致制品開裂變形，因此在設計模具時，盡量不出現尖角、直角，而采用角R設計。對于薄壁及不等壁制品，可以通過增加加強筋，提高剛性，防止制品變形。同時設計時使成型品的厚度盡量均勻一致。

2.1.2 澆口

澆口可采用針點式、隧道式、側澆口，由于PPS制品一般采用玻璃纖維增強且成型收縮率小，樹脂硬度大，所以注塑成型時不適于使用潛伏性澆口。通常情況下澆口直徑要大些，最好選取1mm～1.2mm。

2.1.3 流道

為了方便的脫模，流道的側壁必須光滑，流道形狀為錐形、圓形、梯形，有一定的錐度2～3 度。主流道為錐形，分流道為梯形或圓形，在主、分流道末端設置冷料。

PPS 樹脂成型收縮率小，而樹脂硬度大，為便于脫模，模具應選用稍大的脫模角。

2.1.4 排氣槽

如果模具排氣不充分產生內氣泡則會導致制品性能下降，光潔度差，熔合縫強度低下，注射不滿及制品燒焦等問題，所以為了得到優良的PPS 制品，必須在模具上開設排氣槽。

2.1.5 模具溫度控制

PPS 增強料，一般的模具溫度要求達到125℃～150℃，采用熱水循環加熱已經滿足不了模具的要求，通常模具加熱使用電熱棒（板）進行溫度控制，同時在定、動模上也要安裝加熱裝置，并在模具與動、定模板之間加裝石棉隔熱板。

2.2 物料預干燥

為了得到外觀良好的制品，防止流涎，預干燥條件要保持一定，且成型機內的滯留量一定要恰當，盡可能避免中途變更成型機容量。推薦干燥條件為120℃～140 ℃，2～3 h。

2.3 推薦的注塑成型工藝條件（見表1）

表1 推薦的注塑成型條件

2.3.1 模具溫度

模具溫度對產品性能影響非常大，當成型時、模具溫度較高時制品表面光潔度好、耐熱性增加、彎曲模量增加、表面硬度高、耐蠕變性好等優點，但是它的彎曲強度、拉伸強度又有所降低。為了使制品尺寸穩定，外觀光滑，建議模具溫度125℃～150℃。

2.3.2 料筒溫度

PPS 熔融溫度285℃左右直到分解這個溫度范圍很寬，因此PPS 在加工過程中很少出現物料分解等情況，PPS 注塑加工溫度要求也不是很嚴格，然而溫度過低則樹脂塑化不好，注塑時容易出現分層、產生熔合痕，而且機筒、螺桿磨損會增大。如果料筒溫度太高，物料就會出現部分分解碳化，導致物料變色，為了防止物料分解使機筒產生氣體及內壓力，樹脂溫度不得高于360℃，在機筒內物料停留時間原則上不高于0.5h，在保證流動性的前提下，盡量降低機筒溫度，減少物料變色，推薦機筒溫度280℃～320℃。

2.3.3 注射壓力

一般注射壓力愈高，得到的PPS 制品越優良，外觀愈美觀，但是注射壓力太高，則制品容易出現飛邊、翹曲，一般選擇60～80 MPa。

2.3.4 注射速度

注射速度越快，一般獲得的制品外觀越良好，但是容易使成型品發生燒焦、翹曲等現象，因此一般情況下，使用中等注射速度。

2.3.5 螺桿轉速

螺桿轉速一般設定為40～100rpm，當轉速高于200rpm 時，容易造成玻纖斷裂，影響制品性能。

2.3.6 制品的后處理

為了提高產品的結晶度，消除內壓力，保持產品尺寸穩定，在條件允許的情況下，可以將制品進行退火處理。處理溫度：160～180℃，處理時間：4～16 h。

2.3.7 回料的使用

在實際注塑成型時，經常遇到回料的使用問題，回料因為玻璃纖維斷裂等原因，耐熱性能下降，材料變色，所以建議使用量盡可能控制在25%之內。

3 注塑成型加工中遇到的問題、解決方法

表2 為加工中遇到問題產生原因和處理（解決）方法。PPS 擁有十分優良的綜合性能，優越的加工性，良好的流動性，其加工溫度范圍寬、熔融流動性好，容易填充模具，成型收縮率低，尺寸穩定，具有高剛性、高抗蠕變性[5]。關于注塑成型加工中遇到的問題及解決方法詳見表2。因此，只要掌握好增強聚苯硫醚的工藝特性，采用合理的注塑工藝，就會注塑出優質、完美的成型制品。

4 結語

聚苯硫醚作為第六大工程塑料，與其它同等耐熱性特種工程塑料比較，不僅價格低，而且具有耐焊錫性，耐輻射性，以及優越的加工性。PPS 樹脂的應用已從要求非常嚴格的電子領域開始向各個領域發展，其產品已經在核工業、航天、汽車、化工、機械等行業廣泛應用，目前我國聚苯硫醚市場發展正處于高速增長期，聚苯硫醚產業發展進入了一個黃金時期。探討、開發、提高、解決好聚苯硫醚的注塑成型技術對擴大聚苯硫醚的應用領域，生產出高性能、高品質、美觀的聚苯硫醚成型制品是非常必要的。

表2

［1］呂新榮.塑料注塑技術手冊[M].香港生產力促進局,1994.

［2］管從勝，等.聚苯硫醚涂料及應用[M].化學工業出版社,2007,5,1.

［3］楊杰.聚苯硫醚樹脂及應用[M].化學工業出版社,2006,1,1.

［4］樊新民，車劍飛.工程塑料及應用[M].機械工業出版社,2006,4,1.

［5］吳忠文，方省眾.特種工程塑料及應用[M].化學工業出版社,2011,11,1.