PC塑料技术手册

PC塑料技术手册 作成：胡三本

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、 其它注意事项

一、何谓PC：

PC为Polycarbonate之简称，中文名为聚碳酸酯；其结构如下：

CH3

O C OC

n n＝85~130

CH3

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Bisphenol A灌

进光气 (COCl2) 而起界面重聚反应合成的。酸结合剂有使用Pyridine而

在非水系反应之Pyridine法和使用碱液的碱水溶液法，后者较具经济性

。制造技术上Bisphenol A的纯度，分离精制工程中的不纯物去除法以及

溶解于溶剂中的PC分离技术等都需费一番心机。在工程上也有采取连

续法，藉此减低Bisphenol A使用量等改善方案，最近的趋势则倾向于为

节省能源的工程改良为主题。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。

用 途 所 利 用 的 特 性

成 形 材 料 替 代 理 由

耐冲击性 耐热性 透明性 尺寸精度 尺寸安定 难燃性 耐候性 无毒性 电气特性 轻量化 绝缘化 一体化 安全化 生产性 降低成本

联结器 ○ ○ ○ ○ 热硬化性树脂 ○

继电器盖 ○ ○ ○ 铁板、AS树脂 ○

吹风机壳套 ○ ○ ○ 热硬化性树脂 ○ ○ ○

船用灯身 ○ ○ ○ 炮金 ○ ○

汽车车门把手 ○ ○ 锌模制品 ○ ○ ○

照相机零件 ○ ○ 铝模制品 ○ ○ ○ ○

电动工具壳套 ○ ○ ○ ○ 铝模制品 ○ ○ ○ ○

仪表用玻璃 ○ ○ 玻璃 ○

钢盔 ○ ○ FRP ○ ○ ○

人工透析零件 ○ ○ ○ PVC ○

奶瓶 ○ ○ ○ 玻璃 ○ ○ ○

2. TYC使用PC之物性：

厂牌

物性 单 位 住友303-10

(PC透明料) 奇异LS2-111

(PC透明料) 陶氏330

(PC+GF30﹪)

比重 ------ 1.2 1.2 1.42

吸水性 % 0.15 0.15 ------

模收缩率 % 0.5~0.7 0.5~0.7 0.1~0.3

全光透过率 % 90 89 不透明

熔流指数 g/10min 10 11 6.5

引张强度 kg/cm² 720 630 1000

延伸率 % 130 100 ------

弯曲强度 kg/cm² 980 950 1300

弯曲弹性率 kg/cm² 25000 24000 66000

IZOD冲击强度 kg.cm/cm 91 87 14

热变形

温度 荷18.6kg/cm² ℃ 136 132 142

荷4.6kg/cm² 148 138 ------

线膨胀系数 10-5㎝/㎝-℃ 6.8 7 ------

燃烧性 (UL–94) ------ V-2 V-2 V-0

3.冲击特性：

PC的耐冲击性在所有工程塑料中特别高，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。

当分子量达2.0×104以下时冲击强度会大幅降低，在这以上则逐渐

上升；到2.8×104~3.0×104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2.0×104左右) 。当改变缺口先

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

的应变速度的改变，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

升高，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5~6㎜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、紫外线吸收剂、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

度的平均上来决定。

4.光学性质：

PC在工程塑料中以透明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

佳的高级透明材料，其用途已扩至光学用。PC在不含紫外线吸收剂时

会吸收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)；对于红外线部分，则厚度达5.0μm以上就几乎不透过。PC

的折射率约1.58，比PMMA(1.49)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应而劣化，劣化现象从表面开始，

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柔软性的降低，终至龟裂；因此，

添加紫外线吸收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

收剂。

5.应力龟裂性：

当PC超过一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300㎏/㎝2，分子量为22000以上时为200

㎏/㎝2。因此假如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20000以下时界限

应力会极端降低。

B.有缺口或焊接部分。

C.在化学环境中使用(通常以环境应力龟裂表示)。

PC在实用上以C的情形问题较大。因为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。原因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，因此预测就显得极为困难。

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﹪(㎜/㎜)；热膨胀率

与一般塑料大致相同；热缩收率在120℃处理时约0.1﹪左右；成形缩

收率(模缩收率)为0.5~0.7﹪。

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注意下列事项：

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＝350~500㎏/㎝2 ×S (S为投影面积)公

式；随着高压射出的趋势，选定成型机宜采用比上式高之压力。

C.射出率愈高愈适合薄制品。

最近成形条件趋势倾向多段控制或死循环控制，多段控制的项目包括射

出速度、射出压、背压、螺旋转数等；死循环控制应包括实际造成制品

的模具的控制。

其它的特殊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时即使材料未干燥也可以顺利

成形。使用超高压成型机成形PC制品时，成形缩收会减少；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℃

的高温出现；模具温度，只要厚度薄而均一，在60℃以下的低温也可

顺利成型，但若要减少成型内应力，模具温度最好提升至100~120℃

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

互交错进行，情况复杂。成型上的有关因素是原料的预备干燥、成型温

度、滞留于料管中的时间、背压、螺旋转数等。PC原料的预备干燥只

要严守干燥条件(120℃ ×4~5小时以上)应无问题；但在使用回收料时

容易发生干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，

若成型温度在320℃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120℃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。