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PC·聚碳酸酯·无定形

聚碳酸酯(PC)是性能组合最极端的工程塑料:像玻璃一样透明,但抗冲击性比玻璃高达250倍,可承受高达135°C的连续温度,并可通过注塑成型实现光学细节。 它是CD/DVD、可重复使用瓶子、摩托车头盔、防弹玻璃、汽车前照灯以及成千上万种透明度不可妥协且抗冲击性也不可妥协的产品的材料。

但这种组合是有代价的:它非常吸湿(湿气会灾难性地降解它),对常见化学品的应力开裂敏感,BPA的阴影已经跟随它20年,尽管监管机构(FDA、EFSA)继续批准它用于食品接触。在这里我们汇编了PDS的参考范围,再加上车间反复出现的问题:如何正确干燥、为什么在阳光下黄变、何时PC/ABS有意义,以及为什么汽车LED前照灯能用这么久。

在评论中分享您的经验——范围因光学/医疗/工业等级而异,集体讨论才是车间脱困之道。

这些数据表中显示的范围由 MVPS 团队根据各种参数表和文献整理而成,涵盖了每种材料类型的下限和上限。

在制定注塑工艺时,必须仔细核对这些信息。最终范围和加工公差由负责工程师承担责任。

不建议使用这些范围来制定特定的工艺公差。MVPS 始终建议索取并参考供应商的数据表。

一般性能

化学结构无定形
比重(密度)1.2:1
长径比 (L/D)15 – 20:1
压缩比2 – 3:1
锁模力系数6.18 – 7.72kN/cm²
热扩散率0.1496mm²/s
最大剪切速率40,0001/s
收缩率0.5 – 0.7%
回料20%
热变形温度 (HDT) @ 1.82 MPa141°C
玻璃化转变温度 (Tg) @ 10°C/min146°C
维卡软化点 @ 50N135°C

干燥

干燥温度110 – 121°C
干燥时间2 – 4h
建议含水率0.02%
建议干燥机类型除湿
露点-40°C

温度

熔体温度 (Melt)277 – 338°C
喷嘴249 – 321°C
前段291 – 321°C
中段271 – 302°C
后段249 – 282°C
脱模82 – 110°C
模具(冷却)66 – 99°C
进料喉部35 – 79°C

工艺参数

背压3.1 – 10.3bar
螺杆转速40 – 70RPM
注射速度低–中
料筒占用率30 – 80%
注射压力1,200 – 1,450Pbar
保压压力300 – 1,160Pbar
缓冲垫6.4 – 12.7mm

模具

流道直径4.06 – 9.14mm
浇口直径1.02 – 2.03mm
浇口面积0.81 – 3.24mm²
壁厚1.02 – 4.57mm

排气

深度 (Vent Depth)0.0254 – 0.0508mm
长度 (Vent Land)0.762 – 1.52mm
宽度 (Vent / Clearance)4.06 – 12.7mm
释压槽 (Relief Channel)0.2032 – 0.4064mm

常见问题

聚碳酸酯是一种无定形工程热塑性塑料,由双酚A(BPA)+光气(或现代无光气工艺中的二苯基碳酸酯)合成。其刚性芳香结构赋予其不寻常的组合:88%的光学透明度、极高的抗冲击性(比PMMA高10–30倍,比普通玻璃高250倍)、130–140°C的HDT和约150°C的玻璃化转变温度(Tg)。密度约1.20 g/cm³。
简短回答:成人一般使用是安全的,但婴幼儿不行。FDA和EFSA认为PC在成品中测得的BPA迁移水平下对食品接触是安全的。但FDA自2012年起出于监管预防而禁止含BPA的PC用于奶瓶、儿童杯和婴儿配方奶粉包装。这些应用使用Tritan(共聚酯)或PP。对于成人可重复使用的容器、瓶装水、水罐或耐用器具,PC仍然合法并占主导地位。
紫外线辐射降解碳酸酯基团(C=O–O),释放CO₂并形成黄色产物。没有保护的话,户外零件在6–12个月内可见地黄变。解决方案:带有内置UV稳定剂的等级,或者更好,硅氧烷UV硬涂层(汽车前照灯采用的方式,8–10年才会明显黄变)。对于荧光/LED灯下的室内使用,标准UV稳定化等级就足够了。
PC非常吸湿。在注塑温度(~290–310°C)下,吸收的水分通过水解与聚合物链反应,将其断裂。0.02%(200 ppm)或更低的水分含量至关重要。始终使用除湿机,120–130°C下3–6小时,露点≤ –40°C。注塑湿PC会产生银纹、透明度损失、冲击性能下降50–80%和气泡。这是PC新手的第一大错误。
PC对环境应力开裂(ESC)有中等敏感性:在机械应力+某些化学品(醇、烃、稀酸)作用下,会出现细微裂纹并快速扩展。解决方案:(1) 125–135°C下1–4小时的模后退火释放残余应力,(2) 避免与侵蚀性清洁剂接触(异丙醇、丙酮、汽油),(3) 对要求严苛的应用使用耐化学品等级,(4) 小心FR(阻燃)等级——它们的ESC耐受性通常较低。
主要权衡:PMMA胜在光学清晰度(92% vs 88%)、UV耐受性(不黄变)、表面硬度(更抗划痕)、成本(便宜30–50%)。PC胜在抗冲击性(10–30倍,几乎不会破)、耐热性(140°C vs 80°C)、热成型容易、耐化学品更广。经验法则:如果主要风险是破碎→PC。如果风险是划伤或黄变→PMMA。安全镜片→PC。珠宝陈列柜→PMMA。
PC在抗冲击性(特别是低温下)、HDT(130 vs 80°C)、透明度和抗划痕方面优于ABS。ABS在加工便利性、耐化学品(PC对烃类敏感)、成本(便宜约40%)和不降解的耐湿性方面优于PC。PC/ABS共混物兼具两者:约50%的纯PC冲击性能、更好的加工性、比纯ABS更高的HDT。它是电子外壳(戴尔、惠普、联想)、汽车内饰(中控台、面板)和摩托车头盔的支柱。
PDS标注79–121°C——比commodities高。更热(95–115°C)=更好的光泽、更少残余应力、更好的光学细节再现,但循环时间更长。更冷(80–90°C)=循环短但应力开裂风险更高且表面较差。对于光学/镜片:110–120°C。对于非装饰性结构零件:90–100°C。绝不低于80°C——会冻结流动并产生内应力,之后会开裂。
PDS将20%定为最大值。每个再加工循环会略微降解分子量和透明度。对于关键光学零件(镜片、前照灯),许多OEM禁止所有回料。对于结构零件,只要材料在再加工前充分干燥,最多20%是安全的——回料在各工序之间会吸收环境空气中的水分。如果零件是透明的,在第2次回收后预计会出现轻微的黄色调。
三个原因:(1) 昂贵的原材料——BPA+光气合成需要复杂的基础设施,全球生产商很少(科思创、SABIC、Trinseo、三菱工程塑料、出光);(2) 高能耗——290–310°C vs ABS的220°C,强制集中干燥;(3) 认证——光学、医疗和航空航天等级需要昂贵的验证。结果:commodity PC的价格是ABS的2–3倍,而高端等级(光学Makrolon、Lexan EXL impact)可能高达4–6倍。

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