探索PC玻璃熱烘彎成型加工工藝及影響因素

林聰龍

摘 要：聚碳酸酯，簡稱PC，是一種無定型、無臭、無毒、高度透明的無色或微黃色熱塑性工程塑料。具有優良的物理機械性能，尤其是耐沖擊性優異，拉伸強度、彎曲強度、壓縮強度高、蠕變性小，尺寸穩定、吸水率小，收縮率小，具有良好的耐熱性和耐低溫性，在較寬的溫度范圍內具有穩定的力學性能，電性能和阻燃性，可在-60～120℃下長期使用。

關鍵詞：熱烘彎成型工藝；PC（聚碳酸酯）玻璃；光學性能

聚碳酸酯（PC）樹脂，具有透明度高、質輕、抗沖擊、隔音、隔熱、難燃、抗老化等特點，是一種高科技、綜合性能極其卓越、節能環保型塑料材料，目前該材料國內、外已經有很多汽車廠使用PC擋風玻璃等，PC玻璃的成型方式主要有兩種：一種是注塑成型，一種是熱烘彎成型；注塑成型設備投入大及產品尺寸局限性限制了PC注塑成型工藝的應用；相比之下，熱烘彎成型設備投入小，更適合大尺寸產品成型制作。

本文采用單因素實驗法制定驗證合理的熱烘彎成型工藝方案，并分別通過透光率試驗、網格試驗等分析最佳工藝參數。

1 緒論

1.1 課題研究的目的與意義

聚碳酸酯（PC）是一種無臭、無味且透明的熱塑性材料。由于它具有良好的機械性能，較小的比重和較高的透光率等優點，被廣泛應用于建材、汽車、航空航天等諸多領域，特別

由于用PC制成的汽車部件具有重量輕、成本低、造型美觀、保護環境、抗沖擊性和韌性好等優點，因此PC在汽車領域的應用日益廣泛。

聚碳酸酯在汽車領域最早被應用于照明系統、儀表板等部件。之后隨著科學技術的發展，國外許多汽車公司開始嘗試用聚碳酸酯車窗玻璃代替傳統的車窗玻璃。最早是德國拜耳公司和SABIC公司生產的聚碳酸酯顆粒，并期待將應用于汽車所有的車窗系統。

PC的成型方式主要有注塑成型和熱烘彎成型兩種，注塑成型設備投入大及產品尺寸局限性限制了PC注塑成型工藝的應用；相比之下，熱烘彎成型作為一種滿足大尺寸、低成本的成型方式將被廣泛使用；但由于成型工藝沒有合理的把控，導致產品變形，應力集中等問題，這不僅影響制品的光學性能，也影響產品尺寸要求，成品極低，因此研究熱烘彎成型工藝的影響因素成為行業的需求。

1.2 國內外研究現狀

德國奔馳、通用汽車、豐田汽車、福特汽車、大眾汽車、PSA集團、VOLVO、長城汽車等國內外汽車OEM都對PC汽車玻璃投入設計研發。

德國奔馳：基于新E級轎車W212平臺的2010款E級防彈車采用的就是PC玻璃取代傳統玻璃來實現防彈。

豐田：在“第40屆東京汽車展”上展出了聚碳酸酯（PC）材料的大尺寸車窗“全景車頂”。

1.3 課題的主要研究內容

①采用單因素實驗法制定合理的熱烘彎成型工藝方案，并按照此工藝方案加工PC玻璃制品，為后續生產及試驗提供依據；

②分別通過透光率試驗、網格試驗及力學性能試驗進行測試，研究工藝參數對光學、力學的影響規律。

2 PC玻璃熱烘彎成型工藝

2.1 成型工藝流程

板材購買→尺寸計算→板材切割→板材干燥→油墨印刷→熱烘彎成型→淋涂→修邊和鉆孔。

2.2 成型工藝參數影響分析

影響PC板材熱烘彎成型的工藝主要有：①尺寸計算。②板材的干燥。③油墨印刷的環境。④熱烘彎成型的溫度和成型時間。⑤淋涂的環境等。

目前，啟動項目為某天窗產品 ，根據產品數模尺寸及工藝加工操作要求（邊部預留15-20mm作為工藝操作空間）來確定產品最終切割尺寸。

3 PC玻璃性能試驗研究

3.1 透光率性能試驗分析

3.1.1 烘箱溫度（150℃～170℃）對透光率的影響，

從上表數據可以看出，烘箱溫度在合理范圍內，溫度越高樣件透光率越好。

3.1.2 冷卻時間對透光率的影響

通過試驗數據對比（如下表）驗證，隨著冷卻時間的延長，PC玻璃的透光率逐漸增大，并且增大的速度先加快后減慢。

3.2 網格光學性能試驗分析

當成型溫度和PC板變形溫度匹配時，做網格試驗未出現網格扭曲現象

當成型溫度和PC板變形溫度不匹配時，做網格試驗就出現網格扭曲現象

3.3 力學性能試驗分析

由于PC玻璃為曲率的玻璃，為了獲得真實準確的數據，特從PC制品上裁切樣片；1-6#樣片分別從不同溫度制作的樣品上裁得的試驗驗樣。

從試驗數據看，采用熱烘彎成型工藝，工藝條件不一樣對產品的力學性能影響不大；主要是來料板材已經決定了材料的力學性能。

4 結語

本文結合試驗對PC玻璃熱烘彎成型工藝的探索，并分析成型溫度工藝對制品光學性能、力學性能的影響，得到以下結論：

①通過試驗驗證，成型溫度一般控制在150-170℃的烘箱溫度，升溫時間大約25min；在此期間隨著溫度的升高光學性能越好；

②通過拉伸試驗對不同工藝制品進行數據測試對比，結果表明：材料物理力學性能主要受來料樣板的工藝影響較大，受熱烘彎影響很小；

③本文采用單因素實驗法研究了各工藝參數對PC擋風玻璃光學、力學性能的影響規律，并在此基礎上摸索最佳成型工藝方案，即6mm板材：烘箱溫度170℃，升溫時間25min，成型時間：10min，退火溫度120℃ 30min；為以后我國PC汽車玻璃的研究提供參考。

參考文獻：

[1]金祖絟，吳念.聚碳酸酯樹脂及應用[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]王鑫，peng Yiyan，李海梅，申長雨.退火對注塑成型PC制品力學性能的影響.化學學報，2010.61（6）：1555-1559.