一、PPS 制品脆的原因
原料方面
分子量较低:PPS(聚苯硫醚)的分子量大小对其性能有显著影响。如果分子量过低,分子链之间的缠结程度不够,在受到外力作用时,分子链容易滑动,无法有效地传递和分散应力,从而导致制品脆性增加。例如,在合成 PPS 的过程中,聚合反应条件控制不当,如反应温度过高、反应时间过短等,都可能导致生成的 PPS 分子量较低。
杂质含量高:原料中存在杂质会破坏 PPS 分子链的规整性和连续性。像金属离子杂质等,它们可能会催化 PPS 分子链的降解反应。如果在生产 PPS 过程中,原料提纯不够彻底,混入了一些催化剂残留、未反应的单体或其他聚合物杂质,这些杂质会成为应力集中点,当制品受到外力时,容易在这些杂质处产生裂纹,导致制品变脆。
加工工艺方面
加工温度不当:PPS 的加工温度范围相对较窄。如果加工温度过高,PPS 分子链会发生过度降解,使分子链变短,分子量降低,从而导致制品的韧性下降。例如,在注塑成型过程中,当料筒温度过高时,PPS 在料筒内停留时间过长,就会发生热降解。相反,如果加工温度过低,PPS 的流动性差,成型过程中容易产生内应力。例如,在挤出成型时,温度不够会使物料不能均匀地填充模具,造成制品内部结构不均匀,产生内应力,使制品变脆。
成型速度过快:在注塑、挤出等成型过程中,成型速度过快也是导致制品脆的一个因素。以注塑为例,当注射速度过快时,熔料会在短时间内快速填充模具型腔,在型腔内部产生很高的压力,使制品内部产生较大的残余应力。这些残余应力在制品使用过程中会逐渐释放,导致制品出现裂纹,表现为脆性增加。
模具设计不合理:模具的结构和尺寸会影响 PPS 制品的质量。如果模具的浇口设计不合理,如浇口尺寸过小,会使熔料在进入模具型腔时产生较高的剪切速率,导致分子链取向严重。分子链取向会使制品在不同方向上的性能差异较大,在垂直于分子链取向方向上,制品的强度和韧性较低,容易出现脆性断裂。另外,模具的冷却系统设计不佳,会使制品冷却不均匀,产生内应力,导致制品变脆。
后处理方面
缺乏退火处理:PPS 制品在成型后,内部可能会残留有一定的内应力。如果没有进行退火处理来消除这些内应力,在后续的使用过程中,内应力会逐渐释放,导致制品出现裂纹、变形等问题,从而使制品变脆。退火处理可以使制品中的分子链重新排列,松弛内应力,提高制品的韧性。
环境因素影响后处理效果:后处理过程中的环境湿度、温度等因素也会影响 PPS 制品的性能。如果在湿度较高的环境下进行后处理,PPS 制品可能会吸收一定量的水分,而水分的存在会对 PPS 的性能产生不良影响,如降低制品的强度和韧性,使其变脆。
二、解决方案
原料控制
选择高质量原料:选用分子量合适且杂质含量低的 PPS 原料。可以通过查看原料的规格说明书、要求供应商提供质量检测报告等方式来确保原料质量。例如,选择经过严格提纯工艺的 PPS 原料,其金属离子杂质含量应低于一定标准,以保证 PPS 分子链的稳定性。
优化原料配比:如果是 PPS 与其他添加剂(如玻璃纤维、碳纤维等增强材料,或增韧剂)混合使用的情况,需要优化原料的配比。对于增强材料,要控制其添加量和长度。适量添加玻璃纤维(如添加量在 30 - 40% 之间)可以提高 PPS 制品的强度和模量,但如果添加过多,可能会导致制品的韧性下降。同时,要确保增强材料在 PPS 基体中的分散均匀性。对于增韧剂,要选择与 PPS 相容性好的增韧剂,如一些热塑性弹性体,添加量可根据实际情况在 5 - 15% 左右进行调整,以有效提高制品的韧性。
加工工艺优化
调整加工温度:根据 PPS 的型号和具体加工工艺,确定合适的加工温度。在注塑成型时,一般料筒温度可以设置在 300 - 340℃之间,喷嘴温度略低于料筒温度,在 290 - 330℃左右。对于挤出成型,螺杆温度可以在 310 - 330℃之间。同时,要控制物料在加工设备中的停留时间,避免过长时间的受热。可以通过优化设备的螺杆转速、注射速度等参数来实现。
控制成型速度:合理调整成型速度,在注塑过程中,适当降低注射速度,采用多级注射速度控制。例如,开始时采用较低的注射速度填充模具型腔的大部分空间,然后在接近型腔末端时,适当提高注射速度,以保证制品的外观质量和尺寸精度,同时又能减少内应力的产生。在挤出过程中,控制挤出速度,使其与牵引速度相匹配,保证制品的均匀性。
优化模具设计:设计合理的模具浇口和冷却系统。浇口尺寸应根据制品的大小和形状进行设计,一般来说,对于较大的 PPS 制品,浇口尺寸应适当增大,以降低熔料的剪切速率。采用多点浇口或热流道系统也可以改善熔料的流动情况,减少分子链取向。对于冷却系统,要确保模具的冷却均匀性,例如可以采用冷却管道的合理布局,使冷却介质在模具内均匀分布,降低制品内部因冷却不均匀产生的内应力。
后处理改善
进行退火处理:对 PPS 制品进行适当的退火处理。退火温度一般在 120 - 150℃之间,退火时间根据制品的厚度和尺寸大小而定,一般为 2 - 6 小时。在退火过程中,要注意升温速率和降温速率,避免过快的温度变化导致制品产生新的内应力。例如,升温速率可以控制在 10 - 20℃/ 小时,降温速率可以控制在 5 - 10℃/ 小时。
控制后处理环境:在后处理过程中,要控制环境的湿度和温度。可以在相对干燥(湿度低于 60%)、温度适宜(20 - 30℃)的环境中进行后处理。如果在湿度较高的环境下,可以采用除湿设备来降低环境湿度,以减少水分对 PPS 制品性能的不良影响。
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