聚碳酸酯注塑成型及其应用

聚碳酸酯注塑成型及其应用

摘要：本文简单介绍了聚碳酸酯以及它的优缺点和工艺特性，并详细阐述了聚碳酸酯的注塑成型工艺和注塑制品的常见缺陷，同时还详尽介绍了聚碳酸酯材料在各个领域的应用。

关键词：聚碳酸酯注塑成型工艺

1 聚碳酸酯的简介

聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物的总称，它是一种无毒透明的热塑性工程塑料。根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。

1.1 聚碳酸酯的优缺点

聚碳酸酯是一种无色透明热塑性聚合体, 它不仅具有很高的抗冲击强度、优良的热稳定性、耐蠕变性和耐寒性以及良好的电绝缘性、阻燃性,而且可抗紫外线、耐老化。目前使用的工程塑料中, PC的透明性能是最好的, 可见光透过率高达90%以上。此外, PC密度低,容易加工成型, 是一种性能优良,应用广泛的工程塑料。但它的缺点是容易产生应力开裂，耐溶剂性差、不耐碱、高温容易水解、对缺口敏感性大、与其他树脂相溶性差，摩擦因数大，无自润滑性。

1.2 聚碳酸酯的加工工艺特性

PC是分子主链结构中含有苯环、异丙基、酯键的线性聚合物，这种结构使其既有刚性又有一定的柔韧性，以及良好的耐高温能力，但同时存在着树脂的熔体粘度高、对水分敏感等不足，给注射成型加工带来一定的难度。其加工工艺特性是无明显熔点，在正常加工温度即230—320℃范围内熔体粘度高，粘度对剪切速率的敏感性小而对温度的敏感性大，近似于牛顿流体行为;对水分敏感，高温下树脂易水解;制品易产生内应力等。由此可见，PC是一种较难加工的塑料。

2 注塑成型的基本原理和工艺流程

2.1 注塑成型的基本原理

注塑机利用塑胶加热到一定温度后,能熔融成液体的性质,把熔融液体用高压注射到密闭的模腔内,经过冷却定型,开模后顶出得到所需的塑体产品。

2.2 注塑成型的工艺流程

塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充—保压—冷却—脱模等4个阶段。这4个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。（1）填充阶段

填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。理论上，填充时间越短，成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。

高速填充。高速填充时剪切率较高，塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形，使整体流动阻力降低；局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。因此在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充的体积大小。即在流动控制阶段，由于高速填充，熔体的剪切变稀效果往往很大，而薄壁的冷却作用并不明显，于是速率的效用占了上风。

低速填充。热传导控制低速填充时，剪切率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。由于热塑料补充速率较慢，流动较为缓慢，使热传导效应较为明显，热量迅速为冷模壁带走。加上较少量的粘滞加热现象，固化层厚度较厚，又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。

（2）保压阶段

保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。

（3）冷却阶段

在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。由于冷

却时间占整个成型周期约70%～80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。

（4）脱模阶段

脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。脱模的方式主要有两种：顶杆脱模和脱料板脱模。设计模具时要根据产品的结构特点选择合适的脱模方式，以保证产品质量。

对于选用顶杆脱模的模具，顶杆的设置应尽量均匀，并且位置应选在脱模阻力最大以及塑件强度和刚度最大的地方，以免塑件变形损坏。

而脱料板则一般用于深腔薄壁容器以及不允许有推杆痕迹的透明制品的脱模，这种机构的特点是脱模力大且均匀，运动平稳，无明显的遗留痕迹。

3 聚碳酸酯注塑成型的工艺

3.1 原材料的处理

PC塑胶原料的吸水率较大，由于PC在高温下对微量水分的敏感性，所以在加工前一定要预热干燥。干燥温度一般为110—120℃，时间为连续的24小时。

3.2 浇口设计

小型制品可用针形浇口，浇口深度应有最厚部位的70%，其它浇口有环形及长方形。浇口越大越好，以减低塑料被过度剪切而造成缺陷。排气孔的深度应小于0.03-0.06mm，流道尽量短而圆，脱模斜度一般为30′-1左右。

3.3 注塑温度

注塑温度是影响注塑压力的重要因素。注塑机料筒有5～6个加热段，每种原料都有其合适的加工温度。注塑温度必须控制在一定的范围内。温度太低，熔料塑化不良，影响成型件的质量，增加工艺难度；温度太高，原料容易分解。

聚碳酸酯没有明显熔点，注射成型温度范围从240℃—310℃均能成型。超过320℃则开始分解，成型加工时，调节温度比调节压力更为有效。一般为了让塑料渐渐地熔融，在料管后段/进料区设定较低的温度，而在料管前段设定较高的温度。但若螺杆设计不当，或L/D值过小，逆向式的设温就比较好。