PPS注塑加工工艺及应用

1、聚苯硫醚英文名称 Poly phenylene sulfide，简称PPS,是种新型的工程塑料，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

2、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127C，熔点 为286C,热变形温度260C,在空气中430

3、-460C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 220-240C。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200C以下不溶

4、 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

5、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

6、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

7、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 3-6mm,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7-10m m。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

8、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290-330C,模具温度为130-180C,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140-150C为基准，选用合适的合金材料，女口 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

9、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

10、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130-180C，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

11、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150-160C，时间2-3H。2、成型温度PPS的成型温度较高，机筒温度在280-360 C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

12、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 94C时

13、结晶为8%,而150C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

14、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200-240C, 24H，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

15、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270C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

16、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着的部位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