PC塑料技术手册资料

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：

CH 3

n n ＝85~130 CH 3

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 (COCl 2) 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

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。

3.品质管制：

不论如何测试已成型的完成品品质，都不是根本解决的方法，毕竟从设计阶段就开始检讨及讨论测试的方法较重要。PC塑料之缺点

包括耐温水性、耐碱性、耐有机溶剂性、耐疲劳性，故在设计时就要

考量角隅弧度及结合强度等，另外亦须检讨材料、成型机、模具、成

型条件等因素。试作时(非量产后)PC的品质评鉴方法有：

A.测定分子量(黏度平均分子量)。

B.耐冲击试验。

C.外观检查。

D.溶剂浸渍试验。

E.成型品之环境加速试验。

F.装配作业试验。

G.完成品环境试验。

量产阶段常发生的问题：

A.因材料批号、成型机、模具品号而产生的变动。

B.长久成型时模具温度的变动、料管内死角的材料滞留焦烧。

C.因使用回收料而产生的劣化。

D.因作业者不同而发生的偏差。

四、PC塑料在车灯上的应用：

1.透明件：

A.灯壳：(Lens)

PC塑料用于头灯、雾灯、角灯灯壳上，主要是利用PC的

高透明度(厚度3㎜时，可见光穿透率约88~90﹪)、高耐冲

击性(有缺口的Izod冲击强度达80㎏-㎝/㎝以上)、高热变形

温度(荷重4.6㎏/㎝2时达135℃以上)，在造型上可较流线形

的设计(玻璃灯壳很难达成)。

应用于头灯灯壳的PC塑料，一般使用透明无色的新料，且

是有添加紫外线吸收剂的新料(例如奇异PC-GE111C、住友

PC-JY30310C)；射出成必须做回火处理，以消除成型时的残

留应力，回火条件为将成型品放置120℃之环境下2小时以上

(低于HDT 5~10℃×4~8小时为佳)。

用于头灯之PC灯壳必须在其表面Coating一层较硬的树脂，

保护材质较软的PC免被刮伤及溶剂的侵蚀。此层树脂之加工

可分Thermoset及UV curing涂料，效果以UV curing较佳。

B.内套：(Inner Lens)

PC塑料用于内套上，必须注意耐热及色度问题：

a.耐热问题：若后灯或角灯之内套为杯形，则须注意其内壁

受热状况，受热因素有杯形内空间或尺寸、灯泡之瓦特数

、该灯泡之功能(方向灯、煞车灯、倒车灯等)、灯泡(丝)至

内套距离、内套本身是否有散热设计(灯泡上方的内套开孔)

等。若后灯或角灯之内套为板形(有鱼眼或花纹者)，受热状

况较杯形者低。不论但若杯形或板形内套，其受热温度勿

超过140℃(新料)，否则将可能导致变形。

b.色度问题：PC塑料用于内套都须染色(本色除外)，方向灯为

琥珀色，煞/行车灯为红色，头灯、倒车灯为白色；正规车及

改装车灯种若须通过法规认证，其颜色色度要符合色度法规

标准。

2.不透明件：

A.副反射镜(RS)：

PC塑料用于RS上，大部份皆须要真空铝蒸镀：若整个RS都

要蒸镀，则选用黑色PC塑料较佳；若RS只有部份要蒸镀，即

从外观可以看到原素材颜色者，则须按照KD件颜色，对照现有

PC色板，选取适当颜色料号成形，以免产生色差客诉。

PC塑料用于RS上，真空铝蒸镀时须注意外观品质(因有RS的灯

具，其灯壳大多为无花纹之透明灯壳)、真空底漆的耐热程度。

B.反射镜(R)或底座(B)：

PC塑料用于R或B上，若须保留背面颜色者或不须真空铝蒸镀

者(如侧面标示灯或改装车灯等)，则按照KD件颜色，对照现有

PC色板，选取适当颜色料号成形，以免产生色差客诉。

五、PC灯壳之认证：

PC塑料用于户外件时，若有安全虞虑(像车灯)就须要有耐候认证：

A.SAE：根据SAE J576C法规之耐候测试规定：将被测物(该被测物

可以为没Coating的试片，也可以为有Coating，有Coating者

须注明Coating涂料厂商及涂料规格。PC试片厚度分别为1/4、

1/8、1/16 inch)分别置放于美国高温高湿的Florida州及高温干

燥的Arizona州之户外向南方45O角摆放，历经三年的风吹日

晒雨淋后，量测试验前后之差异。量测项目有：

(a)Appearance：测后外观不得有龟裂、剥落等严重异常现象。

(b)Percent Luminous Transmittance &

Percent Change in Luminous Transmittance：比较三年耐候测

试前后，全光(380nm~780nm)穿透率的改变程度。

(c)Chromaticity Coordinates (CIE Illuminant A)：以CIE标准A

光源量取测试前后之色差。

(d)Transmission Haze：模糊度的改变。

若上述测试结果皆能符合检验规格，则会将该PC的生产工厂

、商品名称、材质、规格编号、颜色，登录在AMECA之手册

中；若有Coating，则Coating涂料厂商、涂料规格编号、地址

亦一并登录其中。以使用者立场(如TYC)，只须查阅该手册，

即可轻易得知哪些PC塑料搭配哪些Coating涂料之认证。

B.ECE：根据ECE Reg.57法规，使用塑料材质灯壳之灯具，须做下列之

测试：

(a)耐温度循环：下列条件做5个循环

(i)40±2℃及85~95﹪RH ×3小时

(ii)23±5℃及60~75﹪RH ×1小时

(iii)-30±2℃×15小时

(iv)23±5℃及60~75﹪RH ×1小时

(v)80±2℃×3小时

(vi)23±5℃及60~75﹪RH ×1小时

试验前后之配光值差异不得超过10﹪。

(b)耐大气射线：将试品置于相当于色温5500 O K及6000 O K

下(用滤光片降低低于295nm及高于2500nm之辐射)，照射

总能量为4500±200MJ/m2；照射期间并以23±5℃蒸馏水

喷洒(喷5分、干25分循环)。

试验后之样品不得有破裂、变形等异样；透光率差异(Δtm)不

得超过0.020。

(c)耐化学药剂：以体积比混合正-庚烷61.5﹪、甲苯12.5﹪、

四氯乙烷7.5﹪、三氯乙烯12.5﹪、二甲苯6﹪之溶剂涂抹于

试片上10分中(施压50N/m2)。

试验前后之光量分布变异(Δdm)不得超过0.020。

(d)耐清洁剂及烃化物：将试品加热至50±5℃，涂抹99﹪蒸

馏水与1﹪磺化月桂酸混合物5分钟，再加温至50±5℃

干燥，再以湿布擦净。原试品再以正-庚烷70﹪与甲苯30﹪

(体积比)涂抹。

透光率的变异量(Δtm)不得超过0.010。

(e)耐机械破坏：用直径1.3㎜喷嘴之喷枪，压力6.0~6.5bars，

流速0.24±0.02 L/min之砂浆(Mohr硬度为7的硅砂，粒径

大小为0~0.2㎜与水混合比：每升水加25g硅砂)喷于试品

上，喷嘴与试品距离380±10㎜，被喷面直径170±50㎜。

试验前后之透光率的变异量(Δtm)不得超过0.100，光量分布

变异(Δdm)不得超过0.020。

(f)涂装附着力测试：在涂装表面20㎜×20㎜的地方切割成

2㎜×2㎜之方格，在周温23±5℃及65±15﹪RH用测试胶

带以2N±20﹪之力量粘贴在方格上5分钟，放置10分钟后

，以1.5±0.2m/sec速度，90 O角撕开。

方格损伤不得超过15﹪。

(g)其它尚有整灯Test，在此不详述。

六、其它注意事项：

PC塑料为非结晶性工程塑料，具有高透明度、高冲击强度、高耐热性、无毒性、耐燃性等优点，故常被应用在医疗设备、光学仪器、汽机车部品、电动工具壳套、电子产品、采光屋顶或墙板、较高级的日常用品；

PC塑料之用途虽然广泛，但在使用上仍需注意：

1.价格：PC必竟是工程塑料，其单价当然比泛用塑料(如PP、PE、PS、

PMMA、ABS、PVC等)贵很多，若泛用塑料之性能即可适用时

，就不需要使用PC料。

2.缺口冲击强度：虽然PC塑料的冲击强度是所有塑料中最高的，但随着

抽色、射出成形等加工，颜料、染料的添加，多次熔融而造成

平均分子量下降，影响其冲击强度；尤其是有尖锐缺口的成形

件，冲击强度就不能与无缺口的新PC料成形件同日而语。

3.硬度：PC塑料的Rockwell硬度为R--108或M-80(PMMA约为M-95)，

只要碰触到尖硬的物体，即可能被刮伤，甚至手指甲就会有刮痕

；故PC的成形件不可以重叠放置，以免造成不良，尤其是用于

光学类的车灯无色灯壳。

4.残留内应力：前面有提到应力龟裂性，此处再次强调射出成形时、后

加工所造成的残留内应力破坏及防止对策和检测方法。

A.PC为非结晶塑料，没有明显的熔点，粘度大，射出成形时若

没刻意留心操作条件，成形品的残留内应力将大增，解决方

式有：

(a).模具设计、开发前，先做塑料模流分析之仿真。

(b).射出成形时，增加塑料熔融温度，降低射速、保压，提高

模具温度，会增加成形Cycle Time。

(c).素材回火(annealing)：回火可以缓和内部应力；在不引起

成形品变形的温度(HDT)以下10~15℃，加温2~3小时，

即可达到降低内应力的效果；需注意回火炉内温度分布的

均温性。

B.热板加工的灯具亦会造成残留内应力，解决方式有：

(a).灯壳与底座素材试组合之间隙要小，不要有翘曲，热板加

工时熔料要平均，结合时压力不要过大。

(b).另一方法为回火，回火时要注意灯壳与底座是否同为PC

料，方可比照A之(c)。

C.应力检测方法：有偏光镜法(非破坏性)及溶剂法(破坏性)：

(a).偏光镜法：使用两片偏光镜相互交叉置于无色透明灯壳上

方，利用光程差原理，可看出残留内应力的分布状况。

(b).溶剂法：不论是透明件或不透明件，此法皆可检测出来；

根据日本资料，可用正-丁醇与四氯化碳不同比例的混合，

注：有机溶剂皆有毒性，四氯化碳尤其甚者，需小心。

例如：有一PC成形品欲测试残留内应力，以NO：2之溶

剂浸渍(或涂抹)没有异样，而以NO：3之溶剂浸渍

(或涂抹)产生龟裂，则表示该成形品之残留内应力

为84~104㎏f /㎝2。