PC塑料技术手册

塑料技术手册

PC作成：胡二本

目录

一、何谓PC

二、PC物性

三、PC塑料射出成型

四、PC塑料在车灯上的应用

五、PC灯壳之耐候认证

六、其它留意事项

一、何谓PC：

PC为Polycarbonaie之简称，中文名为聚碳酸酯；其构造如下:

n=85〜130

PC为有机高分子材料，其制造方法有溶剂法（又称光气法）和熔融法

（又称酯交换法）。前者是在酸结合剂及溶剂的存在下，对BisphenolA灌进

光气（COC12）而起界面重聚反响合成的。酸结合剂有使用Pyridine而

在非水系反响之Pyridine法和使用碱液的碱水溶液法，后者较具经济性

o制造技术上BisphenolA的纯度，分别精制工程中的不纯物去除法以及

溶解于溶剂中的PC分别技术等都需费一番心机。在工程上也有实行连续

法，藉此减低BisphenolA使用量等改善方案，最近的趋势则倾向于为节

约能源的工程改进为主题。用溶剂法的制品，可合成的分子量范围广泛,

品质良好；因此熔融法的生产方式已渐渐被淘汰。

二、PC物性：

1.PC在工程塑料中算是性质平衡的树脂，下表是PC代表性用途中的利

用特性及替代理由。

所利用的特性替代理由

安

生降

电

耐

耐耐

透尺尺难无轻绝

全产

低

候

热

气

冲

寸寸

用途明燃毒成形材料里缘体

化性

性

性

成

特

击

精安

性性性化化化

本

性

性

度定

联结器OO0O热硬化性树脂O

继电器盖OOO铁板、AS树脂O

吹风机壳套OOO热硬化性树脂OOO

船用幻身OOO炮金OO

汽车车门把手OO锌模制品OOO

照相机零件O0铝模制品OOOO

电开工具壳套OO0O铝模制品OOOO

仪表用玻璃OO玻璃O

钢盔OOFRPOOO

人工透析零件OOOPVCO

奶瓶OOO玻璃OOO

2.TYC使用PC之物性:

牌住友303-10奇异LS2-111陶氏

~^^7单位330

物性（PC透亮料）（PC透亮料）(PC+GF30%)

比重—1.21.21.42

吸水性%0.150.15—

模收缩率%0.5〜0.70.5〜0.70.1〜0.3

全光透过率%9089不透亮

熔流指数g/10min10116.5

引张强度kg/cm27206301000

延长率%130100—

弯曲强度kg/cm29809501300

弯曲弹性率kg/cm2250002400066000

IZOD冲击强度kg/cm918714

热变形荷18.6kg/cm2136132142

u

温度荷4.6kg/cm2148138—

线膨胀系数10-5cm/cm-℃6.87—

燃烧性（UL94）—V-2V-2V-0

3.冲击特性：

PC的耐冲击性在全部工程塑料中特别高，不过冲击性也会因加力

方法或应变速度而显示不同的行动。另外，破坏状态中也有延性破坏

及脆性破坏之分，影响这些差异因素是分子量、温度、角隅弧度、厚

度、添加物、裂化等C

当分子量达2.0X104以下时冲击强度会大幅降低，在这以上则渐渐

上升；到2.8X10〜3.0X18达最高点，此分子量用于钢盔等需要高度耐

冲击性的制品（灯壳用之PC分子量约2.0X104左右）。当转变缺口先

端的弧度时就会对强度产生很大的变化；角隅弧度的影响亦则角隅部位

的应变速度的转变，弧度愈小破坏部位的应变速度则增大而移向于脆性

破坏；另一方面角隅弧度的影响也与分子量有关，分子量愈小缺口感也

上升，弧度的影响增大。关于厚度的影响，在平板落球冲击试验上并没

有明显倾向；但在附有缺口的Izod冲击试验上，当厚度到5〜6mm以上

则会发生脆性破坏。在低温时影响冲击强度愈大，亦则分子量愈大低温

耐冲击特性愈好，在室温显示脆性破坏的低分子量材料，在高温时会显

示延性破坏。添加物是对PC的耐冲击性发生莫大影响的因素，通常用

颜料、可塑剂、紫外线吸取剂、离型剂来做添加物时，其含量超过某一

程度，冲击强度就明显下降；因此，添加物的添加量多半考量与冲击强

度的平均上来打算。

4.光学性质：

PC在工程塑料中以透亮性凸显而被应用于特种方面；尽管之前就

有PMMA,但从冲击强度、耐热性、尺寸安定性来看，PC是一种更

佳的高级透亮材料，其用途己扩至光学用。PC在不含紫外线吸取剂时

会吸取280〜290nm；对于可见光线通常可达80〜90%之光线透过率（与

厚度有关）；对于红外线局部，则厚度达5.Oum以上就几乎不透过。PC

的折射率约L58,比PMMA（L49）大，更适合于透镜的设计。PC会被

290nm之紫外线作用发生光氧化反响而劣化，劣化现象从外表开头，

引发变黄，切断主链而引起分子量降低、架桥、产生凝胶等各种化学

构造的变化，继而引起机械强度和松软性的降低，终至龟裂；因此，

添加紫外线吸取剂可把劣化现象抑制至相当程度。TYC用于车灯灯壳

之PC,因需要长时间暴露在户外，使用之原料规格皆有添加紫外线吸

取剂。

5.应力龟裂性：

当PC超过确定水准之应力就产生龟裂。界限应力与分子量有关，

分子量为24000以上时为300kg/cm2,分子量为22023以上时为200

kg/cm2O因此假设残留应力或箍模部应力在这界限应力以下的话就不致

于产生裂痕；不过也有例外：

A.在成型过程中材料分解裂化而分子量降低至20230以下时界限

应力会极端降低。

B.有缺口或焊接局部。

C.在化学环境中使用（通常以环境应力龟裂表示）。

PC在有用上以C的情形问题较大。由于产生裂纹的情形不仅是一般的

有机溶剂，而与油类、接着剂、橡胶迫紧、PVC接触时，即使在应力

不大时也常发生裂纹事故。缘由多半是这些材料所含添加物引起的；

问题是添加物的种类一般并没有公开，因此推想就显得极为困难。

6.尺寸安定性：

尺寸安定性的概念中应包括吸水膨胀、热膨胀、热缩收、蠕变变形

等。比起结晶性塑料（PA、PBT、POM）,非晶性PC塑料的尺寸安定性

是特别优越。PC因吸水而产生的尺寸变化为0.02%（mm/min）；热膨胀率与

一般塑料大致一样；热缩收率在120℃处理时约0.1%左右；成形缩收率

（模缩收率）为0・5〜O.7%o

三、PC塑料射出成型：

1.成型机的选择：

PC是一种高粘度塑料，因此在选择成型机时要留意以下事项：

A.为防止因材料滞留而烧焦，螺旋最好用不附逆流防止环的，喷

嘴则用开放型。

B.以往箍模力的计算都用P=350〜500kg/cm2XS（S为投影面积）公

式；随着高压射出的趋势，选定成型机宜承受比上式高之压力。

C.射出率愈高愈适合薄制品。

最近成形条件趋势倾向多段把握或死循环把握，多段把握的工程包括射

出速度、射出压、背压、螺旋转数等；死循环把握应包括实际造成制品

的模具的把握。

其它的特别成形机有喷孔式射出成型机、超高压成型机、射出压

缩成型机；喷孔式射出成型机使用PC时即使材料未枯燥也可以顺当

成形。使用超高压成型机成形PC制品时，成形缩收会削减；射出压

缩成型机则适合厚成型品及不要有光学歪形的成形品。

2.成型条件：

PC的成型温度最高限制为320℃,但高速成型时常有330〜340℃

的高温消灭；模具温度，只要厚度薄而均一，在60℃以下的低温也可顺

当成型，但假设要削减成型内应力，模具温度最好提升至100〜120c

以上。

成型时的材料劣化主要有因水份存在引发的水解、因氧气存在而

引起的氧化分解、因加热而引起的热分解，这些因素在成型过程中相

互穿插进展，状况简洁。成型上的有关因素是原料的预备枯燥、成型温

度、滞留于料管中的时间、背压、螺旋转数等。PC原料的预备枯燥只

要严守枯燥条件（120℃X4〜5小时以上）应无问题；但在使用回收料时

简洁发生枯燥不充分而诱起水解劣化。成型温度与滞留于料管中的时

间相关联，成型温度在300℃以下滞留于料管中的时间可达120分钟，

假设成型温度在320c滞留于料管中的时间勿超过30分钟。背压及螺旋

转数则与供料处一方的空气带入或挥发成分的脱气有关，提升背压而

降低转数则可提高脱气效果并防止因氧气引发的焦烧现象。

成形变形可分为定向变形和在玻璃转移温度以下发生的变形（冷却

变形）。定向变形是分子主链在保压过程中定向而产生的，肉眼可以看

出光弹性条纹；冷却变形与分子链接合角或结合间隙等变形有关，浸

渍于有机溶剂时看到的龟裂就是由冷却变形引起的，可用120C回火处

理即可解决。定向变形在透镜等光学用途是一种障碍；树脂温度愈高保

压愈低定向变形愈少；低分子量的材料所成型的制品定向变形愈少。冷

却变形之影响因素有模温及保压，模温愈高保压愈低冷却变形愈少。

3.品质管制：

不管如何测试己成型的完成品品质，都不是根本解决的方法，到

底从设计阶段就开头检讨及争论测试的方法较重要。PC塑料之缺点

包括耐温水性、耐碱性、耐有机溶剂性、耐疲乏性，故在设计时就要

考量角隅弧度及结合强度等，另外亦须检讨材料、成型机、模具、成

型条件等因素。试作时（非量产后）PC的品质评鉴方法有：

A.测定分子量（黏度平均分子量）。

B.耐冲击试验。

C.外观检查。

D.溶剂浸渍试验。

E.成型品之环境加速试验。

F.装配作业试验。

G.完成品环境试验。

量产阶段常发生的问题：

A.因材料批号、成型机、模具品号而产生的变动。

B.长期成型时模具温度的变动、料管内死角的材料滞留焦烧。

C.因使用回收料而产生的劣化。

D.因作业者不同而发生的偏差。

四、PC塑料在车灯上的应用：

1.透亮件：

A.灯壳：（Lens）

PC塑料用于头灯、雾灯、角灯灯壳上，主要是利用PC的

高透亮度（厚度3mm时，可见光穿透率约88〜90%）、高耐冲

击性（有缺口的Izod冲击强度达80kg-cm/cm以上卜高热变形

温度（荷重4.6kg/cm2时达13sse以上卜在造型上可较流线形

的设计（玻璃灯壳很难达成）。

应用于头灯灯壳的PC塑料，一般使用透亮无色的料，且是有

添加紫外线吸取剂的料（例如奇异PC-GE111C、住友PC-

JY30310C）；射出成必需做回火处理，以消退成型时的残留应

力,回火条件为将成型品放置120C之环境下2小时以上（低

于HDT5〜10℃X4〜8小时为佳）。

用于头灯之PC灯壳必需在其外表Coaling一层较硬的树脂，

保护材质较软的PC免被刮伤及溶剂的侵蚀。此层树脂之加工

可分Thermoset及UVcuring涂料，效果以UVcuring较佳。

B.内套：（InnerLens）

PC塑料用于内套上，必需留意耐热及色度问题：

a.耐热问题：假设后灯或角灯之内套为杯形，则须留意其内

壁受热状况，受热因素有杯形内空间或尺寸、灯泡之瓦特

数

、该灯泡之功能（方向灯.、煞车灯、倒车灯等）、灯泡（丝）至

内套距离、内套本身是否有散热设计（灯泡上方的内套开孔）

等。假设后灯或角灯之内套为板形（有鱼眼或花纹者），受热

状况较杯形者低。不管但假设杯形或板形内套，其受热温

度勿超过140℃（料），否则将可能导致变形。

b.色度问题：PC塑料用于内套都须染色（本色除外），方向灯为

琥珀色，煞/行车灯为红色，头灯、倒车灯为白色；正规车及

改装车灯种假设须通过法规认证，其颜色色度要符合色度法

规标准。

各种颜色色度范围如下：（x+y+z=l）

区

颜小、SAEECEJIS

y=0.39y三0.3980.398

琥珀色y=0.79-0.67x0.429yW0.429

y=x—0.12z至0.007zW0.007

红色y=0.33yW0.335yW0.335

y-0.98-xzW0.008zW0.008

x=0.31xW0.500x至0.500

x=0.50x^0.310x^0.310

yW0.440

白色y=0.15+0.64x0.440

y=0.44y工0.382y叁0.382

y=0.38y£0.150+0.64xy^0.150+0.64x

y=0.05+0.75xyM0.050+0.75xy^0.050+0.75x

2.不透亮件：

A.副反射镜（RS）：

PC塑料用于RS上，大部份皆必要真空铝蒸镀：假设整个RS都

要蒸镀，则选用黑色PC塑料较佳；假设RS只有部份要蒸镀，即

从外观可以看到原素材颜色者，则须依据KD件颜色，比照现有

PC色板，选取适当颜色料号成形，以免产生色差客诉。

PC塑料用于RS上，真空铝蒸镀时须留意外观品质（因有RS的灯

具，其灯壳大多为无花纹之透亮灯壳）、真空底漆的耐热程度。

B.反射镜（R）或底座（B）：

PC塑料用于R或B上，假设须保存反面颜色者或不须真空铝蒸镀

者（如侧面标示灯或改装车灯等），则依据KD冲颜色，比照现有

PC色板，选取适当颜色料号成形，以免产生色差客诉。

五、PC灯壳之认证：

PC塑料用于户外件时，假设有安全虞虑(像车灯)就必要有耐候认证：

A.SAE：依据SAEJ576c法规之耐候测试规定：将被测物(该被测物

可以为没Coating的试片，也可以为有Coating,有Coating者

须注明Coating涂料厂商及涂料规格。PC试片厚度分别为1/4、

1/8.1/16inch)分别置放于美国高温高湿的Florida州及高温枯

燥的Arizona州之户外向南方45。角摆放，历经三年的风吹日晒

雨淋后，量测试验前后之差异。量测工程有：(a)Appearance：

测后外观不得有龟裂、剥落等严峻特别现象。(b)Percent

LuminousTransmittance&

PercentChangeinLuminousTransmittance：比较三年耐候测

试前后，全光(380nm〜780nm)穿透率的转变程度。

(c)ChromaticityCoordinates(CIEIlluminantA)：以CIE标准A

光源量取测试前后之色差。

(d)TransmissionHaze：模糊度的转变。

假设上述测试结果皆能符合检验规格，则会将该PC的生产工厂

、商品名称、材质、规格编号、颜色，登录在AMECA之手册

中；假设有Coating,则Coating涂料厂商、涂料规格编号、地

址亦一并登录其中。以使用者立场(如TYC),只须查阅该手册，

即可轻易得知哪些PC塑料搭配哪些Coating涂料之认证。

B.ECE：依据ECEReg.57法规，使用塑料材质灯壳之灯具，须做以下之

测试：

(a)耐温度循环：以下条件做5个循环

(i)40±2℃及85〜95%RHx3小时

(ii)23±5℃及60〜75%RHxl小时

(iii)-30±2℃xl5小时

(iv)23±5℃及60〜75%RHxl小时

(v)80±2℃x3小时

(vi)23±5℃及60〜75%RHxl小时

试验前后之配光值差异不得超过10%。

(b)耐大气射线：将试品置于相当于色温5500c，K及6000OK

下(用滤光片降低低于295nm及高于2500nm之辐射)，照耀

总能量为4500±200MJ/m2；照耀期间并以23±5℃蒸储水

喷洒(喷5分、干25分循环)。

试验后之样品不得有裂开、变形等异样；透光率差异(Atm不

得超过0.020o

(c)耐化学药剂：以体积比混合正-庚烷61.5%、甲苯12.5%、四

氯乙烷7.5%、三氯乙烯12.5%、二甲苯6%之溶剂涂抹于

试片上10分中(施压50N/m2)o

试验前后之光量分布变异Sdm)不得超过0.020o

(d)耐清洁剂及燃化物：将试品加热至50±5℃,涂抹99%蒸

镭水与1%磺化月桂酸混合物5分钟，再加温至50±5℃

枯燥，再以湿布擦净。原试品再以正-庚烷70%与甲苯30%

(体积比)涂抹。

透光率的变异量(Atm)不得超过O.OlOo

(e)耐机械破坏：用直径1.3mm喷嘴之喷枪，压力6.0〜6.5bars,

流速0.24±0.02L/min之砂浆(Mohr硬度为7的硅砂，粒径

大小为0〜0.2mm与水混合比：每升水加25g珪砂)喷于试品上,

喷嘴与试品距离380±10mm,被喷面直径170±50mm。试验

前后之透光率的变异量(Atm)不得超过0.100,光量分布变异

(Adm)不得超过0.020o

⑴涂装附着力测试：在涂装外表20mmX20mm的地方切割成

2mmX2mm之方格，在周温23±5℃及65±15%RH用测试胶

带以2N±20%之力气粘贴在方格上5分钟，放置10分钟后

，以1.5±0.2m/sec速度，90。角撕开。

方格损伤不得超过15%o

(g)其它尚有整灯Test,在此不详述。

六、其它留意事项：

PC塑料为非结晶性工程塑料，具有高透亮度、高冲击强度、高耐热性、

无毒性、耐燃性等优点，故常被应用在医疗设备、光学仪器、汽机车部

品、电开工具壳套、电子产品、采光屋顶或墙板、较高级的日常用品；

PC塑料之用途虽然广泛，但在使用上仍需留意：

1.价格：PC必竟是工程塑料，其单价固然比泛用塑料(如PP、PE、PS、

PMMA、ABS、PVC等)贵很多，假设泛用塑料之性能即可适用

时

,就不需要使用PC料。

2.缺口冲击强度：虽然PC塑料的冲击强度是全部塑料中最高的，但随着

抽色、射出成形等加工，颜料、染料的添加，屡次熔融而造成

平均分子量下降，影响其冲击强度；尤其是有锐利缺口的成形

件，冲击强度就不能与无缺口的PC料成形件同日而语。

3.硬度：PC塑料的Rockwell硬度为R-108或M-80(PMMA约为M-95),

只要碰触到尖硬的物体，即可能被刮伤，甚至手指甲就会有刮痕

;故PC的成形件不行以重叠放置，以免造成不良，尤其是用于

光学类的车灯无色灯壳。

4.残留内应力：前面有提到应力龟裂性，此处再次强调射出成形时、后