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产品信息 -产品介绍-

iupilon/Novarex/Xantar

基础物理性能表/標準成形条件表


基础物理性能表/標準成形条件表


基础物理性能表/標準成形条件表
  • 物理属性篇
  • 注塑篇
  • 产品设计

Iupilon/NOVAREX/XANTAR是三菱工程塑料株式会社研究开发成功的聚碳酸酯,在市场上已有好多年历史。 被广泛地用于各种工业生产,如运动器械、医疗器械、汽车部件、光学仪器、机械、办公自动化设备和电子设备,获得了客户的广泛信赖和支持。 三菱工程塑料株式会社以自身力量研发成功的同时更提供了高端的技术服务和丰富产品技术资料。

特点:

  • 耐冲击性佳
  • 高度透明性
  • 使用温度范围广: -40到160
  • 精密成形性能佳、成型尺寸稳定
  • 超高自熄性能
  • 超耐候性
  • 电气绝缘特性佳

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。

PC树脂与其他透明材料的比较

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丙烯酸树脂(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640~960121~1320.15
PMMA树脂11~2168~1000.1~0.4

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)

出典: プラスチックポケットブック(㈱工業調査会、2003年全面改定版)

PC树脂在射出成形时应考虑的事项

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。

  1. 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最小限度。
  2. 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,最好尽可能设定低一点,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,则最好是尽可能设定为低压。
  3. 射出速度:如果加大射出速度,流动距离会增大。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。
  4. 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。

上述说明的成形条件要素,每一项都有与之相反的要因,因此,最好是根据成形品的用途和性能等考虑形状和尺寸,以及进行模具设计(例如:流路设计、成形收缩的考虑等)。详情请参照刊载在本公司Website上的详细的技术资料。
另外,作为对产品和模具设计的技术支援,对于广泛应用在射出成形品的设计上CAE(Computer Aided Engineering)也请进行咨询。

PC树脂成形品开裂的原因

根据我公司所掌握的情况,PC树脂成形品开裂问题的原因大致可分为:成形时的分子量低下(40%)、与药品接触(40%)、经时劣化(10%)、款式或设计不当(5%)、其他(5%)。下面说明主要原因。

  1. 成形时的分子量低下:材料干燥不足、成型机料管内的滞留导致劣化(包括成型机、成形条件的选择不良)、异树脂混入等。
  2. 与药品接触:油、脂、印刷油墨、涂料、天那水、碱性药品等。其中碱性药品、酒精类、高温酚类会导致高分子链的碳酸酯键断裂而使分子量低下。此外,芳香烃(苯、甲苯、二甲苯等)和氯代烷烃(二氯甲烷、三氯甲烷等)会导致PC树脂溶胀或溶解。
  3. 经时劣化:高温高湿环境或与蒸汽长时间接触、耐候劣化、热冲击(急剧的温度变化)等。
  4. 款式或设计不当:应力集中在锋利的边缘部位、嵌件部的应力、熔接线(多股熔融树脂汇聚的部分。通常为强度下降的部位)的应力等。

PC树脂的成形应变的影响和对策

一般来说,射出成形品,根据以往经验可以知道,在浇口(树脂从流路流入成形品主体的入口部位)的附近、成形品的边缘部位、产品肉厚变化大的部位等,残留应力会比较大。因为聚碳酸酯树脂(PC树脂)是熔融流动性比较差的材料,这一点必须注意。另外,因为是非晶性树脂,如果油脂类、油墨或涂料、天那水等溶剂接触成形品的残留应力大的位置,会导致产生裂纹(Crack;龟裂)。

作为消除成形品残留应力的手段,可以用比PC树脂的玻璃转化温度(Glass transition temperature;简写为Tg。约145℃)低20℃左右的温度加热,然后在该温度上保持一定时间,之后慢慢冷却到室温进行操作。这种方式一般称为退火(Anneal;退火)处理。本公司的PC树脂产品,退火条件的标准是温度120~125℃,1~2小时左右。在考虑的时候,如果是单纯的形状、且肉厚比较薄的成形品,则短时间即可,但如果形状复杂或肉厚比较厚的情况下,则可能需要进行2~3小时退火处理。

PC树脂的再生・再利用

关于本公司的PC树脂产品的再生材料的使用,建议相对新材料混合20~30%使用。随着再生材料的比例增大,或者反复进行再生,会出现明显的分子量降低、黄变度增加、全光线透过率等降低的现象。此外,对于添加有玻璃纤维等强化材(填充物)的强化级牌号材料,这种填充物会因为反复再生而破碎,从而使得机械强度降低。

【解说】 关于结晶性树脂和非晶性树脂的特征

(1)什么是高分子的结晶化

所谓高分子(这里因是原理的说明,以线状高分子为前提。)的结晶化,与低分子的结晶(例如:砂糖)或离子性物质的结晶(例如:食盐),其分子或离子规则性地排列并构成结晶的现象(参照图1)不同,是当给予了某种条件,例如,在射出成形时熔融状态下的冷却条件,或溶液状态下的浓缩条件等的情况下,链状的高分子会部分集合,部分朝向同一方向排列并成束的现象(参照图2)。此外,当高分子发生了结晶化时,结晶区域以外的具有不固定的分子配置的非晶领域通常是会共存的。


【图1】 低分子或离子性物质的结晶模式图(单纯立方格子举例);
蓝颜色表示分子或离子,灰色表示结晶格子(假设性的概念)。
同一结晶格子有规则地逐个排列在X, Y, Z轴方向上。

【图2】结晶性树脂的模式图;
蓝色表示结晶区域,灰色表示非晶区域。在结晶区域,高分子链在同一方向成束,在非晶区域,高分子链呈不固定的配置。

无论是哪一种结晶化,都具有分子、离子或高分子链的重复单位(单体单位),想要将分子间力或离子键作为驱动力,在热力学上取得最稳定的配置的现象这一共同点。但是,高分子的话,因单体单位被高分子键束缚,与聚合前的单体(低分子)相比,具有取自由配置的可动性降低这一本质上的差异。该高分子特有的分子的可动性降低,是非晶区域残留的原因。并且,结晶区域的比率(“结晶化度”)和各个结晶区域的大小(“结晶尺寸或微晶尺寸”)很大程度上依存于成形条件。

高分子在熔融或溶液状态下,高分子链基本上是非晶性的,但是,随着冷却或浓缩的增进,分子间力(引力)的效果变得显著,从而推进了结晶化。但是,高分子无论是在熔融还是在溶液状态下,都具有随着冷却或浓缩的增进,粘度变得远远大于低分子类的另一个特点。由于该粘度增大的效果,在实际中往往会出现在结晶化进行之前已发生凝固。因此,一般情况下,要慢慢地进行冷却或浓缩,通过延长高分子链再配置的时间,使得结晶化度提高。类似聚碳酸酯树脂(PC树脂)或聚苯醚树脂(PPE树脂)那样的非晶性树脂,因结晶化缓慢,可以认为是在非晶性的容易凝固的材料。

(2)高分子结晶区域的性质

结晶区域因为很强的分子间力从而形成了紧密的结构,因此,与非晶性区域相比,一般显示出高的热软化温度和弹性率、低的线膨胀系数和吸水率(也就是由温度或湿度引起的尺寸变化低)。其中,关于热软化温度,在非晶区域,和单体单位构造的刚性(分子链段的可动性或柔软性的大小)相关的玻璃转化温度(Glass transition temperature;简写为Tg)大致相同,而在结晶区域,与比Tg更加高温的融点(Melting temperature;简写为Tm)大致相同。

因此,对于树脂成形品来说,一般情况下使得结晶化度增大时,上述的物理性质会向好的方向发展。但是,分散在非晶区域中的结晶区域,因由于弹性率差值,受到外力作用时会变成应力集中点,因此一般情况下会由于结晶化程度的增大,树脂成形品的韧性降低,向脆化的方向发展。此外,当结晶化度相同时,可通过缩小结晶尺寸对韧性进行改善。

(3)高分子的非晶性区域的性质

如果把很硬同时难以融化的结晶区比作填充物(Filler,填充的强化材料)的话,那么非晶区就是相当于连续相的树脂基体(Matrix)。非晶区域的热性质,受上述Tg决定,但在机械上的物性方面,理解韧性(强韧度)非常重要。

在温度小于Tg的低温情况下,受到外力(拉伸、弯曲、压缩、扭转等的作用力或重力导致的自重变形)的非晶区域,首先会产生可逆性的弹性变形。这种情况,是一种在复原范围内如果清除外力就会复原的比较小的变形,例如无机玻璃那种硬且脆的材料也可以观察到类似的现象。对于非晶领域的韧性,从分子的角度上,是指超出了弹性变形的范围,并且与不可逆变形的程度有一定的依存关系。这种塑性变形的本质,是由于粘性流动,也就是相互缠绕的高分子链一边非可逆性地偏移,一边逐步改变配置,同时将外力的能量作为以热的形式散失,材料整体在断裂的过程中逐渐变形的过程。

塑性变形到断裂的契机,是从微小的裂纹(龟裂)或气孔(空隙)而产生。在假定理想的非晶区域,也就是在不存在任何异物和不均质构造(结晶区域或粗密的波动)等而引起应力集中的情况时,裂纹或气孔的产生的原因,可以认为有下述3点引起的:①高分子末端、②高分子键的相互缠绕的波动、③高分子键断裂,无论哪一种,分子水平的非常微小的变化或者波动都会成为产生气孔的根源。这3种因素中,①和②分子量越大气孔的产生越受到抑制。这是因为分子量越大(越长),每单位重量的分子末端数会减少,并且,缠绕会变得难以解开(例如:可以从烫煮好的面越长,则全体变得越难解开类似)。也就是分子量越大,在韧性方面则越有利。

关于上述③的高分子键的断裂,可认为与上述②的缠绕的观点也有关联,但是,高分子链的硬度(单体单位构造的刚性)是一个重要的因素。也就是说,当高分子链柔软时,虽然不会消除相互的缠绕,但是容易随着整体性的变形而运动,但是当分子链刚性较高时,则因为链段的可动性降低而无法响应变形,作用力容易集中在缠绕点上,导致高分子键容易发生断裂。高分子链的刚性,其越大非晶区域的弹性率越大,作为热性性质,虽然会使得上述Tg上升(提高热软化温度),但会带来熔融流动性降低(熔融粘度上升,成形性恶化)的影响,为了提高熔融流动性而缩小分子量,又会出现上述所说的韧性上的不利,可以说是实际使用时会引发相反的复杂作用。

(4)结晶性树脂和非晶性树脂

线状高分子,如果选择冷却条件,基本上具有结晶化的能力。但是,通常所说的“结晶性树脂”,是指在射出成形或挤压成形等通常的成形条件下,在保证实用性的前提条件下,结晶过程能够进行,同时能得到各方面物性比较平衡的树脂。与之相反,所谓“非晶性树脂”,是指在这种成形条件下,几乎不会结晶化的树脂。

作为“结晶树脂”的工程塑料,可以列举出PA树脂、POM树脂、PBT树脂、聚对苯二甲酸乙酯树脂、聚苯硫醚树脂等,具有良好的熔融流动性及耐药品性,利用玻璃纤维等填充物具有很好的补强效果(提高弹性率、强度、耐热性的效果)等特点。

作为“非晶性树脂”的工程塑料,可以列举出PC树脂、PPE树脂、聚芳酯树脂等,具有拥有透明性、低异向性和低成形收缩等特点。

产品信息

  • ポリカーボネート樹脂(PC樹脂)ユーピロンノバレックスザンター
  • ポリブチレン テレフタレート樹脂 (PBT樹脂) ノバデュラン
  • ポリアセタール樹脂(POM樹脂)ユピタール
  • 変性ポリフェニレン エーテル樹脂(m-PPE樹脂)ユピエースレマロイ
  • 高性能ポリアミド樹脂(PA樹脂)レニー
基础物理性能表
由插图看具体用途范例
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