聚碳酸酯(英文简称PC),又称PC塑料;是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低,从而限制了其在工程塑料方面的应用。聚碳酸酯是一种强韧的热塑性树脂,其名称来源于其内部的基团。可由双酚A和氧氯化碳(COCl2)合成。现较多使用的方法为熔融酯交换法(双酚A和碳酸二苯酯通过酯交换和缩聚反应合成)。双酚A和碳酸二苯酯反应原理:
PC工程塑料的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业,其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等。PC可用作门窗玻璃,PC层压板广泛用于银行所和公共场所的防护窗,用于飞机舱罩,照明设备、工业安全档板和玻璃。
PC板可做各种标牌,如汽油泵表盘、汽车仪表板、货栈及露天商业标牌、点式滑动指示器, PC树脂用于汽车照明系统,仪表盘系统和内装饰系统,用作前灯罩,带加强筋汽车前后档板,反光镜框,门框套、操作杆护套、阻流板、PC被应用用作接线盒、插座、插头及套管、垫片、电视转换装置,电话线路支架下通讯电缆的连接件,电闸盒、电话总机、配电盘元件,继电器外壳。PC可做低载荷零件,用于家用电器马达、真空吸尘器,洗头器、咖啡机、烤面包机、动力工具的手柄,各种齿轮、蜗轮、轴套、导规、冰箱内搁架。PC是光盘储存介质的理想材料。
PC瓶(容器)透明、重量轻冲性好,耐一定的高温和腐蚀溶液洗涤,作为可回收利用瓶(容器)。PC及PC合金可做计算机架,外壳及辅机,打印机零件。改性PC耐高能辐射耐蒸煮和烘烤消毒,可用于采血标本器具、血液充氧器、外科手术器械、肾透析器等、PC可做头盔和安全帽、防护面罩、墨镜和运动护眼罩。 PC薄膜广泛用于印刷图表、医药包装、膜式换向器。
聚碳酸酯的应用开发是向高复合、高功能化、系列化方向发展,已推出了光盘、汽车、办公设备、箱体、包装、医药、照明、薄膜等多种产品各自的品级牌号。
聚碳酸酯树脂的特点:
耐冲击性佳
高度透明性
使用温度范围广: -40到120
精密成形性能佳、成型尺寸稳定
超高自熄性能
超耐候性
电气绝缘特性
PC树脂的成形和干燥条件
PC树脂一般通过热可塑成形方法(射出成形、射出压缩成形、挤出成形、吹塑成形、拉拔(Pultrusion)成形等)进行成形。具有代表性的成形方法是射出成形。因PC树脂的高分子链包含了碳酸酯键,当与水分共同被加热时,会发生加水分解,这样,除了会见到伴随着物性、尤其是分子量的降低而导致耐冲击强度降低外,外观上也会产生银条(银纹)或空隙(气泡)等,因此,在成形前必须进行干燥。具体来说,建议在120℃的条件下热风干燥4~5小时以上,使得粒子中的吸水率处于0.015~0.020%以下。
如果将PC树脂与通用的透明材料的无机玻璃进行比较,虽然在硬度、弹性率、耐热性、耐溶剂性等方面处于劣势,但是具有比重小、可以通过射出成形或挤出成形进行简单地成形、不会轻易就裂开、上色容易等这些树脂才有的优点。
另一方面,如果和代表性透明树脂的树脂(PMMA树脂)比较,如下表所示,PC树脂在耐冲击性、耐热性、吸水率(因吸水尺寸变化的指标)、进而在自我灭火性方面更胜一筹,但在高透明性这一点上,PMMA树脂则更好。
另外,PC树脂因为在分子结构中有苯环(吸收近紫外光),有时会因为长期暴露在日光等含有紫外线的光中而出现泛黄或脆化。进而,在有些成形条件下,会明显出现光学上的异向性,另外,因为高分子链的重复单位(单体单位)的结构中拥有碳酸酯键(-OCOO-),在碱性或湿热条件下使用,会因为加水分解而使得性能降低,在这一点上也必须注意。
树脂 | 耐冲击性1) (J/m) |
负荷挠曲温度2) (°C) |
吸水率3) (%) |
---|---|---|---|
PC树脂 | 640~960 | 121~132 | 0.15 |
PMMA树脂 | 11~21 | 68~100 | 0.1~0.4 |
1) IZOD冲击强度 ASTM D256A (1/8 inch, 带槽口)
2) ASTM D648 (1.82MPa)
3) ASTM D570 (24小时、1/8 inch)
现在,按照PC树脂射出成形的条件要素,对基本的考虑方法进行说明。
成形温度:一般设定为260~320℃。成形温度越高熔融树脂的流动性越好,在模具内的填充性(尤其是对肉厚薄的部位的填充性)也越好。但与此相反,还应考虑成形周期,也就是树脂在成形机料管内的滞留时间,必须尽量缩短滞留,将树脂的热劣化降低到限度。
成形压力:关于射出压力和保持压力,在成形品不发生缩水(冷却时因为收缩而产生凹陷的现象)或气泡(成形品中的空隙)等情况下,**尽可能设定低一点,但是,反过来,如果不将压力升高到一定程度,熔融树脂的流动性会不够充分,发生无法将模具内充填满的现象。从获得良好的成形品的观点出发,若要缩小成形收缩(相比模具的尺寸,成形品收缩变小的现象),要提高成形压力,但与此相反,从减少成形品的残留应力或确保脱模性的观点来说,则**是尽可能设定为低压。
射出速度:如果加大射出速度,流动距离会因此,成形品的厚度越薄,越需要大的射出速度,但与之相对,越是这样,流痕(残留在成形品表面的流动痕迹)和毛边(在模具的缝隙间树脂稍许溢出的现象)等不良越容易发生。需要针对于成形品的形状,对射出速度进行多段控制,以便同时对填充性和表面外观这两个方面进行控制。
模具温度:PC树脂射出成形的模具温度,标准为70~120℃。当模具温度低时,除了会发生填充不足、流痕等外观不良外,还容易发生成形应变(成形品内部的残留应力。这种情况发生严重的位置,会成为机械强度降低和光学性不均一的原因。)相反,如果过高,会容易与模具密着(紧贴),从而容易发生脱模不良或脱模后的变形。