聚碳酸酯(PC)是塑料中的一種，我們的生活可以發(fā)現(xiàn)許多這種材料制成的物品，比如光盤、鏡片、水桶等。聚碳酸酯作為五大工程塑料之一，早與我們的生活息息相關(guān)。
聚碳酸酯( 簡稱PC) 是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，是一種綜合性能優(yōu)良的無定型熱塑性工程塑料，其具有無臭、無毒、高度透明的無色或微黃色特性，另外還具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，尤其是耐沖擊性優(yōu)異，彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度高；蠕變性小，尺寸穩(wěn)定，在-60~120 ℃環(huán)境下具有穩(wěn)定的力學(xué)性能，可長期使用，具有良好的耐熱性和耐低溫性；尺寸穩(wěn)定性、電性能和阻燃性能優(yōu)異。
基于PC 材料具有以上優(yōu)良的物理化學(xué)性能，使電器附件行業(yè)中的家用開關(guān)、插座產(chǎn)品在先后經(jīng)歷了酚醛塑料（電木粉）、ABS 熱塑性塑料后，各生產(chǎn)廠家最后基本上均采用了PC 塑料作為產(chǎn)品表面的非金屬材料，PC除能滿足電工行業(yè)開關(guān)、插座產(chǎn)品的所有安全標(biāo)準(zhǔn)要求外，還具有產(chǎn)品成型速度快，外觀光潔漂亮的特性。
但其致命的弱點(diǎn)——制件的殘留內(nèi)應(yīng)力較大，在使用過程中如使用不當(dāng)就會(huì)存在應(yīng)力開裂問題，最終影響產(chǎn)品的使用性能。產(chǎn)品開裂，輕者影響外觀，重者影響產(chǎn)品的使用性能，甚至?xí)霈F(xiàn)用戶在使用過程中發(fā)生觸電，造成人身安全事故，給用戶和企業(yè)造成重大損失，因此PC產(chǎn)品應(yīng)力開裂問題是生產(chǎn)廠家需要面對和解決的痛點(diǎn)。
下面，就PC 材料在電器附件行業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)使用中所出現(xiàn)的開裂問題和解決方案，給大家一一進(jìn)行剖析。
PC 產(chǎn)品應(yīng)力開裂現(xiàn)象
應(yīng)力開裂是指塑料制品在暴露于化學(xué)介質(zhì)中及應(yīng)力同時(shí)作用下，發(fā)生提前開裂而破壞的一種復(fù)雜失效行為，與環(huán)境作用、材料特性、成型方式等多種因素有關(guān)。關(guān)于PC 材料的應(yīng)力開裂，日本富川昌美、左藤行彥等人的研究表明，聚碳酸酯大分子的局部取向引起制件產(chǎn)生微裂，這種微裂在未產(chǎn)生割裂形成空隙時(shí)，通過熱處理可以消除；在環(huán)境和外力的影響作用下，微裂不斷生長、發(fā)展，從而產(chǎn)生了裂縫，這種裂縫已形成空隙，成為不可恢復(fù)的斷裂破壞。
通常認(rèn)為：在成型聚碳酸酯時(shí)，分子鏈被迫取向，且取向由于聚碳酸酯分子鏈上具有苯環(huán)而比較困難，并在成型后，被取向的鏈趨于恢復(fù)自然狀態(tài)，但是由于整個(gè)分子鏈已經(jīng)被凍結(jié)和大分子鏈之間的相互左右，從而造成制品存在殘留應(yīng)力；同時(shí)聚碳酸酯內(nèi)部還存在大分子鏈間的作用力和相互纏結(jié)力即抗開裂力，這個(gè)力的大小取決分子鏈的長短，鏈間的纏結(jié)數(shù)目，分子鏈之間的作用力。
當(dāng)抗開裂能力和內(nèi)應(yīng)力平衡時(shí)，產(chǎn)品不會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，而當(dāng)抗開裂能力小于內(nèi)應(yīng)力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品成型時(shí)合格，而存放一段時(shí)間后開裂的現(xiàn)象。簡要概括為：分子鏈上苯環(huán)——成型取向——制品成型后出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力——當(dāng)內(nèi)應(yīng)力和抗開裂能力平衡——合格制品——當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大于抗開裂能力——產(chǎn)品開裂。
PC 材料內(nèi)應(yīng)力的快速檢測方法
CCL4 浸泡法
具體方法為：把待檢測的產(chǎn)品完全浸泡在常溫（20~25℃）CCL4 （四氯化碳）溶液中，時(shí)間為1 min，然后把產(chǎn)品取出在清水中沖洗干凈，檢查產(chǎn)品是否有裂紋/ 斷裂部分，無裂紋則為合格。有專家在聚碳酸酯應(yīng)力開裂的研究中，即以國產(chǎn)超高粘PC 及日本C-1400 兩種材料的標(biāo)準(zhǔn)試條，采用CCL4 溶液浸泡，通過嚴(yán)格控制CCL4 溫度（10/15/20/25/30/35/40 ℃）進(jìn)行應(yīng)力開裂的試驗(yàn)，并指出溫度越高，開裂時(shí)間越短。
乙酸乙酯和正丙醇混合溶液浸泡法
具體方法為：把待檢測的產(chǎn)品完全浸泡在常溫（20~25℃）乙酸乙酯和正丙醇混合（按3:1）溶液中，時(shí)間為1min，然后把產(chǎn)品取出在清水中沖洗干凈，檢查產(chǎn)品是否有裂紋/ 斷裂部分，無裂紋則為合格。
冰乙酸浸泡法
具體方法為：把待檢測的產(chǎn)品完全浸泡在常溫（20-25℃）冰乙酸溶液中，時(shí)間為3 min，然后把產(chǎn)品取出在清水中沖洗干凈，檢查產(chǎn)品是否有裂紋/ 斷裂部分，如有出現(xiàn)，即此位置是應(yīng)力集中地方，裂紋越嚴(yán)重，內(nèi)應(yīng)力越大，需要進(jìn)行改善。CCL4 易揮發(fā)，具有一定的毒性；乙酸乙酯和正丙醇溶液易燃，因此前兩種方法現(xiàn)在基本上不再使用，現(xiàn)在普遍使用第三種方法對PC 材料產(chǎn)品檢測其應(yīng)力開裂問題。
開裂問題的解決方案
PC材料產(chǎn)品的開裂問題的解決，是個(gè)復(fù)雜且綜合的問題，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，得出需要從以下幾個(gè)方面對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制和改進(jìn)，才能有效防止產(chǎn)品開裂問題的批量發(fā)生。
原材料控制
PC 材料的一個(gè)重要指標(biāo)為分子量的高低，其檢測指標(biāo)為熔體流動(dòng)速率（MFR）。高分子量的聚碳酸酯分子鏈長度更長，鏈間纏結(jié)數(shù)目更多，分子間的作用力更大故抗開裂能力更強(qiáng)。較高的分子量其熔體流動(dòng)速率較低，流動(dòng)性能較差，但成型制件的強(qiáng)度更高。熔體流動(dòng)速率的高低不僅代表了材料的力學(xué)性能，同時(shí)直接影響材料的價(jià)格和塑膠件成型的效率。
回收料的控制
在產(chǎn)品注塑生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)廠家都會(huì)在原材料中適當(dāng)加入生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料和水口，需要注意的是加入的回收料必須要處理干凈，不得有油污混入。結(jié)合注塑廠多年現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)例表明（表一），回收料的總比例應(yīng)控制在20 % 以下。
表一：不同比例二料注塑成型的對比結(jié)果
產(chǎn)品設(shè)計(jì)及裝配工藝改善
為消除塑膠件成品應(yīng)力開裂現(xiàn)象，工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品之初，要考慮注塑零部件裝配成成品的狀態(tài)，防止裝配后零部件相互配合尺寸出現(xiàn)過贏狀態(tài)，從而使某一注塑零部件長期處于受力變形的風(fēng)險(xiǎn)；如果此問題無法徹底避免，則需要對長期受力零件的部位結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)（如過渡部分進(jìn)行加筋或倒角等）。對于成品塑膠件的驗(yàn)證，一般會(huì)采用冷熱沖擊法進(jìn)行試驗(yàn)，具體方法為：隨機(jī)抽取20 個(gè)以上的成品，放入冷熱沖擊箱里，低溫段為-40℃，高溫段為+80 ℃，各溫度段時(shí)間為4 h，沖擊50 個(gè)周期，如沒有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品開裂即為正常。
注塑模具的設(shè)計(jì)改善
優(yōu)化澆口位置及數(shù)量
模具設(shè)計(jì)時(shí)，澆口位置及數(shù)量的設(shè)計(jì)應(yīng)保證熔體均勻快速地充滿型腔；盡量使熔接線和熔接痕出現(xiàn)在不敏感區(qū)域，從而減少注塑件開裂的風(fēng)險(xiǎn)。
避免塑膠件直角連接，增加倒角，圓弧過渡
所有PC 材料的塑膠模具，其產(chǎn)品型腔內(nèi)部要避免出現(xiàn)銳角和直角部位，若連接的部分是銳角和直角，應(yīng)在角尖的部分進(jìn)行倒角，使其圓滑過渡，避免在連接部位產(chǎn)生應(yīng)力集中問題，防止日久后塑膠件在此部位發(fā)生開裂現(xiàn)象。
此外，適當(dāng)加大流道，取消非必要的橫向加強(qiáng)筋，增加縱向加強(qiáng)筋，增大脫模斜度，頂出裝置設(shè)計(jì)成大面積頂出，少使用金屬內(nèi)嵌件（無法避免時(shí)，在成型前需將嵌件預(yù)熱至200 ℃，以降低開裂風(fēng)險(xiǎn)）等手段，均對解決應(yīng)力開裂問題有明顯效果。
注塑過程的工藝控制
原材料干燥、注射速率、注射溫度、注塑壓力、成型周期、模具溫度等等工藝因素均影響PC 注射成型制品質(zhì)量，已有相關(guān)文獻(xiàn)所闡述，如原材料充分干燥，減少微量水分對熱熔體催化裂解的可能；注射速度不宜快，否則易出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象；后續(xù)熱處理消減內(nèi)應(yīng)力等。
其中聚碳酸酯應(yīng)力開裂的研究中通過對料溫、模溫、壓力及保壓時(shí)間做正交試驗(yàn)分析得到，模具溫度是影響PC 制件應(yīng)力開裂的主要因素，模溫增高則應(yīng)力開裂時(shí)間延長，但過高會(huì)降低缺口沖擊強(qiáng)度；料溫對較薄壁厚（4~5mm）有顯著影響，保壓時(shí)間對較厚壁厚（10 mm）有顯著影響，而注射壓力無明顯影響。
對于電器附件行業(yè)生產(chǎn)廠家而言，模具通常保持在80~120 ℃（適當(dāng)高一些100 ℃左右），且為保持模溫的恒定，建議加模溫機(jī)；料溫適當(dāng)?shù)鸵恍?，機(jī)筒溫度一般控制在250 ℃左右，逐段降低機(jī)筒溫度，特別是前兩段的溫度；并縮短保壓時(shí)間，注射壓力適中。
此外，PC材料注塑過程中，要避免大噸位的注塑機(jī)生產(chǎn)小克數(shù)的產(chǎn)品，以成品重量約為注塑機(jī)容量的40 %~60 % 為最佳，防止粒子在注塑機(jī)料筒里長時(shí)間加熱而引起原材料的分解。
結(jié)論
PC材料由于其綜合性能優(yōu)良，還具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，在我們的生活中應(yīng)用十分廣闊，特別在電器附件行業(yè)應(yīng)用日益擴(kuò)大。不過，因?yàn)榫厶妓狨ゲ牧系慕Y(jié)構(gòu)特征及注塑工藝條件的限制，不可能完全避免內(nèi)應(yīng)力；而應(yīng)力釋放過程緩慢，其周期短則兩三天，長達(dá)一年以上，最后導(dǎo)致產(chǎn)品開裂，給生產(chǎn)廠家?guī)泶罅繐p失；故在生產(chǎn)過程中，廠家要盡量減小內(nèi)應(yīng)力或避免應(yīng)力集中而造成產(chǎn)品開裂，從原料——回收料——產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及裝配——模具設(shè)計(jì)——注塑工藝各環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制、層層把控以減少應(yīng)力開裂問題。
文章來源：科學(xué)大注塑
