注塑加工工艺及应用样本

PPS注塑加工工艺及应用

聚苯硫酸英文名称Polyphenylenesulfide,简称PPS,是一种新型的工程塑粒,

在美国于1973年才开始工业化生产。近年发展得很快，已成为继尼龙（PA）、塞

碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、热塑性雌（PET和PBT）及聚苯（（PPO）之

后的第六大工程塑料和第一大特种工程塑料。

产品分为两类：一类是支链型热塑性聚合物，粘度较高。另一类是热固性聚合物,

固化前具有线性分子结构，固化后加热充分也软化到一定程度。下面主要介绍热

塑性PPSo

PPS是分子主链上具有苯硫基的高聚物，由于其结构为苯环与硫交替连接，分

子链具有很大的刚性及规整性，因而PPS为结晶性聚合物，具有很多优异性能，

如耐热性、刚性、阻燃性及电绝缘性。硫原子上的孤对电子使得PPS与玻璃纤

维、无机填料及金属具有良好的亲和性，易于制成各种增强复合物及合金材料。

一、PPS的性能

1、物理力学性能

PPS是一种白色、结晶度高的聚合物，密度为1.34。其力学性能优良、拉伸强

度和弯曲强度优于PA、PC、PBT等，具有极高的刚性和抗蠕变性，但其脆性较

大，缺口冲击强度较低，低于PA、PC、PBT高于POM。加入玻璃纤维增强后其

力学性能更优。PPS属惰性物质，无毒。

2、热性能

由于PPS为结晶性聚合物，最高结晶度可达65版其结晶温度为127℃,熔点为

286℃,热变形温度260℃,在空气中430-460C以上才分解，热稳定性远超出

PA、PBT、POM等工程塑料：长期使用温度在热塑性塑料最高，可达220240℃0

PPS还是具有良好的绝热性和阻燃性，其临界氧指数与PVC相当，可达47%,无

需加入阻燃剂，PPS可达到UL94-V0级水平。

3、电性能

PPS的分子结构对称，无极性，吸水性低，故其电绝缘性十分优良，与其它工

程塑料相比，其介电常数小，耐电弧性相当于热固性塑料，在高温、高湿、变

频等条件下，PPS还能保持优良的电绝缘性。加入导电填料，可制得导电性PPS

复合材料，用于防静电及电磁屏蔽。

4、耐化学性

由于PPS具有较高的结晶度，故其具有优良的耐化学药品性，在200℃以下不溶

于任何有机溶剂，除强氧化性酸外，可经受各类酸、碱、盐的侵蚀，在高温下

经各种化学药品长期浸泡后，还保持较高的强度，仅次于聚四氟乙烯。PPS还具

有良好的耐候性和耐射性。

5、加工性能

1）吸水性

PPS的吸水性较低，只有0.02机

2）流动性

PPS的流动性较好，可加工薄壁制品，其流动性根据PPS的品种、规格而不同,

线性PPS比支化交联PPS的流动性高，随温度升高，物料的流动性增加，但温度

过高或物料在机筒内停留时间过长，物料会发生部分交联，导致流动降低。

3）结晶性

PPS为结晶性聚合物，其结晶度随成型时的冷却阻度及速率而变，冷却速度越

快，其结晶度越低。而结晶度大小又对其强度、耐热性、耐候性、尺寸危定

性都有较大影响。随结晶度增加，制品的热变温度提高，刚性、表面光洁度、表

面硬收缩率等增加，尺寸稳定性也增加。

4）热稳定性

PPS在高温下时间长会发生部分氧化交联反应，导致物料的流动性降低，色泽

变深，影响制品的质量和性能。另外，PPS对金属有较强的粘附性，要防止物料

在机筒内固化。

5）收缩性

对于结晶性塑料，在成型加工时，结晶度随模县温度增加而增大，而结晶度增

大，收缩率也增加，故收缩率随模具温度而增大。一般PPS的收缩率都较小，但

与流动方向垂直的收缩率大于流动方向的2-4倍。产品厚度、形状、注射速度

也会对收缩率须影响。

6）二次加工

PPS制品能够切削、攻丝等机械加工和超声波焊接、粘合剂接等加工。

二、成型设备与模具

1、注塑机的选用

1）锁模力

PPS的流动性与ABS、POM相近，在计算锁模力时，要考虑流动性这个因素，选

择材料流动特性系K值，可按第四组与ABS、POM等到相同。

2）注射量

根据产品的重量来选择合适的注射量，不宜选用注射量超出过多的注塑机,以

免胶料在机筒内停留时间过长而发生氧化交联反应甚至固化，导致产品变色，

影响产品的性能和质量。

3）螺枉、机筒

根据PPS的特征，PPS没有腐蚀性，因此，对于一般的PPS料，能够采用普通螺

杆，但由于加工温度高且有结晶体熔化吸热，因此机筒加热器的功率须足够。在

多数情况下，PPS都加入玻璃纤维以增强其各种性能，这些材料对机筒和螺杆的

磨损很大，必须采用耐磨的机筒螺杆，台镀硬铭螺杆或双金属螺杆、机筒。

4）射嘴

采用开放式射嘴，内径03-6mm,射嘴的加热器最好是能单独控制，这样可使

成型加工更方便。若有些制品要求防止流涎，能够使用自锁射嘴，但清理比较困

难。

2、产品造型与模具设计

1）产品造型

PPS属结晶性聚合物，产品的转角及壁厚变化的部位会引起应力集中，导致应

力开裂、尺寸变化、强度下降等问题出现，产品设计时产品的转角应为圆弧过

渡，并尽量避免厚薄不均，一般情况下制品的厚度不要超出7Tomm。

合理的加强筋设计能够增加制品的刚性，防止制品翘曲、消除残余应力、提高

流动性，增加筋条的数目比增加筋条的高度与厚度效果更好，一般筋条的选取

为制品厚度的一半并圆角过渡，筋条的脱模斜度为2-3°。

2）模具材料

PPS的加工温度较高，胶料温度为290-330C,模具温度为130-180℃,同时PPS

在大多数情况下以玻璃纤维增强，内含较大量的玻璃纤维，磨损问题必须考虑，

故模具材料应以140-150℃为基准，选用合适的合金材料，如SK、SKD、SKH

等，硬度为IIRC6065,表面电镀。

3）流道

流道形状以圆形、梯形为宜，流道锥度为2-3°,在流道末端设置冷料井。

4）浇口

浇口能够采用针型、圆盘型、扇型、轮辐型、侧入型等，不宜采用潜伏型浇

口，因为PPS制品硬度大，收缩率小。浇口应设置在制品截面最厚的部位，浇口

直径不小于0.6mm,对于增强PPS,因结晶取向引起强度和收缩率的方向各异，

故在设计浇口形状及位置时，必须考虑胶料流动方向引起的尺寸变化和强度变

化，以及因熔合纹引起的强度下降，垂直使熔合纹出现在没有负荷或负荷较小

和不明显的部位。

5）脱模

为了保证制品的表面光洁平整度及易于脱模，模具的型腔、流道等部位应有较

高的光洁度和脱模斜度，脱模斜度一般为1-3。。脱模顶针的直径、数量、位

置的设计也很重要，根据制品的形状而定，使顶出力均衡和顶出平稳，否则，

会使制品产生局部残余应力，从而引起制品裂纹和尺寸精度不一等问题。

6）排气

PPS制品内有气泡会使其性能明显下降，由于排气不良而引起原烧焦、变色和

表面粗糙，影响制品的外观和质量，模具必须合理地开设排气槽或排气孔，也

能够利用分型面和脱模顶针间隙来排气。

7）模具的温控

由于PPS的成型加工、要求模具温度在130-180C,这样的温度一般需要加热,

而模具温度的精确性和均匀性影响到产品的性能和尺寸精度；根据模具的大小、

制品形状、生产量及温控设备等因素，可选择电热式和油循环加热式温控，电

热式温控方便、经济、温升快，但温度均匀性和精确度较差，模温机油循环加

热式温控的温度均匀性和精确度较高，对性能和尺寸精度要求较高的产品能够

选用这种方式。为了保证模具温度的均匀性和防止散热，能够在模具的侧面和模

具与注塑机模板之间加装石棉板隔热。

三、成型工艺

1、原材料干燥

因为PPS吸水性小，因此加工前能够不干燥。但如果磔［开放式放在温度高、湿

度大的环境下时间较长，则需干燥，干燥温度为150T60C,时间2-3H。

2、成型温度

PPS的成型温度较高，机筒温度在280-360℃之间，在保证顺利充模和制品质量

的前提下，机筒温度尽量不要太高，以免引起胶料在机筒内氧化交联甚至固化。

射嘴温度要单独控制，以保持胶料良好的流动性而又不堵塞、不流涎为宜。

3、注射压力

注射压力在50-200MPa之间，为了保证制品的力学性能和尺寸精度，使用较高

的注射力为佳，特别是形状复杂、薄壁件更应如此。

4、注射速度

注射速度快，制品的表面光洁度高、强度也较高，但过高的注射速度会使产品

翘曲、烧焦等现象，一般采用中等注射速度。

5、螺杆转速

螺杆转速能够在50-200rpm之间，高速成型能够采用较高的转速，这时胶料因

剪切速率大而温升大，必须将机筒温度调低。

6、保压压力

为了防止内应力的产生，保存压压力应尽量低，满足补缩便可，以制品不出现

凹陷为准。

7、背压

一定的背压有利于胶料的排气和混合，以便得到质量较稳定的制品，一般背压

在0.5T.5MPa之间，对于干燥不好的材料，背压能够大些。

8、模具温度

PPS是结晶性聚合物，模具温度直接影响制品的结晶度，从而得到不同的性能

和尺寸精度，模具温度不同引起结晶的差异很大，如94℃时结晶为8%,而

150℃时则为48机模具模具高，得到制品的结晶度也高，其力学性能较好，但

有收缩大、凹陷、翘曲、耐冲击强度差等问题，模具温度低，制品的结晶度

低，收缩小、尺寸再现性好（制品尺寸与模具尺寸的复制程度）、耐冲击强度

增大、超声波焊接性提高，但力学性能较差。因此，要根据产品的要求来确定

成型模具温度。

9、成型周期

由于PPS为结晶性聚合物，为了得到良好的力学性能，需采取较高的模具温

度，较长的冷却时间，以提高结晶度，对于厚壁制品，注射时间、保压时间、

冷却时间都应长于薄壁制品。为了防止冷却收缩和内应力的产生，对复杂件，薄

壁产品，也需要适当延长保压时间。

10、制品后处理

为了提局制品的性能，消除内应力以及保持制品的性能和尺寸稳定性，能够将

制品放入烘箱内进行退火处理，条件一般为200-240℃,2-4H,具体根据制品

的厚度和用途而定，厚制品时间长些，退火处理使制品再结晶从而结晶度提高,

其性能也随之而提高，但也导致再收缩而使制品的尺寸变化，模具设计时要考

虑这因素。

11、再生料的使用

再生料能够与新料混合一起使用，其比例视制品的性能要求而定，再生料的比

例大，制品的性能会下降，一般不要超过30%,以免造成产品的性能和质量明

显下降。

12、停机处理

由于PPS对金属有较强的粘附性，故加工完成后，在停机之前必须把机筒内、

螺杆上粘附的PPS料清洗出来，否则胶料冷却后会牢固地粘在螺杆上，影响下

次或其它材料的生产，一般能够采用高密度聚乙烯(HDPE)来清洗；为了缩短

时间，也能够先用玻璃纤维示强PC料，再用HDPE料进行清洗，这样清洗效果较

好但费用较高。生产过程中需要中断成型一段时间，必须将机筒内的胶料全部排

出，并将机筒温度降低至270℃以下，因为熔料在高温的条件下长时间受热会

分解，并放出毒气体，因此生产场所必须注意通风。

四、常见缺陷与解决方法

1、填充不足

原因:

1）注射压力不足；2）注射速度慢；3）熔料温度低；4）排气不良；5）浇口过

小；6）过胶圈磨损。

解决方法：

1）提高注射压力；2）提高注射速度；3）提高机筒温度；4）在未填

满的部位加排气孔；5）扩大浇口尺寸或缩短浇口流道的距离；6）检查

过胶圈的磨损程度，更换。

2、表面无光泽

原因：

1）制品密度不足；2）填充速度慢；3）模具温度低；4）排气不良。

解决方法：

1）增加熔胶量，提高注射压力；2）提高机筒温度，提高注射速度；3）提高

模具温度；4）充分排气。

3、翘曲

原因：

1）制品冷却不均匀；2）制品壁厚不均匀；3）填充过度；4）注射速度

过快。

解决方法：

1）调整模具的温度控制，使其冷却均匀；2）产品的设计尽量使其壁厚均

匀；3）降低注射压力和保压压力；4）降低注射速度。

4、收缩、凹陷

原因：

1）制品密度不足；2）熔料含有气体；3）制品壁厚过厚；4）热收缩大。

解决方法：

1）增加熔胶量，提高注射压力，延长注射时间；2）充分干燥材料；3）制品

厚度不要超过7-lOnun;4）降低机筒温度及模具温度。

5、内部裂纹

原因：

1）制品冷却过快2）残余应力

解决方法：

1）提高模具温度，制品取出后浸入热水或放入烘箱中缓慢冷却；2）降低注

射速度，提高模具温度。

6、烧焦

原因：

1）排气不良；2）熔料温度过高。

解决方法：

1）增加排气孔；2）降低机筒温度、