TORELINA的基本特性

Ⅰ. 分子量

注塑规格的TORELINA™，重量平均分子量（Mw）大约在20,000到60,000之间(近似).

Ⅱ. 结晶行为

PPS树脂的熔点大约278℃，玻璃态转化温度约为93℃，图2.1充分地显示了表征成型品随着温度的递增，结晶行为变化过程的DSC（差示扫描量热）曲线。结晶相的熔融峰值在278℃左右，但是在微观状态下，温度即使上升到约290 ℃时可能仍然有晶体存在。如果在这些晶体残存的状态下，TORELINA™再次被冷却、固化时，将无法充分的表现出它固有的机械性能，例如：韧性。所以它的成型温度应至少在300℃以上。这方面也适用于其他结晶型聚合物。

图 2.1 A504X90的DSC曲线 (升温速率: 20℃/分)

图 2.1 A504X90的DSC曲线 (升温速率: 20℃/分)

对于使用低模温成型出来的产品，结晶度会较低，换句话说，在120℃ ～ 130℃会出现一个冷结晶峰值，详情请参考TORELINA™物性技术资料。对于已经充分结晶化的PPS成型品，根据品名规格与测定方法的不同，结晶度一般能达到40%～60%。在标准状态下，PPS树脂的结晶部份的密度是1.43 g/cm3，非晶部分的密度是1.32 g/cm3。 因此，充分结晶的成型品的PPS树脂的密度大约是1.38 g/cm3，在熔融状态下的密度约为1.05 g/cm3。

Ⅲ. 其他热学性能

图2.2显示的是温度与热扩散的关系。热扩散用以下公式表达，表征了材料冷却的难易程度。

  • 图 2.2 温度与热扩散的关系图 2.2 温度与热扩散的关系

A310MX04比A504X90的热扩散率高，而且在成型时固化得更快，这些都有利于缩短成型周期，但是不利之处在于成型薄壁产品时流动性不好，这种热扩散率的差异是由强化材的种类与比例的不同而引起的。

Ⅳ. 流动性

1 熔融粘度

影响材料的流动性能的一个主要因素是熔融粘度。熔融粘度受温度与剪切率的影响。图2.3和2.4显示的是TORELINA典型规格的熔融粘度数据。如表所知，温度每上升10℃，TORELINA的熔融粘度就会下降15%。随着剪切率的增加，TORELINA的熔融粘度也会随之降低，这种变化与其他结晶型热塑性树脂一样具有共通性

  • 图 2.3 温度关联 (剪切率: 608/s)图 2.3 温度关联 (剪切率: 608/s)
  • 图 2.4 剪切率关联 (温度: 320℃)图 2.4 剪切率关联 (温度: 320℃)

2 成型时的流动性

(1) 螺旋流动长

图2.5与2.6显示了TORELANA™代表品种（A504X90和A310MX04）的螺旋流动长。从图中可以看出，尽管TORELINA™是具有高耐热性的材料，但它的流动性非常好。另外，实际的成型品的流动性估计能达到螺旋流动长的70%左右。

  • 图. 2.5 射出压力关联(t 1 mm)图. 2.5 射出压力关联(t 1 mm)
  • 图. 2.6 成型品厚度关联图. 2.6 成型品厚度关联
  • * 成型条件（设定值）：成型温度：320℃，模温：130℃, 射出压力：98 MPa, 射出速度：100 mm/s

表. 2.1.列出了TORELINA™不同规格的螺旋流动长（壁厚：1mm）的对比结果。

表. 2.1 TORELINA™的流动性 (t 1 mm)

Item Units Glass fiber reinforced Glass + filler reinforced Elastomer improvement Unreinforced
A504X90 A604 A310MX04 A610MX03 A673M A575W20 A495MA1 A900 A670T05
Bar flow mm 135 120 105 90 150 200 140 200 150
  • *成型条件（设定值）：成型温度：320℃，模温：130℃, 射出压力：98 MPa, 射出速度：100 mm/s

Ⅴ. 尺寸稳定性

1 成型收缩率

成型收缩率是因为材料在熔融状态和常温固态时的比容积的不同而产生的。当材料由熔融态转变成固态时，聚合物的体积将会发生变化而收缩。同时温度的降低也会引起强化材的收缩（尽管是很微小的收缩）。这种体积收缩是导致成型收缩率的因素之一。
材料因素、设计因素、模具和成型工艺等因素也会影响到成型收缩率，下述将会讲到。

(1) 材料因素

强化材由于在温度变化时引起体积的变化程度相比PPS树脂小，因此，强化材的填充比例越高，成型收缩率越小。纤维强化材（例如：玻纤）的纵横比很大（各向异性），流动方向的收缩率小，而垂直方向的收缩率很大。和其他的FRTP(纤维强化的热塑性塑料)一样，TORELINA™一般在流动方向的成型收缩率很小，在垂直方向的成型收缩率较大。

表 2.2 显示了TORELINA不同规格的成型收缩率的对比数据。

表. 2.2 TORELINA的成型收缩率

Item Units Glass fiber reinforced Glass + filler reinforced Elastomer improvement Unreinforced
A504X90 A604 A310MX04 A610MX03 A673M A575W20 A495MA1 A900 A670T05
Mold shrinkage Machine direction % 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.15 1.40 1.50
Transverse direction % 0.80 0.80 0.60 0.60 0.85 0.55 0.75 1.90 1.90
  • * 成型品形状： 80 mm x 80 mm x 3 mm t，成型条件 (设定值)：成型温度：320℃ 模具温度：130℃，射出压力：下限成型压力+ 10 MPa，射出速度：100 mm/s

（2）设计因素

成型收缩率随着成型品的壁厚的不同而变化。图2.7和2.8表述了两者之间的关系。与其它的树脂一样，成型收缩率会随着壁厚的增加而呈现出增大的趋势。这是因为壁厚越厚，成型时产生的取向应力对其影响越小，而且结晶度越高。另外，成型收缩率的变化还取决于成型品是否具有抵抗树脂收缩的结构。普通的成型品（非平板）一般都会有抵抗树脂收缩的结构。例如：盒状的成型品，其外表面可以自由的收缩，但是内壁由于受到模具的限制而不能自由收缩，所以内壁的收缩相对会小。对于有加强筋、BOSS等设计的成型品而言，加强筋之间、BOSS之间、加强筋与BOSS之间都存在一定的空间，这些空间的存在都限制了成型品的收缩。总体而言，普通成型品的收缩率一般要比平板状制品的收缩率要小。

  • 图. 2.7 成型品厚度与成型收缩率的关系（流动方向）图. 2.7 成型品厚度与成型收缩率的关系（流动方向）
  • 图. 2.8 成型品厚度与成型收缩率的关系（垂直方向）图. 2.8 成型品厚度与成型收缩率的关系（垂直方向）
  • * 成型品形状：80 mm x 80 mm ，成型条件（设定值）：成型温度：320℃，模具温度：130℃，射出压力：下限成型压力+ 10 MPa，射出速度：100 mm/s

（3）模具因素

浇口的位置与尺寸，模具温度分布的均匀性都对成型收缩率有影响。TORELINA™的成型收缩率在树脂流动方向上表现出各向异性，所以如何根据浇口的位置来预测关注区域的流动方向是很重要的。如果浇口太小，浇口封闭时间就会比成型品的固化时间要短，导致成型品的保压不足，成型收缩率将会增加。而且模温也在很大程度上影响TORELINA™的成型收缩率，所以模温的均匀分布也很重要。对于尺寸要求特别严格的部位，温度的管控就需要特别注意。另外，因为很难将加热器和控温管插入到导柱和嵌套部位，所以针对这些部位，温度的控制将会显得不足，可能会造成这些部位出现温度差异，这些差异可能会导致尺寸精度的下降，因此在模具设计阶段要特别的注意。

（4）成型工艺因素

图2.9～2.14显示了成型温度、射出压力和模温与成型收缩率的关系。成型温度或射出压力对成型收缩率的影响相对要小，但模温对收缩率的影响是相当大的，所以在成型时要特别注意。这种现象产生的原因之一是成型品结晶度会随着模温的增加而增加，这与其他结晶性聚合物材料具有共通性。特别是PPS树脂，当模温在它的玻璃态转化温度（90℃）附近时，成型品结晶度的变化将会相当大，所以当温度超过90℃时，成型收缩率会变大。具体请参考图3.14。模温对厚壁成型品的成型收缩率的影响较小，对薄壁成型品的影响要相对较大，这与其他热塑性树脂一样。此外，随着成型时冷却时间的缩短，成型收缩率也会增加，这是所有结晶型树脂的共通性。

  • 图. 2.9 炮筒温度与成型收缩率的关系(流动方向)图. 2.9 炮筒温度与成型收缩率的关系(流动方向)
  • 图. 2.10 炮筒温度与成型收缩率的关系(垂直方向)图. 2.10 炮筒温度与成型收缩率的关系(垂直方向)
  • * 成型品形状：80 mm x 80 mm x 3 mm t 角板，成型条件（设定值）：模温：130℃，射出压力：下限成型压力+ 10 MPa，射出速度：100 mm/s
  • 图. 2.11 射出压力与成型收缩率的关系（流动方向）图. 2.11 射出压力与成型收缩率的关系（流动方向）
  • 图. 2.12 射出压力与成型收缩率的关系（垂直方向）图. 2.12 射出压力与成型收缩率的关系（垂直方向）
  • *成型品形状：80 mm x 80 mm x 3 mm t 角板，成型条件（设定值）：成型温度：320℃, 模温：130℃，射出压力：下限成型压力+ 10 MPa，射出速度：100 mm/s
  • 图. 2.13 模温与成型收缩率的关系（流动方向）图. 2.13 模温与成型收缩率的关系（流动方向）
  • 图. 2.14 模温与成型收缩率的关系（垂直方向）图. 2.14 模温与成型收缩率的关系（垂直方向）
  • *成型品形状：80 mm x 80 mm x 3 mm t 角板，成型条件（设定值）：成型温度：320℃, 模温：130℃，射出压力：下限成型压力+ 10 MPa，射出速度：100 mm/s

2 加热收缩率

图. 2.15 模温与成型收缩率的关系 (A504X90)图. 2.15 模温与成型收缩率的关系 (A504X90)※形状：116×6×1.6mmt、成型温度：320℃、热处理温度：200℃×1hr

如果将TORELINA™的成型品在高温的环境下进行处理，它的尺寸可能会减小，这种现象被称之为加热收缩。当成型品暴露在高温环境下，并且该温度超过了成型时的模温（一般是130℃），在成型过程中产生的应力此时就会被释放出来，重结晶也会发生，这些变化现象都是产生加热收缩的主要原因。当产品需要在高于成型时的模温的环境下使用时，我们要注意它的尺寸的波动。为了确保这种在高温环境下使用的产品的尺寸稳定性，建议成型时的模温要与产品的使用环境条件下的温度相匹配，或者将成型品在高于使用环境温度20℃～30℃的条件下进行2～3小时的热处理（退火处理）。

3 线性膨胀系数

表.2.3 列出了TORELINA™典型规格的线性膨胀系数。详情请参考TORELINA™物性技术资料。

表. 2.3 TORELINA™的线性膨胀系数

Item Temperature range
(℃)		 Units Glass fiber reinforced Glass + filler reinforced Elastomer improvement Unreinforced
A504X90 A604 A310MX04 A610MX03 A673M A575W20 A495MA1 A900 A670T05
Machine
direction
(MD)		 -40 to 90
90 to 200
-40 to 200		 ×105/K 2.1
2.8
2.4		 2.0
2.8
2.4		 1.5
2.1
1.8		 1.6
2.2
1.9		 2.1
2.2
2.2		 1.8
2.0
1.9		 1.9
2.2
2.1		 4.6
10.9
7.7		 5.1
11.0
8.0
Transverse
direction
(TD)		 -40 to 90
90 to 200
-40 to 200		 2.9
3.6
3.2		 3.2
4.0
3.6		 2.0
3.1
2.5		 2.1
3.1
2.6		 3.1
3.9
3.5		 2.3
2.6
2.5		 2.4
3.5
3.0		 4.9
11.1
8.0		 5.5
11.8
8.7
  • * 成型品形状：80 mm x 80 mm x 3 mm t 角板的中心部分切割加工

4 吸水与尺寸变化关系

TORELINA™的吸水率基本上和PE一样低，但是在高温和高湿的条件下，它会吸收少量的水，可能会引起尺寸变化（表2.4）。
将A504X90在60℃ x 95%RH的条件下处理250小时，吸水率为0.13%，流动方向与垂直方向的尺寸比例会增加约0.04～0.06%。在相同条件下，由于A310MX04（高填充的PPS树脂）中PPS的含量较低，所以它的吸水率以及尺寸增加率要比A504X90低。吸水率与处理温度相关，并取决于聚合物的结构以及其他因素。（详情请参考TORELINA™化学性质技术资料）

表. 2.4 TORELINA™吸湿性与尺寸增加率的关系(60℃ x 95%RH)

Material Treatment
time
(hr)		 Water absorption
ratio
(%)		 Dimension increase rate(%)
Machine direction Transverse direction
A504X90 100 0.09 0.03 0.04
250 0.13 0.04 0.06
A310MX04 100 0.07 0.02 0.03
250 0.11 0.03 0.04

5 标准尺寸公差

TORELINA™的标准尺寸公差取决于以下几个因素，包括成型模具的加工精度，注塑机的性能，材料规格，成型品的形状，以及成型工艺条件。图2.16显示了DIN规格16749的模具精度和16901的成型品精度。但是通常所要求的尺寸精度比图2.16要更加严格。特别是当要求精度只有图2.16中尺寸精度的1/2或者更高要求时，除非应用可以适应波动因素的精细生产管理，否则将很难保证产品品质的稳定。在尺寸设计阶段，要特别注意，与金属相比，热塑性树脂的波动因素更多。图. 2.16 TORELINA标准尺寸公差

Fig. 2.16 Standard dimensional tolerance of TORELINA

图. 2.16 TORELINA™标准尺寸公差