聚苯硫醚注塑成型技术

陈金亭

（天津市合成材料工业研究所，天津 300220）

1 概述

聚苯硫醚又称聚次苯基硫醚（PPS），PPS 的结构比较简单，分子主链由苯环和硫原子交替排列，大量的苯环赋予PPS 以刚性、大量的硫醚键又提供柔顺性。分子结构对称，易于结晶，电性能好，PPS 吸水率极小，一般只有0.03%～0.05%，纯PPS 是一种高结晶度，硬而脆的聚合物，一般使用时都进行改性。具体改性品种有碳纤维增强、玻璃纤维增强、无机填充、与其他工程塑料共混等[1]。

PPS 的特性：1、阻燃性：PPS 阻燃性非常好，达到UL94v-0 级；2、加工性能十分优异：是具有高刚性的结晶聚合物，其流动性好，结晶速度快，成型周期短，而且制品切削加工、熔接、粘接、锡焊等二次加工性也非常好；3、耐热性能优异：其热变形温度达到260℃，可以在200～240℃以下长期使用。短期耐热性和长期连续使用的热稳定均优于目前所有的工程塑料；4、电性能优异：PPS 树脂具有很高的表面电阻率和体积电阻率，介电常数和介电损耗角正切值又比较低,即使在高温、高湿、高频条件下仍具有优良的电性能。其体积电阻率和表面电阻率变化极小，介电常数几乎不随周波数和温度变化；5、机械性能良好：表面硬度高，刚性极强，并具有优异的耐蠕变性和耐疲劳性。在高温高载荷下仍有优良的耐蠕变特性，对于循环应力也显示出优良的耐疲劳特性；6、优异的耐化学药品性：在200℃以下未发现可以溶解PPS 的溶剂，对无机酸、碱和盐类的抵抗性也很强。PPS 制品在大多数酸碱环境状态下工作时，尺寸、性能非常稳定；7、耐磨性突出：PPS 树脂耐磨性非常好，加入碳纤维和氟塑料，可以大幅度提高耐磨性和润滑性；8、良好的尺寸稳定性：PPS 成型收缩率非常小，吸水率极低，在高温高湿载荷下仍具有良好的尺寸稳定性；9、良好的耐辐射性：PPS 树脂即使在比较强的γ 射线照射下其物理性能也非常稳定；10、良好的焊锡耐热性：PPS 制品可以在260℃焊锡槽中浸蘸10 s，比较适用于电子部件的表面封装技术。

PPS 应用领域[2，3]：电子电器：用于广泛制造线圈架、接线器、插座、继电器、马达壳、电容器等；汽车工业：点火器、轴承支架、风扇、反光镜、加热器、齿轮箱等；仪器仪表：计时器、传速器、传感器、仪表壳体、热风筒等；机械工业：泵壳、叶轮、风机、齿轮、法兰盘、管件、孔板、密封环、垫等；航空工业：飞机行李架、座椅骨架等。

2 PPS 注塑成型工艺

PPS 是一种综合性能十分优越的高分子材料，它所具有的优良的加工性能、可以注塑成型，使其在特种工程塑料制品中被越来越广泛应用[1]。

2.1 模具的设计

2.1.1 圆角

由于PPS 树脂是脆性结晶性树脂，成型品在尖角处容易有应力集中现象，导致制品开裂变形，因此在设计模具时，尽量不出现尖角、直角，而采用角R设计。对于薄壁及不等壁制品，可以通过增加加强筋，提高刚性，防止制品变形。同时设计时使成型品的厚度尽量均匀一致。

2.1.2 浇口

浇口可采用针点式、隧道式、侧浇口，由于PPS制品一般采用玻璃纤维增强且成型收缩率小，树脂硬度大，所以注塑成型时不适于使用潜伏性浇口。通常情况下浇口直径要大些，最好选取1mm～1.2mm。

2.1.3 流道

为了方便的脱模，流道的侧壁必须光滑，流道形状为锥形、圆形、梯形，有一定的锥度2～3 度。主流道为锥形，分流道为梯形或圆形，在主、分流道末端设置冷料。

PPS 树脂成型收缩率小，而树脂硬度大，为便于脱模，模具应选用稍大的脱模角。

2.1.4 排气槽

如果模具排气不充分产生内气泡则会导致制品性能下降，光洁度差，熔合缝强度低下，注射不满及制品烧焦等问题，所以为了得到优良的PPS 制品，必须在模具上开设排气槽。

2.1.5 模具温度控制

PPS 增强料，一般的模具温度要求达到125℃～150℃，采用热水循环加热已经满足不了模具的要求，通常模具加热使用电热棒（板）进行温度控制，同时在定、动模上也要安装加热装置，并在模具与动、定模板之间加装石棉隔热板。

2.2 物料预干燥

为了得到外观良好的制品，防止流涎，预干燥条件要保持一定，且成型机内的滞留量一定要恰当，尽可能避免中途变更成型机容量。推荐干燥条件为120℃～140 ℃，2～3 h。

2.3 推荐的注塑成型工艺条件（见表1）

表1 推荐的注塑成型条件

2.3.1 模具温度

模具温度对产品性能影响非常大，当成型时、模具温度较高时制品表面光洁度好、耐热性增加、弯曲模量增加、表面硬度高、耐蠕变性好等优点，但是它的弯曲强度、拉伸强度又有所降低。为了使制品尺寸稳定，外观光滑，建议模具温度125℃～150℃。

2.3.2 料筒温度

PPS 熔融温度285℃左右直到分解这个温度范围很宽，因此PPS 在加工过程中很少出现物料分解等情况，PPS 注塑加工温度要求也不是很严格，然而温度过低则树脂塑化不好，注塑时容易出现分层、产生熔合痕，而且机筒、螺杆磨损会增大。如果料筒温度太高，物料就会出现部分分解碳化，导致物料变色，为了防止物料分解使机筒产生气体及内压力，树脂温度不得高于360℃，在机筒内物料停留时间原则上不高于0.5h，在保证流动性的前提下，尽量降低机筒温度，减少物料变色，推荐机筒温度280℃～320℃。

2.3.3 注射压力

一般注射压力愈高，得到的PPS 制品越优良，外观愈美观，但是注射压力太高，则制品容易出现飞边、翘曲，一般选择60～80 MPa。

2.3.4 注射速度

注射速度越快，一般获得的制品外观越良好，但是容易使成型品发生烧焦、翘曲等现象，因此一般情况下，使用中等注射速度。

2.3.5 螺杆转速

螺杆转速一般设定为40～100rpm，当转速高于200rpm 时，容易造成玻纤断裂，影响制品性能。

2.3.6 制品的后处理

为了提高产品的结晶度，消除内压力，保持产品尺寸稳定，在条件允许的情况下，可以将制品进行退火处理。处理温度：160～180℃，处理时间：4～16 h。

2.3.7 回料的使用

在实际注塑成型时，经常遇到回料的使用问题，回料因为玻璃纤维断裂等原因，耐热性能下降，材料变色，所以建议使用量尽可能控制在25%之内。

3 注塑成型加工中遇到的问题、解决方法

表2 为加工中遇到问题产生原因和处理（解决）方法。PPS 拥有十分优良的综合性能，优越的加工性，良好的流动性，其加工温度范围宽、熔融流动性好，容易填充模具，成型收缩率低，尺寸稳定，具有高刚性、高抗蠕变性[5]。关于注塑成型加工中遇到的问题及解决方法详见表2。因此，只要掌握好增强聚苯硫醚的工艺特性，采用合理的注塑工艺，就会注塑出优质、完美的成型制品。

4 结语

聚苯硫醚作为第六大工程塑料，与其它同等耐热性特种工程塑料比较，不仅价格低，而且具有耐焊锡性，耐辐射性，以及优越的加工性。PPS 树脂的应用已从要求非常严格的电子领域开始向各个领域发展，其产品已经在核工业、航天、汽车、化工、机械等行业广泛应用，目前我国聚苯硫醚市场发展正处于高速增长期，聚苯硫醚产业发展进入了一个黄金时期。探讨、开发、提高、解决好聚苯硫醚的注塑成型技术对扩大聚苯硫醚的应用领域，生产出高性能、高品质、美观的聚苯硫醚成型制品是非常必要的。

表2

［1］吕新荣.塑料注塑技术手册[M].香港生产力促进局,1994.

［2］管从胜，等.聚苯硫醚涂料及应用[M].化学工业出版社,2007,5,1.

［3］杨杰.聚苯硫醚树脂及应用[M].化学工业出版社,2006,1,1.

［4］樊新民，车剑飞.工程塑料及应用[M].机械工业出版社,2006,4,1.

［5］吴忠文，方省众.特种工程塑料及应用[M].化学工业出版社,2011,11,1.