聚砜PSU制品的注塑成型時(shí),需要注意哪些問(wèn)題?
聚砜(PSU,也稱PSF)是一種耐高溫、高強(qiáng)度的熱塑性工程塑料,有很高的力學(xué)強(qiáng)度、電絕緣性能、熱變形溫度和一定的耐化學(xué)腐蝕性,特別是熱老化性、抗蠕變性以及尺寸穩(wěn)定性都較好。
典型應(yīng)用范圍:主要用于電子電氣、食品和日用品、汽車用、航空、醫(yī)療和一般工業(yè)等部門;
制作各種接觸器、接插件、變壓器絕緣件、可控硅帽,絕緣套管、線圈骨架、接線柱,印刷電路板、軸套、罩、電視系統(tǒng)零件、電容器薄膜,電刷座,堿性蓄電池盒、電線電纜包覆。
聚砜(PSU,也稱PSF)還可做防護(hù)罩組件、電動(dòng)齒輪、蓄電池蓋、飛機(jī)內(nèi)外部零配件、宇航器外部防護(hù)罩,照相器檔板,燈具部件、傳感器。
代替玻璃和不銹鋼做蒸汽餐盤,咖啡盛器,微波烹調(diào)器、牛奶盛器、擠奶器部件、飲料和食品分配器。
衛(wèi)生及醫(yī)療器械方面有外科手術(shù)盤、噴霧器、加濕器、牙科器械、流量控制器、起槽器和實(shí)驗(yàn)室器械,還可用于鑲牙,粘接強(qiáng)度高;
還可做化工設(shè)備(泵外罩、塔外保護(hù)層、耐酸噴嘴、管道、閥門容器)、食品加工設(shè)備,奶制品加工設(shè)備、環(huán)保控制傳染設(shè)備。
一、注塑工藝特性/條件:
①PSU是非結(jié)晶型聚合物,無(wú)明顯熔點(diǎn),Tg為190℃,成型溫度在280℃以上。制品呈透明性。
②PSU的成型特點(diǎn)與PC相似。熔體的流動(dòng)特性接近牛頓流體、聚合物熔體粘度對(duì)溫度較為敏感。當(dāng)熔體溫度超過(guò)330℃時(shí),每提高30℃,熔體粘度可下降50%。
③盡管PSU的熔體粘度對(duì)溫度敏感,其粘度仍然很高,成型過(guò)程中流動(dòng)性較差;另外,熔體的冷卻速度較快,分子鏈又呈剛性,因此,成型中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力難以消除。
④顯然,PSU的分子結(jié)構(gòu)中無(wú)親水基團(tuán),吸水性較小,平衡吸水性為0.6%,但在成型過(guò)程中,微量水分的存在,會(huì)因高溫及強(qiáng)機(jī)械力作用導(dǎo)致熔體降解。因此,在注塑之前,必須進(jìn)行干燥。
⑤過(guò)高的注射速率會(huì)使PSU熔體出現(xiàn)熔體破裂,限制了充模速率,造成充模困難。
二、對(duì)注塑的要求:
一般選擇精密耐磨的螺桿料筒組,要求如下:
①加工PSU時(shí),通常選用的螺桿形式為單頭、全螺紋、等距、低壓縮比,其長(zhǎng)徑比在14~20之間;
②由于PSU的熔體粘度較高,為減輕螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)荷,要求注塑機(jī)又有低擋調(diào)速裝置,可在15~45r/min之間進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速;
③為適應(yīng)PSU成型加工的要求,對(duì)料筒溫度的控制裝置應(yīng)具有在較高溫度區(qū)域內(nèi)自由選樣調(diào)節(jié),并有穩(wěn)定的工作性能,溫度要求在400℃左右;
④應(yīng)選用配有加熱控溫裝置的延伸式噴嘴。噴嘴的孔徑大于5mm,由于熔體粘度大,不會(huì)產(chǎn)生流延。
三、制品與模具設(shè)計(jì):
對(duì)于PSU制品和模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意如下幾點(diǎn):
①PSU熔體的流動(dòng)性差,熔體流動(dòng)長(zhǎng)度與壁厚之比僅為80左右,因此,PSU制品壁厚不得小于1.5mm,大多在2mm以上。PSU制品對(duì)缺口較為敏感,因此,在直角或銳角處應(yīng)采用圓弧過(guò)渡。
PSU的成型收縮率比較穩(wěn)定,為0.4%~0.8%,熔體流動(dòng)方向與垂直方向上的收縮基本一致。脫模斜度應(yīng)該取50:1。
為了得到表觀光潔明亮的制品,要求模具型腔的表面粗糙度為Ra 0.4以上。為了有利于熔體流動(dòng),要求模具的主流道短而粗,其直徑至少為制品厚度的1/2以上,并具有3°~5°的斜度,分流道截面最好采用圓弧形或梯形,避免彎道的存在。
②澆口的形式可隨制品而定。但尺寸應(yīng)盡可能地大,澆口的平直部分應(yīng)盡可能地短,其長(zhǎng)度可控制在0.5~1.0mm之間。進(jìn)料口的位置應(yīng)設(shè)置在厚壁處。
③在主流道末端設(shè)置足夠的冷料穴。由于PSU制品特別是薄壁制品在成型中需要較高注射壓力和較快的注射速率,為使模膠內(nèi)的空氣得以及時(shí)排出,要設(shè)置良好的排氣孔或槽。這些排氣孔或槽的深度應(yīng)控制在0.08mm以下。
④模具溫度的設(shè)置應(yīng)有利改善PSU熔體充膜時(shí)的流動(dòng)性。模具溫度可高達(dá)140℃以上(至少在120℃以上)。干燥工藝參:熱風(fēng)循環(huán)干燥:120~140℃,4~6h,料層厚度為20mm;負(fù)壓沸騰干燥:130℃,0.5~1.0h。
四、注塑工藝參數(shù):
①料筒溫度
提高料筒溫度有利于降低熔體的粘度,但過(guò)高的料筒溫度不僅使諸多性能(如沖擊強(qiáng)度)下降,而且使塑料變色分解。
通常PSU熔體在400℃左右分解,但在實(shí)際注塑中,料筒溫度達(dá)320℃以上就出現(xiàn)分解。當(dāng)溫度越過(guò)360℃時(shí),分解明顯。
影響PSU料筒溫度設(shè)定的因素很多,但主要因素是熔體粘度與制品壁厚。當(dāng)壁厚在5mm以下時(shí),料筒溫度可以取得高一些,可達(dá)到300℃以上,有些級(jí)別的PSU塑料可達(dá)到320℃以上,特殊級(jí)別的PSU塑料可達(dá)到350℃以上。當(dāng)制品壁厚在5mm以上時(shí),溫度可控制在280~300℃之間。
②注射壓力
盡管PSU熔體粘度對(duì)剪切速率敏感,但由于PSU熔體的流功性較差,必須采用較高的注射壓力。
較高的注射壓力可使制品的密度增加,成型收縮率降低,但對(duì)模具提出了較高的要求。一般選擇在100 MPa以上,有時(shí)也可達(dá)140MPa。
③注射速率
通常,注射速率的提高有利于熔體的充模。但對(duì)PSU來(lái)說(shuō),由于冷卻速率較快,如果注射速率控制不當(dāng),也會(huì)引起熔體破裂現(xiàn)象。因此,除品厚度在2mm左右,物料充模有困難需較高的充模速率外,一般采用小、低注射速率為宜。
④螺桿轉(zhuǎn)速
由于PSU的熔體粘度較高,因此,要求螺桿轉(zhuǎn)速略低為好,一般在15~45 r/min 為宜。
⑤模具溫度
由于PSU的Tg高達(dá)190℃,因此可采用較高的模具溫度但最高不超過(guò)160℃。模具溫度的選擇常以制品的厚薄而異。制品壁厚在2~5mm時(shí),模具溫度可控制在10~120℃之間。當(dāng)壁厚超過(guò)5mm或2mm以下時(shí),模具溫度可高達(dá)140~150℃。
⑥成型周期
PSU在正常的加工溫度下的熱穩(wěn)定性較好。在320℃下可以在料筒停留較長(zhǎng)的時(shí)間,因此,成型周期的設(shè)置僅從生產(chǎn)效率角度考慮。
五、注意事項(xiàng):
①PSU的成型溫度較高,為此,要求在注塑前必須將料筒內(nèi)清潔干凈。
②PSU制品不宜含金屬嵌件。由于熱膨脹系數(shù)的差異,在嵌件周圍容易產(chǎn)生應(yīng)力集中問(wèn)題,因此。盡量少用嵌件,或在成型時(shí)對(duì)嵌件進(jìn)行預(yù)熱。一般預(yù)熱到200℃。
③PSU是無(wú)定形聚合物,制品呈透明。所以,在成型時(shí)應(yīng)盡量少用或不用脫模劑;
④制品的后處理
由于PSU分子鏈的剛性較大,因此,制品的內(nèi)應(yīng)力較大,對(duì)其進(jìn)行退火處理很有必要。熱處理的—般原則:在熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)箱內(nèi),在其Tg以下10~20℃,時(shí)間為2~4h。
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