PPS注塑加工实用工艺及应用

聚苯硫醚英文名称Poly phenylene sulfide，简称PPS，是一种新型的工程塑料，在美国于1973年才开始工业化生产，近年发展得很快，已成为继尼龙（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、热塑性聚酯（PET和PBT）及聚苯醚（PPO）之后的第六大工程塑料和第一大特种工程塑料。

产品分为两类：一类是支链型热塑性聚合物，粘度较高。

另一类是热固性聚合物，固化前具有线性分子结构，固化后加热充分也艰软化到一定程度。

下面主要介绍热塑性PPS。

PPS是分子主链上具有苯硫基的高聚物，由于其结构为苯环与硫交替连接，分子链具有很大的刚性及规整性，因而PPS为结晶性聚合物，具有很多优异性能，如耐热性、刚性、阻燃性及电绝缘性。

硫原子上的孤对电子使得PPS与玻璃纤维、无机填料及金属具有良好的亲和性，易于制成各种增强复合物及合金材料。

一、PPS的性能1、物理力学性能PPS是一种白色、结晶度高的聚合物，密度为1.34。

其力学性能优良、拉伸强度和弯曲强度优于PA、PC、PBT等，具有极高的刚性和抗蠕变性，但其脆性较大，缺口冲击强度较低，低于PA、PC、PBT高于POM。

加入玻璃纤维增强后其力学性能更优。

PPS属惰性物质，无毒。

2、热性能由于PPS为结晶性聚合物，最高结晶度可达65%，其结晶温度为127℃，熔点为286℃，热变形温度260℃，在空气中430-460℃以上才分解，热稳定性远超出PA、PBT、POM等工程塑料，长期使用温度在热塑性塑料最高，可达220-240℃。

PPS还是具有良好的绝热性和阻燃性，其临界氧指数与PVC相当，可达47%，无需加入阻燃剂，PPS可达到UL94-V0级水平。

3、电性能PPS的分子结构对称，无极性，吸水性低，故其电绝缘性十分优良，与其他工程塑料相比，其介电常数小，耐电弧性相当于热固性塑料，在高温、高湿、变频等条件下，PPS还能保持优良的电绝缘性。

加入导电填料，可制得导电性PPS复合材料，用于防静电及电磁屏蔽。

4、耐化学性由于PPS具有较高的结晶度，故其具有优良的耐化学药品性，在200℃以下不溶于任何有机溶剂，除强氧化性酸外，可经受各类酸、碱、盐的侵蚀，在高温下经各种化学药品长期浸泡后，还保持较高的强度，仅次于聚四氟乙烯。

PPS还具有良好的耐候性和耐射性。

5、加工性能1）吸水性 PPS的吸水性较低，只有0.02%。

2）流动性 PPS的流动性较好，可加工薄壁制品，其流动性根据PPS的品种、规格而不同，线性PPS比支化交联PPS的流动性高，随温度升高，物料的流动性增加，但温度过高或物料在机筒内停留时间过长，物料会发生部分交联，导致流动降低。

3）结晶性 PPS为结晶性聚合物，其结晶度随成型时的冷却温度及速率而变，冷却速度越快，其结晶度越低。

而结晶度大小又对其强度、耐热性、耐候性、尺寸稳定性都有较大影响。

随结晶度增加，制品的热变温度提高，刚性、表面光洁度、表面硬收缩率等增加，尺寸稳定性也增加。

4）热稳定性 PPS 在高温下时间长会发生部分氧化交联反应，导致物料的流动性降低，色泽变深，影响制品的质量和性能。

此外，PPS 对金属有较强的粘附性，要防止物料在机筒内固化。

5）收缩性对于结晶性塑料，在成型加工时，结晶度随模具温度增加而增大，而结晶度增大，收缩率也增加，故收缩率随模具温度而增大。

通常PPS的收缩率都较小，但与流动方向垂直的收缩率大于流动方向的2-4倍。

产品厚度、形状、注射速度也会对收缩率须影响。

6）二次加工PPS制品可以切削、攻丝等机械加工和超声波焊接、粘合剂接等加工。

二、成型设备与模具1、注塑机的选用1）锁模力PPS的流动性与ABS、POM相近，在计算锁模力时，要考虑流动性这个因素，选择材料流动特性系 K值，可按第四组与ABS、POM等到相同。

2）注射量根据产品的重量来选择合适的注射量，不宜选用注射量超出过多的注塑机，以免胶料在机筒内停留时间过长而发生氧化交联反应甚至固化，导致产品变色，影响产品的性能和质量。

3）螺杆、机筒根据PPS 的特征，PPS没有腐蚀性，因此，对于一般的PPS料，可以采用普通螺杆，但由于加工温度高且有结晶体熔化吸热，所以机筒加热器的功率须足够。

在多数情况下，PPS都加入玻璃纤维以增强其各种性能，这些材料对机筒和螺杆的磨损很大，必须采用耐磨的机筒螺杆，台镀硬铬螺杆或双金属螺杆、机筒。

4）射嘴采用开放式射嘴，内径φ3-6mm，射嘴的加热器最好是能单独控制，这样可使成型加工更方便。

若有些制品要求防止流涎，可以使用自锁射嘴，但清理比较困难。

2、产品造型与模具设计1）产品造型PPS属结晶性聚合物，产品的转角及壁厚变化的部位会引起应力集中，导致应力开裂、尺寸变化、强度下降等问题出现，产品设计时产品的转角应为圆弧过渡，并尽量避免厚薄不均，一般情况下制品的厚度不要超出7-10mm。

合理的加强筋设计可以增加制品的刚性，防止制品翘曲、消除残余应力、提高流动性，增加筋条的数目比增加筋条的高度与厚度效果更好，通常筋条的选取为制品厚度的一半并圆角过渡，筋条的脱模斜度为2-3°。

2）模具材料PPS的加工温度较高，胶料温度为290-330℃，模具温度为130-180℃，同时PPS 在大多数情况下以玻璃纤维增强，内含较大量的玻璃纤维，磨损问题必须考虑，故模具材料应以140-150℃为基准，选用合适的合金材料，如SK、SKD、SKH等，硬度为HRC60-65，表面电镀。

3）流道流道形状以圆形、梯形为宜，流道锥度为2-3°，在流道末端设置冷料井。

4）浇口浇口可以采用针型、圆盘型、扇型、轮辐型、侧入型等，不宜采用潜伏型浇口，因为PPS制品硬度大，收缩率小。

浇口应设置在制品截面最厚的部位，浇口直径不小于0.6mm，对于增强PPS，因结晶取向引起强度和收缩率的方向各异，故在设计浇口形状及位置时，必须考虑胶料流动方向引起的尺寸变化和强度变化，以及因熔合纹引起的强度下降，垂直使熔合纹出现在没有负荷或负荷较小和不明显的部位。

5）脱模为了保证制品的表面光洁平整度及易于脱模，模具的型腔、流道等部位应有较高的光洁度和脱模斜度，脱模斜度一般为1-3°。

脱模顶针的直径、数量、位置的设计也很重要，根据制品的形状而定，使顶出力均衡和顶出平稳，否则，会使制品产生局部残余应力，从而引起制品裂纹和尺寸精度不一等问题。

6）排气PPS制品内有气泡会使其性能明显下降，由于排气不良而引起原烧焦、变色和表面粗糙，影响制品的外观和质量，模具必须合理地开设排气槽或排气孔，也可以利用分型面和脱模顶针间隙来排气。

7）模具的温控由于PPS 的成型加工、要求模具温度在130-180℃，这样的温度一般需要加热，而模具温度的精确性和均匀性影响到产品的性能和尺寸精度；根据模具的大小、制品形状、生产量及温控设备等因素，可选择电热式和油循环加热式温控，电热式温控方便、经济、温升快，但温度均匀性和精确度较差，模温机油循环加热式温控的温度均匀性和精确度较高，对性能和尺寸精度要求较高的产品可以选用这种方式。

为了保证模具温度的均匀性和防止散热，可以在模具的侧面和模具与注塑机模板之间加装石棉板隔热。

三、成型工艺1、原材料干燥因为PPS吸水性小，所以加工前可以不干燥。

但如果原料开放式放在温度高、湿度大的环境下时间较长，则需干燥，干燥温度为150-160℃，时间2-3H。

2、成型温度PPS的成型温度较高，机筒温度在280-360℃之间，在保证顺利充模和制品质量的前提下，机筒温度尽量不要太高，以免引起胶料在机筒内氧化交联甚至固化。

射嘴温度要单独控制，以保持胶料良好的流动性而又不堵塞、不流涎为宜。

3、注射压力注射压力在50-200MPa之间，为了保证制品的力学性能和尺寸精度，使用较高的注射力为佳，特别是形状复杂、薄壁件更应如此。

4、注射速度注射速度快，制品的表面光洁度高、强度也较高，但过高的注射速度会使产品翘曲、烧焦等现象，一般采用中等注射速度。

5、螺杆转速螺杆转速可以在50-200rpm之间，高速成型可以采用较高的转速，这时胶料因剪切速率大而温升大，必须将机筒温度调低。

6、保压压力为了防止内应力的产生，保存压压力应尽量低，满足补缩便可，以制品不出现凹陷为准。

7、背压一定的背压有利于胶料的排气和混合，以便得到质量较稳定的制品，一般背压在0.5-1.5MPa之间，对于干燥不好的材料，背压可以大些。

8、模具温度PPS是结晶性聚合物，模具温度直接影响制品的结晶度，从而得到不同的性能和尺寸精度，模具温度不同引起结晶的差异很大，如94℃时结晶为8%，而150℃时则为48%。

模具模具高，得到制品的结晶度也高，其力学性能较好，但有收缩大、凹陷、翘曲、耐冲击强度差等问题，模具温度低，制品的结晶度低，收缩小、尺寸再现性好（制品尺寸与模具尺寸的复制程度）、耐冲击强度增大、超声波焊接性提高，但力学性能较差。

因此，要根据产品的要求来确定成型模具温度。

9、成型周期由于PPS 为结晶性聚合物，为了得到良好的力学性能，需采取较高的模具温度，较长的冷却时间，以提高结晶度，对于厚壁制品，注射时间、保压时间、冷却时间都应长于薄壁制品。

为了防止冷却收缩和内应力的产生，对复杂件，蒲壁产品，也需要适当延长保压时间。

10、制品后处理为了提高制品的性能，消除内应力以及保持制品的性能和尺寸稳定性，可以将制品放入烘箱内进行退火处理，条件通常为200-240℃，2—4H，具体根据制品的厚度和用途而定，厚制品时间长些，退火处理使制品再结晶从而结晶度提高，其性能也随之而提高，但也导致再收缩而使制品的尺寸变化，模具设计时要考虑这因素。

11、再生料的使用再生料可以与新料混合一起使用，其比例视制品的性能要求而定，再生料的比例大，制品的性能会下降，一般不要超过30%，以免造成产品的性能和质量明显下降。

12、停机处理由于PPS对金属有较强的粘附性，故加工完成后，在停机之前必须把机筒内、螺杆上粘附的PPS料清洗出来，否则胶料冷却后会牢固地粘在螺杆上，影响下次或其它材料的生产，通常可以采用高密度聚乙烯（HDPE）来清洗；为了缩短时间，也可以先用玻璃纤维示强PC料，再用HDPE料进行清洗，这样清洗效果较好但费用较高。

生产过程中需要中断成型一段时间，必须将机筒内的胶料全部排出，并将机筒温度降低至270℃以下，因为熔料在高温的条件下长时间受热会分解，并放出毒气体，所以生产场所必须注意通风。

四、常峥缺陷与解决方法1、填充不足原因：1）注射压力不足2）注射速度慢3）熔料温度低4）排气不良5）浇口过小6）过胶圈磨损解决方法：1）提高注射压力2）提高注射速度3）提高机筒温度4）在未填满的部位加排气孔5）扩大浇口尺寸或缩短浇口流道的距离6）检查过胶圈的磨损程度，更换2、表面无光泽原因：1）制品密度不足2）填充速度慢3）模具温度低4）排气不良解决方法：1）增加熔胶量，提高注射压力2）提高机筒温度，提高注射速度3）提高模具温度4）充分排气3、翘曲原因：1）制品冷却不均匀2）制品壁厚不均匀3）填充过度4）注射速度过快解决方法：1）调整模具的温度控制，使其冷却均匀2）产品的设计尽量使其壁厚均匀3）降低注射压力和保压压力4）降低注射速度4、收缩、凹陷原因：1）制品密度不足2）熔料含有气体3）制品壁厚过厚4）热收缩大解决方法：1）增加熔胶量，提高注射压力，延长注射时间2）充分干燥材料3）制品厚度不要超过7-10mm4）降低机筒温度及模具温度5、内部裂纹1）制品冷却过快2）残余应力解决方法：1）提高模具温度，制品取出后浸入热水或放入烘箱中缓慢冷却2）降低注射速度，提高模具温度6、熔合纹原因：1）熔料充模后冷却快引起2）更改浇口位置，使熔合纹出现在不受负荷或不显著的部位3）开设冷料井，使熔合纹处的冷料排出7、烧焦原因：1）排气不良2）熔料温度过高解决方法：1）增加排气孔2）降低机筒温度、注射速度3）加大浇口8、脱模困难、顶出破裂原因：1）模具的脱模锥度不足，表面光洁度不足2）脱模顶针的位置不当或直径过小解决方法：1）加大脱模锥度，模具表面抛光2）增加顶针数量或加大顶针直径3）延长冷却时间，降低机筒温度、模具温度五、应用1、电子电器及家电利用其耐高温、电绝缘性，用于接插件、变压器、继电器、电饭煲、微波炉、风筒等零配件。