手机常用塑胶材料(PC)

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聚碳酸酯（PC）
一、 简介
聚碳酸酯是指大分子链由碳酸酯型重复结构单元组成的一类聚合物，英文名称Polycarbonate, 简称PC。
依具体组成不同，PC可分成脂肪族、脂环族和芳香族脂肪-芳香族三类，工程上具有实际应用价值的为芳香族PC，并以产量最大、用途最广的双酚A型PC为主。
PC的突出性能是优异的冲击性和透明性，优良的力学性能和电绝缘材料性，使用温度范围广（-130~100ºC），尺寸稳定性高，耐蠕变性高，是一种集刚、硬、韧与一体材料的典型代表。
PC的主要缺点为吸湿性能大、加工易产生气泡及银丝，制件易产生残余内应力、并对缺口敏感性大，耐疲劳性低、磨擦性及耐磨性不好。
二、 结构性能
1． PC的结构
PC的分子链中含有多种基团，它所表现的性能为各种基团的综合反映。
亚苯基，提供刚性、力学性能和耐化学稳定性能；湠基，增加刚性；酯基，易吸水、电性差、耐化学稳定差；氧基，赋予韧性。
由于PC大分子主链的刚性和体积效应，使其结晶能力差，基本属于无定性聚合物，具有优异的透明性。
2． PC的性能
PC的性能如表1所示。
表1  PC及玻璃纤维PC的性能
性能 PC 30%玻璃纤维PC
相对密度 1.2 1.45
吸水率/% 0.15 0.1
成型收缩率/% 0.5 0.2
拉伸强度/Mpa 56~66 132
拉伸模量/Mpa 2100~2400 10000
断裂伸长率/% 60~120 <5
弯曲强度/Mpa 80~85 170
弯曲模量/Mpa 2100~2400 --
压缩强度/Mpa 75~80 120~130
剪切强度/Mpa 35 --
缺口冲击强度/（KJ/m2） 17~24 8
洛氏硬度 M80 M90
疲劳极限106次/Mpa 10.5 --
热变形温度（1.82Mpa）/℃ 130~135 146
长期使用温度/℃ 110 130
线膨胀系数/（x10-5k-1） 7.2 2.7
热导率[W/(M&#8226;K)] 0.2 0.13
体积电阻率/（Ω&#8226;cm） 2.1×1016 1.5×1016
介电常数（106Hz） 2.9 3.45
介电损耗角正切值（106Hz） 0.0083 0.0070
介电强度/(kV/mm) 18 19
耐电弧/s 120 120
(1) 一般性能  PC为透明、呈微黄色或白色硬而韧的树脂，燃烧时发出花果臭味、离火自熄、火焰呈黄色、熔融起泡。
(2) 机械强度  PC的力学性能十分优良，具有刚而韧的优点。其冲击性能是热塑性塑料中好的一种，比PA，POM高三倍之多，接近PF和UP玻璃钢的水平。PC的拉伸强度和弯曲强度都好，并受温度影响小。PC的耐蠕变性优于PA和POM，尺寸稳定性好。
PC的耐应力开裂性差，缺口敏感性高；耐磨性一般，比PA、POM及F4等差，但比PSF、ABS、PMMA等高；疲劳强度低，与其他品种塑料比较如表2所示
表2  106旋转次数时PC同其他塑料耐疲劳强度比较
材料 POM 布基PF PA6 PA66 PC 氯化聚醚
疲劳强度/MPa 35 27 22 21 10~14 7~7.5
(3) 热学性能  PC的耐高低温性好，可在-130~130℃温度范围内使用；热变形温度可达130~140℃，并受载荷的作用小；热导率和线膨胀系数都较小，阻燃性好，属于自熄性能材料。
   (4) 电学性能 PC因属于弱极性聚合物，其绝缘性能一般。但可贵之处在于其电性能在很宽的温度及湿度范围内变化较小，如介电常数和介电损耗角正切值在23~125℃范围内几乎不变。但需注意的是，随PC制品结晶度的提高，其体积电阻率增大。
   (5) 环境性能 PC可耐有机酸、稀无机酸、盐、油、脂肪烃及醇类，但不耐氯烃、稀碱、溴水、浓酸、胺类、酮及酯等，可溶于二氯甲烷、二氯乙烷及甲酚等溶剂中。
      PC不耐60℃以上的热水，长期接触会导致应力开裂并失去韧性。PC的耐紫外线性不好，需加入紫外线吸收剂；但PC的耐空气、臭氧性较好。
   (6) 光学性能 PC为最优异的光学塑料品种之一，其透光率可达93%之多，折射率为1.587，适于透镜材料PC作为高档光学材料的不足之处为硬度低、耐磨性差；二为双折射高，不易于光学仪器等高精度制品中。
三、 成型加工
1．加工特性
PC的熔体粘度很高，可达103~104Pa&#8226;s；其熔体的流变性在低剪切速率下接近牛顿流体，应主要通过温度调节流动性，成型时的冷却、凝固和定型时间短。
PC的刚性大，在加工过程中易产生内应力，因此对成型工艺条件要严格控制。并要进行后处理，处理条件为110~120℃，处理时间视厚度而定，厚度20mm以下8h、厚度20mm以上24h。
PC在成型中对水极为敏感，高温下微量水也会引起分解。因此，加工前一定要干燥处理，使含水量在0.02%以下。具体干燥条件为：温度110~120℃，时间10~12 h，料层厚度30mm以下。
PC属于无定型聚合物，成型收缩率低。PC制品不易带金属嵌件，如必须加入，应将嵌件预热导200℃或更高。
2．加工方法
PC的加工比较容易，可用注塑、挤出及吸塑等方法加工。
(1) 注塑 选用相对分子质量为2.7~3.4万中低粘度PC树脂，料筒温度为前段250~300℃、中段230~270℃、后段220~250℃，喷嘴温度240~290℃，注塑压力40~100Mpa，模具温度为80~120℃。
(2) 挤出 选用相对分子质量为3.4万以上高低粘度的PC树脂，挤出温度为230~300℃。
(3) 吹塑 型坯的成型条件同挤出。吹塑的模聚温度为100~120℃，吹塑压力为0.4~0.8Mpa。
四、 改性品种
聚碳酸酯塑料的改性品种主要为增强PC和PC合金两类。
1．增强PC
增强材料为玻璃纤维、碳纤维和硼纤维等，增强后可明显提高疲劳强度、拉伸强度、弯曲强度及压缩强度等，改善耐应力开裂性和耐热性，降低吸水性、线膨胀系数和成型收缩率。但冲击强度会有所下降。具体可参看表1所示。
以疲劳强度为例，加入20%的玻璃纤维可使疲劳强度从10Mpa增大到40Mpa，加入40%玻璃纤维会提高到50 Mpa。增强PC的加工性能与PC相差不大。
2．PC合金
PC合金的种类狠多，并已获得广泛应用。
①PC/ABS。目的降低内应力，改善加工流动性。此合金已用于机械、电器、帽盔及汽车车身等制品。
②PC/HDPE。降低熔体粘度，改善加工性能，提高冲击强度，改善耐应力开裂性。
③PC/POM。两者可以任意比例混合，在POM为25%以下时，PC的力学性能变化不大，但可显著提高耐溶剂性和耐应力开裂性，耐热性也有明显提高。
④PC/F4。可提高耐磨性5倍，如在其中加入玻璃纤维，PV值可大幅度提高。
⑤PC/PBT(PET)。合金的耐热性好，耐化学腐蚀性、耐应力开裂性、耐磨损性好，耐低温冲击性好，成型加工性好。此合金可用于汽车保险杠及车身护板等。
⑥PC/PMMA。合金具有耐溶剂性好、缺口冲击性高、耐热好、易加工、耐紫外线等优点，制品具有珍珠般光泽。可用于装饰品的生产。
⑦PC/PA。合金耐化学腐蚀性好、冲击强度高，可用于汽车、家电和光盘等。
五、 应用范围
(1)光学材料 主要为照明、建筑采光板、窗玻璃、光学仪器、光盘及通信等。照明材料有大型灯罩、防护玻璃、窗玻璃、建筑采光板等。通信材料有光盘及光导纤维等近年来开发的具有潜力的用途。PC可用作光学透镜材料和光学仪器材料
(2)电子/电器 PC属E级绝缘材料，注塑件可用于接插件及线圈框架等，薄膜可用于电容器、录像带、录音带及磁带等。
(3)机械零件 PC可用于齿轮、齿条、蜗轮、凸轮、拉杆、曲轴及壳体等。
(4)包装材料 利用透明和耐热等性能，用于纯净水、矿泉水的周转桶，旅行用热水杯、奶瓶及餐具等。
(5)医疗器材 用于医疗器械如杯、瓶、筒、牙科器材、药品容器及手术器械等，医用材料如人工肾、人工肺及人工脏器等。