具有重要商业应用价值的PC是由双酚A衍生而来的,这种单体是由苯酚和丙酮在酸性条件下反应制得的。使用的其他单体还有碳酰氯和二苯基碳酸酯[1]。所得注射成型级PC的相对分子质量为25000~35000,其在Tg下的自由体积高于通常情况下的其他聚合物,因而其在很宽的温度范围内都有阻尼性。一定程度的结晶使其具有很高的韧性,这可能是大量气体可以在Tg左右的低温下溶于PC自由体积的原因所在。PC的冲击强度取决于厚度,其还具有优异的耐蠕变性和光学性能,热变形温度范围为130~143℃。
PC用注射模具必须要能够承受很高的成型温度,能够成型高熔体黏度的材料,即使富气体熔体的黏度有一些下降,但微孔成型大幅度降低了型腔压力(见下面实例研究中的数据)。
PC熔体牢牢粘附于金属上,而且如果可以在机筒内冷却,会因收缩而从机筒壁上拉下几片金属来。因此,微孔注射成型时需要停机清洗机筒中的PC。
PC加工前也需要干燥。树脂中未得到恰当干燥的残余水分会在成型温度下与树脂进行化学反应,降低其相对分子质量,进而使韧性和冲击强度下降。
一般来说,PC是一种易于使用的微孔注射成型非结晶性材料,冷却后几乎不结晶,没有观察到后结晶现象[1],这是PC易于微孔发泡的一个重要特性。图3-3所示为微孔注塑件表层-芯层结构的典型SEM图片,取自未填充PC的横截面(标尺为1mm)[33],所用发泡剂为N2。试样厚度为3.7mm,表层厚度为0.65mm,平均泡孔尺寸为45μm。芯层泡孔小,表层附近泡孔大(除加工缺陷产生的一两个大空隙外)。成型条件如下:模具温度71℃,熔融温度304℃;压力降速率(dp/dt)1.7×1011Pa/s,减重13%。
Hwang等人已经研究了N2发泡的PC微孔注塑件的力学性能[34]。结果表明,其韧性高于未发泡注塑件。微孔成型条件对PC注塑件的影响总结如下:
1)熔融温度升高时,拉伸强度和韧性提高。
2)模具温度升高时,拉伸强度提高,韧性下降。
3)熔融塑化压力升高时,拉伸强度提高,韧性下降。
4)注射量增加时,拉伸强度提高。
作为研究实例的用(质量分数为20%)和不用玻璃纤维增强的Lexan®树脂是微孔注塑件常用的Lexan®树脂。所选结果在下面的实例中进行讨论,将微孔注塑件与未发泡注塑件的性能变化进行比较。这些研究实例是高黏度非结晶性材料以及填充与未填充材料之间差异的典型参考数据。设备和实验条件与上述PBT实例研究相同。
1.成型加工
未填充PC(Lexan®940A-116)传统注射成型的工艺条件是:机筒温度293~310℃,模具温度约为49℃,熔体背压约为6MPa。微孔成型时熔体背压为18MPa,注射量小于不发泡成型。
填充PC(Lexan®3412R-739)传统注射成型的条件几乎与未填充PC相同,两者之间的结果更具可比性。
微孔成型减重25%时,未填充PC的型腔压力降低46%,而填充PC可实现的最大减重为15%,最大型腔压力下降45%。
此外,微孔成型时,未填充和填充PC的最大注射压力都下降了大约13%。
已经在低熔融温度下成功实验了未填充PC的微孔成型。后三段的机筒温度下降28℃;熔融温度为220℃,而传统注射成型为251℃。
在未达到螺杆的最大扭矩时未填充PC微孔成型可实现的最低熔融温度为283℃,而传统不发泡成型为310℃。
2.收缩率
减重幅度加大时,未填充PC树脂的收缩率稍有增大,减重25%时发泡试样的收缩率提高了4%。而填充树脂的收缩率随减重幅度的提高而下降。不同熔体温度时填充PC试样的收缩率没有统计误差。(www.daowen.com)
3.阻燃性能
未填充和填充PC制备的所有矩形板都通过了5-V阻燃标准测试。PC微孔注塑件和未发泡注塑件之间没有显著差异。
4.热性能
对未填充和填充的PC树脂来说,减重幅度加大时,热导率都会下降。减重25%时,热导率下降26%,说明发泡提高了其隔热性能。但是,机筒温度不同时未填充和填充PC的热导率没有太大的差异。
5.流变性能
未填充PC树脂的流变性能受注射成型工艺的影响,微孔成型时黏度值大幅度下降。
与预测的增强材料一样,填充PC树脂的流变性能受注射成型工艺的影响显著,而微孔成型时材料的黏度平均下降12%,螺杆设计、背压和停留时间都会使其流变性能大幅度下降。
6.动态力学分析
与其他力学实验类似,动态力学分析(DMA)表明微孔成型使未填充PC的弹性模量下降了21%,而填充PC下降了19%。发泡和未发泡时玻璃化转变温度几乎都没有变化。
7.弯曲性能
未填充PC的弯曲模量随减重幅度的加大而下降。减重25%时微孔注塑件的弯曲模量比未发泡注塑件下降28%。
微孔发泡的填充PC矩形板在减重22%时弯曲模量下降了17%。降低熔融温度会稍微提高发泡试样的弯曲模量(下降7%)。
8.拉伸性能
未填充PCMuCell®工艺注塑件的弹性模量下降了38%(减重25%时)。
填充PC微孔注塑件(减重22%时)的弹性模量下降了31%,降低熔融温度对保持拉伸性能没有影响。
9.冲击性能
填充PC发泡注塑件(厚3.7mm)减重22%时总冲击吸收能量下降29%,减重10%时则不受影响。降低熔融温度减少了试样冲击吸收能量的下降(6%)。微孔成型对冲击吸收能量的影响更大,对2mm厚的薄注塑件来说,减重10%时总冲击吸收能量下降了33%。
10.表面缺陷
未填充PC薄壁注塑件起泡,而相同壁厚的填充注塑件则不起泡。这说明填充PC中存在的玻璃纤维大大促进了成核,解决了造成表面起泡的相分离问题。
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