液晶高分子聚合物Word下载.docx
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成型加工条件参考为：
成型温度300～390℃；
模具温度100～260℃；
成型压力7～100Mpa,压缩比2.5～4，成型收缩率0.1～0.6。
LCP
（一）液晶高分子聚合物（LiquidCrystalPolyester），简称LCP。
是80年代初期发展起来的一种新型高性能工程塑料
一、概述
LCP是一类具有杰出性能的新型聚合物。
LCP是包含范围很宽的一类材料：
a、溶致性液晶：
需要在溶液中加工；
b、热致性液晶：
可在熔融状态加工。
最初工业化液晶聚合物是美国DuPont公司开发出来的溶致性聚对亚苯基对苯二甲酰胺（Kevlar&
reg;
）。
由于这种类型的聚合物只能在溶液中加工，不能熔融，只能用作纤维和涂料。
以下内容只包括热致性LCP。
LCP外观：
米黄色（也有呈白色的不透明的固体粉末）；
LCP密度：
1.35-1.45g/cm&
sup3;
。
液晶树脂的耐热性分类（低、中和高耐热型）
类型热变形温度/℃ASTM分类日本分类牌号举例
低耐热＜177Ⅰ型Ⅲ型Vectra&
A430、Rodrun&
LC3000
中耐热
177～243
Ⅱ型
Ⅱ型Zenite&
6330、Vetra&
A130、Novaccurate&
E335G30、Sumikasuper&
E7000、Rodrun&
LC5000、UenoLCP&
1000
高耐热＞243Ⅲ型Ⅰ型Xydar&
-930、Zenite&
6130Vectra&
C130、UenoLCP&
2000、TitanLCP&
LG431、Novaccurate&
E345G30
高耐热液晶聚合物的代表性质
牌号Xydar&
G-930Titan&
LG431Zenite&
7130Zenite&
6130Vectra&
E130iVectra&
c130
相对密度1.601.631.661.671.611.62
拉伸强度/MPa135139145150165159
弯曲强度/MPa172170174170221214
Izod缺口冲击强度/（J/m）96299160123208176
热变形温度（1.82MPa）/℃271275289263276255
二、LCP的特性与应用
1、特性
a、LCP具有自增强性：
具有异常规整的纤维状结构特点，因而不增强的液晶塑料即可达到甚至超过普通工程塑料用百分之几十玻璃纤维增强后的机械强度及其模量的水平。
如果用玻璃纤维、碳纤维等增强，更远远超过其他工程塑料。
b、液晶聚合物还具有优良的热稳定性、耐热性及耐化学药品性，对大多数塑料存在的蠕变特点，液晶材料可以忽略不计，而且耐磨、减磨性均优异。
c、LCP的耐气候性、耐辐射性良好，具有优异的阻燃性，能熄灭火焰而不再继续进行燃烧。
d、LCP具有优良的电绝缘性能。
在连续使用温度200-300℃，其电性能不受影响。
间断使用温度可达316℃左右。
e、LCP具有突出的耐腐蚀性能，LCP制品在浓度为90%酸及浓度为50%碱存在下不会受到侵蚀，对于工业溶剂、燃料油、洗涤剂及热水，接触后不会被溶解，也不会引起应力开裂。
2、应用
a、电子电气是LCP的主要市场：
电子电气的表面装配焊接技术对材料的尺寸稳定性和耐热性有很高的要求（能经受表面装配技术中使用的气相焊接和红外焊接）；
b、LCP：
印刷电路板、人造卫星电子部件、喷气发动机零件、汽车机械零件、医疗方面；
c、LCP加入高填充剂或合金（PSF/PBT/PA）：
作为集成电路封装材料、
代替环氧树脂作线圈骨架的封装材料；
作光纤电缆接头护套和高强度元件；
代替陶瓷作化工用分离塔中的填充材料。
代替玻璃纤维增强的聚砜等塑料（宇航器外部的面板、汽车外装的制动系统）。
三、LCP的注塑工艺
由于改性后的性能和用途级别相差很大，其加工工艺变数也很大，故应相应调整如下范围：
1、干燥：
140℃～140～150℃/5-7Hr
2、注塑温度：
260～300～410℃
3、模温：
100～100～240℃
四、主要生产公司
①DuPont、
②Eastman、
③Solvay、
④Ticona、
⑤三菱工程塑料公司、
⑥住友、
⑦宝理塑料（为Ticona和日本大赛珞化学公司的合资公司）、
⑧东丽,
此外还有上野精细化工公司和Unitika公司等。
五、其它了解
热致性LCP具有全芳香族聚酯和共聚酯结构。
它还具有密集排列的直链聚合物链结构，形成的产品具有良好的单向机械性能特点。
良好高温性能（热变形温度为121～355℃）、良好的抗辐射性、抗水解性、耐候性、耐化学药品性、固有的阻燃性、低发烟性、高尺寸稳定性、低吸湿性、极低的线膨胀系数、高冲击强度和刚性（按相同重量比较，LCP的强度大于钢，但刚性只是钢的15%）。
LCP可以耐酸、溶剂和烃类等化学品，并有较好的阻隔性。
液晶芳香族聚酯在液晶态下由于其大分子链是取向的，它有异常规整的纤维状结构，性能特殊，制品强度很高，并不亚于金属和陶瓷。
拉伸强度和弯曲模量可超过10年发展起来的各种热塑性塑料。
LCP-液晶高分子聚合物成型技术探讨
摘
要：
介绍液晶聚合物（LCP）的工艺特性，指出注射模结构的要点，阐述成型中料筒温度、模具温度、注射压力、注射速度和时间等工艺参数确定的原则。
并结合生产产品，介绍LCP材料注射成型工艺、成型加工要点和注意事项。
关键词：
液晶聚合物工艺特性注射成型模具结构
液晶聚合物（LCP）是20世纪80年代出现的新型聚合物，具有独特的分子结构和热行为。
它的分子由刚性棒状分子链组成，在受热熔融或被溶剂溶解后，形成一种兼有固体和液体部分性质的液晶态，分子排列介于液体和晶体之间。
LCP具有高强度、高模量和自增强性能，有杰出的耐高温和冷热交变性能，优异的阻燃性、耐腐蚀性、耐磨性、电性能、阻隔性和成型加工性能，线障系数和摩擦系数小，尺寸稳定性高，抗辐射，耐微波，综合性能十分优异，被誉为超级工程材料。
但因原材料价格昂贵，合成困难使其推广应用受到了一定的限制。
但近几年，关于液晶聚合物的应用研究越来越引起人们的重视。
本文以HX系列液晶聚合物为例对其注射成型工艺进行了研究。
一、LCP的工艺特性
1优良的方向性
LCP在加工过程中，大多数刚性棒状大分子链沿流动方形排列，因此顺流动方向的强度和模量很大，可达一般工程塑料加入30％玻纤的水平，垂直于注射方向的强度仅为流动方向的1/3，成型收缩率和线胀系数约为流动方向的2～3倍（见表1），所以，可利用此性能进行原位复合或者增强。
表1：
LCP制品的方向特性、
项
目
平行注射方向
垂直注射方向
拉伸强度/Mpa
断裂伸长率/%
弯曲强度/Mpa
弯曲弹性模量/Mpa
缺口冲击强度/KJ.m-2
成型收缩率/%
108.5
8
111
12000
35
30
10
34
1600
3.5
0.3
2溶体粘度低，流动性好
LCP虽为方向结构但熔体粘度不高，仅为一般聚合物的几分之一，但是LCP保持了优良的性能，又降低了成型温度，流动性好，易于成型，用较低的成型压力就可成型薄壁制件和形状复杂的制件，且越是薄壁制件其强度越高，这是由于分子高度定向所致。
3固化快、周期短、不易产生飞边
LCP流动性较大，固化速度快，因此成型周期短，生产效率高，且很少出现溢边现象。
4成型收缩率和线胀系数很小
LCP受热熔融后形成一种兼有固体和液体部分性质的液晶体，其分子链僵直，相互间填塞更紧密，不同基团之间联结更强，从而严重的限制了分子链在注射方向排列。
在成型过程中仅发生部分相变而无结晶引起的体积收缩，因此收缩率小，线胀系数很低，接近金属，是一种良好的低线胀系数和低收缩率材料，见表2。
表2：
LCP与几种材料的线胀系数对比
材
料
线胀系数/×
10-5K
30％GF增强LCP
PPS-R-4
PBT301-G30
铝
软钢
黄铜
-0.1～-0.5
0.6～0.8
2.2
2.5
2.6
2.0
2.8
5熔融强度低
LCP熔接强度低，这种缺陷在LCP模具结构中应加以注意，将熔接痕设在强度要求不高的部位。
6原材料应该严格干燥
在成型条件下微量水分就会使LCP降解，故成型前应将材料严格干燥，使水分降低到0.03％以下方可使用。
二、模具结构和成型设备
1模具结构、
∙⑴LCP流动性优良，适用注射成型，但是模具结构应该根据材料的工艺特性开设。
LCP具有各向异性和熔接强度低的特性，在设计时应考虑在模腔中的流动方向与成型零件的特性要求的关系，以确保零件的强度。
同时考虑熔接强度不足，在模具结构中应尽量避免熔接痕。
∙⑵浇口系统
考虑到压力损失，浇道的形状优先采用圆形和梯形浇道。
浇道直径为2㎜～5㎜，长度应尽可能短，在多位模中型腔距离应相等。
主浇道和分浇道应将零件强度要求高的尺寸放在平行流动方向上，要求不高的放在垂直流动方向上。
∙⑶排气槽
LCP在成型时会产生微量气体，设计排气槽不仅可随时排除成型时产生的气体，而且也有利于型腔内空气的排除，有利于成型。
排气槽应设在气体汇集处。
∙⑷成型收缩率
LCP成型收缩率很小，且平行流动方向的收缩率小于垂直流动方向的收缩率。
在设计型腔尺寸时，流动方向不能确定时，采用垂直与平行收缩率的平均值。
2注射机
LCP最高成型温度在350℃左右，一般螺杆式注射机均可使用。
注射量是注射机注射容量的50％～70％。
可选用普通开放式喷嘴，压力损失小，可靠性好。
喷嘴的加热应能单独控制，若出现料流可适当降低温度。
LCP流动性好，固化快，可选用具有高塑化能力的注射机，实行高速成型。
三、工艺参数的选定
我们选用了HX1100、HX1330、HX6130、HX7130四种液晶材料在立式与卧式两种型号的注塑机上分别进行了注射加工。
1加工设备
以SYS—25克立式注塞式注射机成型了图1所示的各种小样件，以TTI—260F卧式注射机成型图2所示的两种大型零件。
2成型
图2的两种零件较大，因此在工装上采用了加热棒，使模具能够精密控制在100℃～130℃，而图1小制件采用电热板传热方式。
图1
图2
3工艺参数的控制
热致性液晶聚合物在熔融态进行注射成型时，刚性伸直链液晶微区受到剪切力作用时，发生了沿剪切力方向的宏观取向，由于其刚性链松弛时间大于冷却时间，使定向部分就地成纤，在固态材料中起到了增强作用。
总之，刚性分子链熔融态因受应力作用发生的取向和流变行为，决定了制件成型后的性能，所以说制件的性能（尤其是力学性能）是与成型中的工艺参数成函数关系的。
3.1温度
其中包含料筒温度、喷嘴温度和模具温度参数。
无论是立式SYS—25柱塞注射机，还是TTI—350F卧式注射机，其料筒温度都应控制在310℃～350℃之间。
不过对于柱塞式机床而言，相应的温度应高于螺杆式注射机。
由于液晶聚合物一旦达到粘流温度便表现出很好的流动性，若用直通式喷嘴的话，流延情况较为严重。
所以喷嘴温度比料筒温度低10℃左右。
适宜的模温对保证制件的质量是必要的；
既能保证冲模性，又能得到较高的表面质量。
料温和模温越高，表面光洁度越高；
料温过低时，材料的强度和伸长率急剧下降，但模具温度较高时，若保压时间和冷却时间不够，制件表面易起泡。
在成型图2所示的较大制件时，情况就和成型小制件有所不同。
首先是温度偏低时大制件表面易出现显著的“焊缝”（一种细微的料流熔接痕，为LCP所独有），对以玻纤增强的LCP制件表现的尤,为明显（制件表面表现出显明的沿流动方向的纹路）；
其次温度对大制件表面质量影响比小制件来的大。
为了获得较好表面质量，模具温度适宜控制在100℃～130℃之,间。
图1的小制件模温控制在110℃～130℃。
3.2压力
由于LCP在合适的温度下具有良好的流动性，使得LCP在较低的注射压力、较短的时间即可冲模成型。
由于成型图1所示小制件的工装采用直浇口，所以可以在较低的注射压力下成型。
但以玻纤增强的材料应采用较大的注射压力：
如HX1330是以滑石粉为填充剂的，应力稍低些，这可能是由于短纤在其熔体中与分子刚性链侧面（液晶取向单元）发生了“纠缠”所导致。
在成型图2所示的大型制件时，若压力不够大则制件表面粗糙、手感发麻，制件表面的焊缝愈明显，制件的致密性也较差。
图2中的盒体因注射压力的不同造成最大重量差达25克，当然其力学性能也同样比较差，这在通用工程塑料中是不多见的。
HX系列的注射压力易控制在50MPa～100Mpa（比其它含刚性链大分子的塑料低一些），对大型制件易采用较大的注射压力和保压压力。
3.3时间
从几种不同牌号的LCP成型来看，该材料熔体冷却速度比其它工程材料速度快，因而可以采用较短的模塑周期来成型。
当然注射时间、保压时间和冷却时间对制件质量影响与其它工程塑料是相同的。
3.4工装
针对工装我们结合实际只讨论浇注系统和模具加热装置。
在成型图2中的盖制件时，曾采用点式浇口，但因为不易注满制件，且表面质量差。
后来工装改为直浇道，情况大为改善，无论表面质量还是力学性能都得到了很大的提高（浇口尺寸在一定范围内越大，制件的表面光洁度越高）。
因此得出这样一个结论：
对于以玻纤增强的LCP大制件不宜采用点浇口，对大型制件应采用直浇口成型，浇口用机械加工方法去除；
浇口结构对LCP制件表面质量和力学性能影响很大，对LCP浇口尺寸应大一些，这是因为其熔体冷却速度较快。
另外HX系列LCP适宜模温为110℃～130℃，故对工装应采用加热系统。
图1中的小制件采用模板加热方式（SYS—25注射机下模板带有加热装置），图2制件的工装采用了加热棒加热。
3.5成型工艺过程中各工艺参数应综合考虑。
压力、温度、时间等参数应相互匹配，这样才能得到合格质量的制件，不能孤单靠某一参数来保证产品质量。
现将图1和图2成型时选用不同牌号的LCP的成型参数列表，见表3。
项目/LCP牌号
LCP1100
LCP1330
LCP6130
LCP7130
注射压力MPa
70
50
65
料筒温度℃
310～340
320～350
320～340
模温℃
110～120
110～130
120～130
冷却时间s
>
60
90
成型周期s
240
300
四、推广及应用
液晶聚合物不仅具有其它高分子不可比拟的物理性能、力学性能，而且它在热学、化学、电学等方面的性能也表现的非常出色。
热致性液晶聚合物还有良好的熔体加工（含注塑加工和挤出成型）特性，这为它的应用与推广奠定了坚实的基础。
随着液晶聚合物材料在我厂的引入和对其加工、使用各方面性能的透彻了解以及对其加工工艺经验的积累，它将成为军电、纺电产品中高精度、高性能、复杂高精密注塑制件的首选材料。
关于特种塑料的一些知识
了解聚碳酸酯（PC）
一、聚碳酸酯（Polycarbonate），简称PC，俗称防弹胶。
分类：
1、脂肪族；
2、脂环族；
3、脂肪-芳香族；
4、芳香族（双酚A型聚碳酸酯）/具工业价值/商业化品种
二、聚碳酸酯（PC）的特性与应用
1、聚碳酸酯特性：
（1）物理性能：
a、非结晶性、无毒、无臭、无味、透明颗粒（粉体白色）；
b、密度：
1.18～1.20g/cm3；
c、对水稳定性：
80℃内对水稳定，80℃以上易水解变形；
d、分子量：
2～7万之间；
e、光泽好，易于着色；
f、耐化学腐蚀性，耐油性优良、耐碱性较差。
（2）机械性能：
a、冲击强度：
是通用工程（热塑性）塑料中最好的，其数值与45%玻纤增强聚酯PET媲美；
（影响冲击强度的主要因素：
分子量、缺口半径、温度和添加剂）
b、耐蠕变性：
在热塑性工程塑料中是相当好的，甚至优于尼龙和聚甲醛。
因吸水而引起的尺寸变化和冷流变形均很小。
这是它尺寸稳定性优良的重要标志；
c、疲劳强度：
抵抗周期性应力的能力较差；
d、耐摩擦磨耗性：
与其他的工程塑料相比，摩擦系数较大，耐磨性较差；
e、应力开裂：
注塑、周期性应力使用、摩擦时均易产生应力开裂隐患。
（溶剂开裂：
聚碳酸酯的非结晶性，分了间堆砌不够致密，芳香烃、氯代烃类有机溶剂能使其溶胀或溶解，容易引起溶剂开裂现象）
（3）热性能：
a、分解温度：
300℃以上；
b、长期工作温度范围：
-60～120℃；
c、脆化温度：
-100℃（良好的耐寒性）。
（4）电性能：
a、高频绝缘性能：
优良（分子极性小、吸水性低，接近电绝缘性能优良的PET）；
（与温度、湿度、电场频率和制品厚度密切相关）
b、介电系数：
2.96；
c、击穿电压：
18～22KV/mm；
d、耐电弧性：
110s。
（5）耐老化性:
a、光老化：
PC光老化性好（敏感于UV）；
b、热氧老化：
热、氧和水汽会加速PC老化（本身含杂质，会引起降解）。
（6）燃烧性:
a、阻燃性：
PC本身是V-2级（火焰呈淡黄色、冒黑烟；
氧指数仅25%，离开火源自熄）；
b、阻燃改进：
V-0/5V级（卤化物、三氧化二锑、氢氧化镁、磷酸和红磷）。
（7）光学性能:
纯净聚碳酸酯无色透明，具有良好的透光性，因其表面硬度较差，耐磨性不好，表面容易发毛而影响其透光率。
2、应用
1、高透明性及高冲击强度的领域：
视窗、防护壳体；
2、汽车制造业：
汽车前灯、侧灯、尾灯、镜面、透镜、车玻璃、内外装饰件、仪表板；
3、电子电器业：
低压电柜的接线座、各种绝缘插件、绝缘套管、机床电机保护开关、空心砖外壳、仪表外壳和办公室自动化设备、光盘、聚合物光纤的芯材；
4、建筑业：
代替玻璃和金属，
5、其它的领域。
了解可塑（淀粉）生物全降解材料（PSM）
一、可塑淀粉生物全降解材料是人类新一代生态环境材料（PolystarchMaterial），简称“PSM”。
1、它是由大量可再生资源：
淀粉复合而成的热可塑性材料。
2、工艺路线：
淀粉+助剂+PP/PE共混后经双螺杆挤出造粒。
二、特性与用途：
1、在自然环境中，约10天后开始降解，90天后降解≥70%。
2、利用这种性质制造环境友好产品（或使用周期短的产品），例如，一次性使用的餐具和其它生活用品：
刀、叉、勺、碟、碗、筷子、花盆、玩具等。
三、其它了解：
1、该材料由湖北武汉华丽环保科技有限公司研制；
2、“PSM”生态环境新材料专利号为“01138290.2”
“PSM”专用机械设备专利号为“02115416.3”
3、“PSM”新材料生产的一次性生物全降解餐饮具，经国家质检中心和铁道部产品质量检验中心等多家权威机构的系统检测、各项指标均优于GB18006.1--1999的技术要求，其降解性能、使用性能、卫生指标是国内其它类似产品无法比拟的。
4、全生物降解粒料及片材和部分制品已销往国内及德国、新加坡、台湾、马来西亚、香港等国家和地区，其产品的优良性能、合适的价格受到用户的普遍欢迎
5、现已展开成套专用设备、生物降解材料及制品的推广。
了解聚酰亚胺（PI）
一、聚酰亚胺（Polyimide），缩写为PI。
1、聚酰亚胺（PI）是主链含有酰亚氨基团（─C─N─C─）的聚合物。
主要有两大类：
脂肪族（实用性差、非商业化）芳香族（获得商业化的品种）芳香族聚酰亚胺分为以下几类：
均苯型、单醚型、双醚酐型、聚醚酰亚胺（PEI）、聚双马来酰亚胺、降冰片烯二酸改性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺（PAI）。
2、PI物理性能：
a、密度：
1.36～1.43g/cm3；
b、无毒、无臭、无味、黄白色粉末或颗粒；
3、PI的不足之处有：
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