【摘要】介绍聚碳酸酯( PC) 注射制品几种缺陷的特性, 指出制品结构、模具设计、成型工艺和后处理等几个方面对其缺陷的影响与解决方法。

聚碳酸酯PC 是一种性能优益的工程塑料, 不仅透明度高, 冲击韧性好, 而且耐蠕变, 无毒性, 使用温度范围宽, 尺寸稳定性好, 电绝缘性优良, 耐候性好, 因此被广泛应用于仪器仪表、照明用具、电子电器设备、家用电器、包装等行业。

聚碳酸酯PC 是分子链存在苯环, 玻璃化温度、熔融温度高, 熔体粘度大, 对水分敏感, 高温下树脂易水解, 制品易产生内应力等, 因此聚碳酸酯PC 属于较难加工的塑料材料。
去年我们承揽了北京某公司开发研制的自动监票机组上的所有塑料零件, 该产品主要用于大型体育场通道及地铁通道等密集人口出入口。为了保证使用的年限及抗人为破坏性, 塑料件全部选用了聚碳酸酯材料为基材, 根据整机要求配合磨砂表面, 或有颜色要求的透明零件大大小小共计二十余种。在经过试模及一年多得连续生产中, 我们积累了解决聚碳酸酯制品缺陷的一些方法, 与大家一起分析、探讨。

银纹、气泡、真空泡

出现银纹、气泡、真空泡是聚碳酸酯制品最常见的缺陷之一, 它与原材料、模具、注射机的塑化系统、工艺参数的设置等多方因素都有一定关联。

原材料:聚碳酸酯成型过程属于对水分很敏感的一类材料, 一般要求控制水分的含量在0.02%以下, 对原材料需要进行充分的干燥, 干燥温度在120℃左右, 干燥时间4h 以上。但是我们也发现对有颜色要求的透明零件, 一是要选用耐温性好的色母着色; 二是对小批量色粉着色的原材料应选用挥发点高的分散剂, 这样既能保证原材料干燥充分, 又能杜绝由于干燥温度高、时间长, 引起的颜料迁移, 造成同批次零件先后颜色的明显差异。同时最好选择相对分子质量稍低的聚碳酸酯。

塑料原材料由于颗粒大小难免有差异, 加入料斗中易夹杂空气, 对于透明外观零件, 可以在原材料使用前用筛网过筛法过筛, 保证料粒大小均匀。

模具:高粘度聚碳酸酯熔体在通过狭窄的浇道与浇口进入具有较大自由空间的模腔, 从熔体中释放出来的气体及夹带流道及模腔内的空气, 在高速充模过程中会在冷凝塑料表面出现分散气流的痕迹。另外如果模腔内转角较多, 壁厚相差过大, 镶件多、浇口位置不当时, 熔体就会涌入模腔, 使模内空气形成涡流, 在一定的部位形成气纹, 因此尽量加大主浇道与浇口的尺寸、选择零件壁厚部位进浇等等方式来改善缺陷的出现。

成型设备和工艺参数的设置:对于聚碳酸酯树脂来说, 无论是柱塞式还是螺杆式注射机都可以成型, 具体根据零件的大小及模具结构而定。一般成型机应带有热风循环干燥器, 否则在烘箱中随用随取, 不宜久存,一次加料量最好少于半小时的用量。

为了防止银纹、气泡、真空泡等聚碳酸酯制品最常见的缺陷出现, 工艺参数的合理设定非常重要:

① 为了保证高粘度的熔体充模顺利, 一般提高熔料温度与增加注射压力, 但是必须降低冲模速度, 特别是容易产生气纹部位的注射速度, 否则容易有银纹出现。

② 料筒温度设定要合理, 否则熔体温度过高产生分解气, 形成气泡。当气泡在浇口附近时可降低料温使气泡减少。

③ 适当提高模具温度, 特别是形成气泡部位的模温。

④为减少气泡在脱模后的制件上产生, 也可以增加在热水中缓慢冷却工序, 这样也同时降低了制件内应力。

“指纹”及乱流痕

由于聚碳酸酯熔体粘度大, 流动性差, 有时在注射件表面形成形状类似人的手指纹的流痕, 被称为“指纹”缺陷, 一般出现在透明零件进浇口附近。乱流痕指在制品上出现以浇口为中心的不规则的流线现象, 它与“指纹”缺陷不同的是乱流痕平行与注射料流方向, 它主要是由于注射到模腔的融料受到大的冲击, 在模腔内时进时停所致。

两种缺陷表现的状态虽然有所差异, 但形成的根本原因还是熔体粘度大造成的, 为解决这类缺陷主要可从以下几方面考虑:

① 提高熔体温度, 减少熔体由于流动过程中热量损耗, 流动性降低。提高温度可以一方面适当提高进浇口处的料温, 同时也应该提高模具温度, 这样能有效降低废品率。

② 适当增加注射速度及压力, 减少熔体以滞流状态充模。

③ 改变进浇口位置及进浇口大小及形状能有效改善“指纹”与乱流痕缺陷的出现。例如加大进浇口尺寸, 将分浇道改为扇形、梯形等, 都可以降。随着计算机在各行各业中的广泛应用, 繁杂的数据处理可由计算机完成, 如可利用Excel 单元格中公式的相对和绝对引用, 利用填充柄可轻松完成经历各Dq后的温度计算工作, 为保证结果的精度, Dq应取较小值。

制品出现冷料斑
冷料斑是指制品浇口处带有雾色或亮色的斑迹, 或从浇口附近在制品表面出现的宛若蚯蚓的弯曲疤痕, 它也是聚碳酸制品常见的缺陷之一。

冷料斑的形成主要是由于进入模腔的熔体前锋在较薄的制品上摊开成为烟雾状的混浊斑痕, 或在保压压力过大使冷料继续挤进制品所致。冷料斑的形成严重影响了制品的外观质量, 而且影响后续工序中如喷涂或电镀的效果, 同时也降低了制品的力学性能, 因此在生产上必须解决。
解决方法有: ① 提高成型温度与模具温度, 能有效减少冷料的出现; ② 降低注射速度, 增加注射压力; ③ 同样考虑浇口的形式、大小和位置, 并开设冷料穴, 使前端冷料不要进入模腔。

制品内应力的消除

聚碳酸酯熔融温度高, 熔体粘度大, 流动性差, 冷却速度快, 使制品普遍存在很大的内应力, 使制品在储存和使用中出现翘曲变形、开裂, 零件无法正常装配。对聚碳酸酯零件进行热处理是消除或减少内应力的最简单可行的方法之一。具体方法如下: 将零件放入烘箱中, 随炉升温, 在100~105℃保温10~20min, 继续升温到120~125℃, 保温30~40min , 然后将制品随炉冷却至60℃以下取出。

总之由于聚碳酸酯材料的特殊性, 还会造成黑点、填充不好、熔接痕、透明度不好等很多缺陷, 总体来说应该从制品结构、模具设计、成型工艺和后处理等几个方面达到最佳状态, 来改善或者消除制品的缺陷。
聚碳酸酯的应用范围日益扩大, 应用前景也十分广阔, 很多制品由于它们各自的特殊性会出现不同的制品缺陷, 还需要我们继续总结、探讨。

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