聚苯硫醚PPS注塑成型工藝研究
聚苯硫醚樹脂(PPS)的推薦長期工作溫度為220～240℃。該材料具有良好的熱穩(wěn)定性，其力學性能在100℃、160℃和200℃下分別保持原始值的80%和60%左右。該材料在室溫下具有優(yōu)異的抗蠕變和抗疲勞性能。
該材料還具有優(yōu)良的耐酸、堿、鹽、有機溶劑和其他介質(zhì)的性能，但氧化性酸和強氧化性介質(zhì)除外，幾乎不溶于170℃以下的任何化學溶劑，特別適用于氫氟酸、鹵代烴和氯離子耐腐蝕的情況。
PPS是一種阻燃材料，氧指數(shù)為46～53，優(yōu)于大多數(shù)工程塑料。聚苯硫醚具有高電阻和低介電常數(shù)的電性能，并能在高溫高濕條件下保持良好的電性能。
此外，樹脂材料的機械性能不是很突出，是因為它與玻璃纖維、碳纖維、無機填料和固體潤滑劑具有良好的親和力，改性后效果良好，因此注射成型中使用的顆粒主要由各種纖維和無機填料改性和增強。
一、聚苯硫醚成型方法
1. 注塑成型
PPS采用注塑成型時其熔融速率通?？刂圃?0～150g/min(在343℃和0.5MPa下測量)并且大部分所用的碳纖維或填料需增強或化學改性；對于注塑成型所用的注塑機一般選擇螺桿注塑機，如圖1所示。在進行注塑時要求加熱溫度應達到200～350℃,注射壓力應達到50～150MPa。
模具加熱：在低模具溫度(低于90℃)下獲得的注塑制品結(jié)晶度較低一般為20%～30%，在較高的模具溫度(120～220℃)下，可獲得50%～60%的高結(jié)晶度產(chǎn)品；
注塑成型工藝的條件為：料筒體溫度控制在300～350℃,注塑壓力控制在65～130MPa，模具溫度控制在120～200℃,保壓時間控制在30～120h，成型收縮率約0.25%～0.75%。
2. 擠塑成型
PPS擠塑成型主要采用排氣式擠塑機如圖2所示。其工藝為：冷卻槽低于200℃;加熱器溫度300～340℃,加熱器與冷卻槽連接溫度320～340℃,模具溫度300～320℃。
3. 模壓成型
對于模壓成型首先需將樹脂粉末置于250℃以下預干燥2h，然后再將樹脂粉末與填料按一定比例混合均勻一起加入模具中經(jīng)過高溫熔融(370℃)一段時間取出并放置于冷壓機上進行冷卻處理；冷卻溫度時間取決于產(chǎn)品的厚度。
4. 噴涂成型
PPS噴涂成型通常以靜電粉末為主。在噴涂前需用油清潔金屬工件，噴砂時再進行化學處理，這樣有利于提高噴料與工件之間的粘著力。此外，噴涂前工件需進行熱處理，然后再用噴槍將聚苯硫醚粉靜電粉末均勻噴涂在待處理工件表面，待硬化后涂上涂層。
二、PPS注塑加工成型要點
聚苯硫醚(PPS)是一種新型功能性工程塑料，具有機械強度高、尺寸穩(wěn)定性好、優(yōu)異的加工性能，同時該材料本身還具有良好的耐熱性、阻燃性和優(yōu)異的耐化學腐蝕性等，是一種可在惡劣環(huán)境條件下長時間使用的特種工程塑料。
PPS純樹脂不適合注射成型，注射成型生產(chǎn)中使用的大多數(shù)塑料都是用于加工的改性塑料。PPS塑料堅硬易碎，落地時發(fā)出金屬聲，很容易引起應力裂紋。PPS熱變形溫度為260℃,熔點為280℃,根據(jù)上述特點在模具生產(chǎn)和注塑過程中的關(guān)鍵點如下。
(1) 注射壓力和注射速度對熔體、模具填充和產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。一般來說，注射速度越快，表面性能越好，但同時容易產(chǎn)生產(chǎn)品變形和易燃燒等缺陷，可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。
(2) PPS材料的結(jié)晶導致加工后壁厚和角度變化的零件中的應力集中，這將降低零件的強度，會導致尺寸變化，嚴重時會出現(xiàn)裂紋和其他缺陷，導致零件失效。因此，在設計塑料零件時，應避免零件壁厚的過度變化，并處理零件上角的圓角。除了提高零件的強度和硬度外，還有助于消除殘余應力并提高熔體處理的流動性。
(3) 退火處理的目的是提高工件的綜合機械性能和尺寸穩(wěn)定性，消除內(nèi)部殘余應力，獲得更好的均勻顏色外觀。
聚苯硫醚材料零件的退火溫度通常為180～240℃,退火時間為0.5～2.0h。退火溫度高，退火時間短；退火溫度低，退火時間長；較厚制品的退火溫度較高，退火時間相應延長；對在低模具溫度下形成的零件，采用較低的退火溫度。一旦工件達到退火時間時，必須隨加熱爐緩慢冷卻，以利于過程中消除內(nèi)部殘余應力。
(4) 在設計模具時，應考慮模具的高溫(加熱溫度應高于130℃)，模具鋼應經(jīng)45～60℃(HRC)熱處理硬化以減少玻璃纖維在模具上的磨損。模具必須充分通風，并在主通道出口的水端打開排氣槽，以避免充模不足和模具腐蝕。
聚苯硫醚成型后制品硬度大，成型收縮率小，故不能采用潛伏型澆口，可采用圓形、梯形或邊部型澆口，可考慮開設冷料井。模具澆口形式取決于聚苯硫醚制品的形狀。
(5) 與其他工程塑料相比成型工藝的條件要求不嚴格，并且設置了適當?shù)目諝庾⒛z成型溫度值?？刹捎酶咚俑邏撼尚?由于高速和高壓快速填充的高熔點不適合在注塑過程中使用，材料會與冷模具結(jié)合并快速硬化成纖維流動，因此無法用膠填充或表面異常粗糙)。
注射壓力速度還受到注塑機、模具和產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)的復雜性的影響，因此可以在試生產(chǎn)后確定。注射時間和保壓時間受產(chǎn)品尺寸、過程長度、澆口模式、注射速度等因素的影響，并通過試產(chǎn)決定。
三、PPS注塑成型工藝
干燥原材料
由于聚苯硫醚吸水率低，因此在加工前無法干燥。然而，如果原料長期放置在高溫高濕的開放環(huán)境中，則必須在150～160℃下干燥2～3h。
2. 成型溫度
聚苯硫醚成型溫度高，料筒體溫度280～360℃。在保證模具填充順暢和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，料筒外殼的溫度不應盡可能高，以防止氧化料筒外殼中橡膠的交聯(lián)甚至硬化。噴嘴溫度應單獨控制，以保持良好的橡膠流動，不會堵塞和流涎。
3. 注射壓力
注射壓力在50～200mm之間。為了確保產(chǎn)品的機械性能和尺寸精度，最好采用高注射力，尤其是對于具有復雜形狀的薄壁零件。
4.注射速率
注射速率快，產(chǎn)品表面光潔度高，強度也高，但注射速率過快會導致產(chǎn)品扭曲、燒傷等現(xiàn)象，注射速率控制勻速較佳。
5.螺桿轉(zhuǎn)速
螺桿速度可在50～200r/min之間，較高的速度可用于快速成型。此時，由于剪切速度高，膠料的溫升很大，必須降低桶體溫度。
6.保壓壓力
為了防止內(nèi)應力的產(chǎn)生，保存壓壓力應盡量低，滿足補縮便可，以制品不出現(xiàn)凹陷為準。
7.背壓
一定的背壓促進橡膠排氣和混合，以生產(chǎn)質(zhì)量相對穩(wěn)定的產(chǎn)品。通常背壓在0.5～1.5MPa范圍內(nèi)。對于干燥不良的材料，背壓可能更高。
8.成型溫度
PPS是一種結(jié)晶聚合物。成型的溫度直接影響產(chǎn)品的結(jié)晶度，從而獲得各種特征和尺寸精度。不同的模具溫度導致結(jié)晶差異很大，例如94℃時為8%，150℃時為48%。模具溫度高，產(chǎn)品結(jié)晶度也高，力學性能好，但存在收縮大、凹陷、變形、沖擊強度差等問題；反之模具溫度低，產(chǎn)品結(jié)晶度低，收縮小，尺寸再現(xiàn)性好(產(chǎn)品尺寸和模具尺寸的復制程度)，沖擊強度好，超聲波焊接性改善，但機械性能較差。因此，成型溫度應根據(jù)產(chǎn)品要求確定。
9.成型周期
由于聚苯硫醚是一種結(jié)晶聚合物，需要較高的模具溫度和較長的冷卻時間才能獲得良好的機械性能，以提高結(jié)晶度。對于厚壁產(chǎn)品，注射時間、壓力保持時間和冷卻時間比薄壁產(chǎn)品長。為了避免冷卻收縮和內(nèi)應力，復雜零件和薄壁產(chǎn)品的保壓時間也應適當延長。
10. 產(chǎn)品后處理
為了提高產(chǎn)品的性能，消除內(nèi)部應力并保持產(chǎn)品性能和尺寸的穩(wěn)定性，可以將產(chǎn)品放入爐中進行退火。條件通常為溫度200～260℃,時間2～4h。具體條件取決于產(chǎn)品的厚度和用途。厚產(chǎn)品需要很長時間，退火使產(chǎn)品再次結(jié)晶，從而結(jié)晶度提高，其性能也提高，但它會導致產(chǎn)品再次因收縮而改變尺寸，在模具設計中應考慮這一因素。
11.再生材料的使用
再生材料可以與新材料混合，比例取決于產(chǎn)品的性能要求。如果再生材料的比例較高，則產(chǎn)品的性能通常應降低不超過30%，以避免造成產(chǎn)品性能和質(zhì)量的顯著下降。
12.停機處理
由于聚苯硫醚對金屬有很強的粘附力，加工后附著在桶體和螺桿上的聚苯硫醚材料必須在停機前清潔，否則冷卻后膠料會牢固粘附在螺桿上，影響下次或其他材料的生產(chǎn)。通常高密度聚乙烯(HDPE)可用于清潔；為了縮短時間，可以先用玻璃纖維材料清潔，然后用HDPE材料進行清洗，這樣清潔效果更好，但價格更高。
在生產(chǎn)過程中成型需停運一段時間，必須排出整個筒體的膠料，筒體溫度必須降至270℃以下，由于熔融材料在高溫條件下長時間加熱會分解并釋放有毒氣體，因此生產(chǎn)現(xiàn)場必須注意通風。
綜上，聚苯硫醚是一種結(jié)晶性樹脂，其特征是模具收縮的沖擊強度增加或降低、長期熱變形溫度、表面硬度、抗蠕變、耐熱性和耐水性，所有這些都受到結(jié)晶度的影響。因此，成型過程中應適當控制模具溫度，模具溫度應為50～180℃，最好在120～160℃之間。在模制產(chǎn)品的表面狀況較差，沒有光澤或尺寸穩(wěn)定性較差，使用時剛性不足，可以考慮將模具溫度提高160℃以上。