探索PC玻璃熱烘彎成型加工工藝及影響因素

林聰龍

摘 要：聚碳酸酯，簡稱PC，是一種無定型、無臭、無毒、高度透明的無色或微黃色熱塑性工程塑料。具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，尤其是耐沖擊性優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度高、蠕變性小，尺寸穩(wěn)定、吸水率小，收縮率小，具有良好的耐熱性和耐低溫性，在較寬的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的力學(xué)性能，電性能和阻燃性，可在-60～120℃下長期使用。

關(guān)鍵詞：熱烘彎成型工藝；PC（聚碳酸酯）玻璃；光學(xué)性能

聚碳酸酯（PC）樹脂，具有透明度高、質(zhì)輕、抗沖擊、隔音、隔熱、難燃、抗老化等特點，是一種高科技、綜合性能極其卓越、節(jié)能環(huán)保型塑料材料，目前該材料國內(nèi)、外已經(jīng)有很多汽車廠使用PC擋風(fēng)玻璃等，PC玻璃的成型方式主要有兩種：一種是注塑成型，一種是熱烘彎成型；注塑成型設(shè)備投入大及產(chǎn)品尺寸局限性限制了PC注塑成型工藝的應(yīng)用；相比之下，熱烘彎成型設(shè)備投入小，更適合大尺寸產(chǎn)品成型制作。

本文采用單因素實驗法制定驗證合理的熱烘彎成型工藝方案，并分別通過透光率試驗、網(wǎng)格試驗等分析最佳工藝參數(shù)。

1 緒論

1.1 課題研究的目的與意義

聚碳酸酯（PC）是一種無臭、無味且透明的熱塑性材料。由于它具有良好的機(jī)械性能，較小的比重和較高的透光率等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于建材、汽車、航空航天等諸多領(lǐng)域，特別

由于用PC制成的汽車部件具有重量輕、成本低、造型美觀、保護(hù)環(huán)境、抗沖擊性和韌性好等優(yōu)點，因此PC在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

聚碳酸酯在汽車領(lǐng)域最早被應(yīng)用于照明系統(tǒng)、儀表板等部件。之后隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國外許多汽車公司開始嘗試用聚碳酸酯車窗玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)的車窗玻璃。最早是德國拜耳公司和SABIC公司生產(chǎn)的聚碳酸酯顆粒，并期待將應(yīng)用于汽車所有的車窗系統(tǒng)。

PC的成型方式主要有注塑成型和熱烘彎成型兩種，注塑成型設(shè)備投入大及產(chǎn)品尺寸局限性限制了PC注塑成型工藝的應(yīng)用；相比之下，熱烘彎成型作為一種滿足大尺寸、低成本的成型方式將被廣泛使用；但由于成型工藝沒有合理的把控，導(dǎo)致產(chǎn)品變形，應(yīng)力集中等問題，這不僅影響制品的光學(xué)性能，也影響產(chǎn)品尺寸要求，成品極低，因此研究熱烘彎成型工藝的影響因素成為行業(yè)的需求。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

德國奔馳、通用汽車、豐田汽車、福特汽車、大眾汽車、PSA集團(tuán)、VOLVO、長城汽車等國內(nèi)外汽車OEM都對PC汽車玻璃投入設(shè)計研發(fā)。

德國奔馳：基于新E級轎車W212平臺的2010款E級防彈車采用的就是PC玻璃取代傳統(tǒng)玻璃來實現(xiàn)防彈。

豐田：在“第40屆東京汽車展”上展出了聚碳酸酯（PC）材料的大尺寸車窗“全景車頂”。

1.3 課題的主要研究內(nèi)容

①采用單因素實驗法制定合理的熱烘彎成型工藝方案，并按照此工藝方案加工PC玻璃制品，為后續(xù)生產(chǎn)及試驗提供依據(jù)；

②分別通過透光率試驗、網(wǎng)格試驗及力學(xué)性能試驗進(jìn)行測試，研究工藝參數(shù)對光學(xué)、力學(xué)的影響規(guī)律。

2 PC玻璃熱烘彎成型工藝

2.1 成型工藝流程

板材購買→尺寸計算→板材切割→板材干燥→油墨印刷→熱烘彎成型→淋涂→修邊和鉆孔。

2.2 成型工藝參數(shù)影響分析

影響PC板材熱烘彎成型的工藝主要有：①尺寸計算。②板材的干燥。③油墨印刷的環(huán)境。④熱烘彎成型的溫度和成型時間。⑤淋涂的環(huán)境等。

目前，啟動項目為某天窗產(chǎn)品 ，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)模尺寸及工藝加工操作要求（邊部預(yù)留15-20mm作為工藝操作空間）來確定產(chǎn)品最終切割尺寸。

3 PC玻璃性能試驗研究

3.1 透光率性能試驗分析

3.1.1 烘箱溫度（150℃～170℃）對透光率的影響，

從上表數(shù)據(jù)可以看出，烘箱溫度在合理范圍內(nèi)，溫度越高樣件透光率越好。

3.1.2 冷卻時間對透光率的影響

通過試驗數(shù)據(jù)對比（如下表）驗證，隨著冷卻時間的延長，PC玻璃的透光率逐漸增大，并且增大的速度先加快后減慢。

3.2 網(wǎng)格光學(xué)性能試驗分析

當(dāng)成型溫度和PC板變形溫度匹配時，做網(wǎng)格試驗未出現(xiàn)網(wǎng)格扭曲現(xiàn)象

當(dāng)成型溫度和PC板變形溫度不匹配時，做網(wǎng)格試驗就出現(xiàn)網(wǎng)格扭曲現(xiàn)象

3.3 力學(xué)性能試驗分析

由于PC玻璃為曲率的玻璃，為了獲得真實準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，特從PC制品上裁切樣片；1-6#樣片分別從不同溫度制作的樣品上裁得的試驗驗樣。

從試驗數(shù)據(jù)看，采用熱烘彎成型工藝，工藝條件不一樣對產(chǎn)品的力學(xué)性能影響不大；主要是來料板材已經(jīng)決定了材料的力學(xué)性能。

4 結(jié)語

本文結(jié)合試驗對PC玻璃熱烘彎成型工藝的探索，并分析成型溫度工藝對制品光學(xué)性能、力學(xué)性能的影響，得到以下結(jié)論：

①通過試驗驗證，成型溫度一般控制在150-170℃的烘箱溫度，升溫時間大約25min；在此期間隨著溫度的升高光學(xué)性能越好；

②通過拉伸試驗對不同工藝制品進(jìn)行數(shù)據(jù)測試對比，結(jié)果表明：材料物理力學(xué)性能主要受來料樣板的工藝影響較大，受熱烘彎影響很??；

③本文采用單因素實驗法研究了各工藝參數(shù)對PC擋風(fēng)玻璃光學(xué)、力學(xué)性能的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上摸索最佳成型工藝方案，即6mm板材：烘箱溫度170℃，升溫時間25min，成型時間：10min，退火溫度120℃ 30min；為以后我國PC汽車玻璃的研究提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王鑫，peng Yiyan，李海梅，申長雨.退火對注塑成型PC制品力學(xué)性能的影響.化學(xué)學(xué)報，2010.61（6）：1555-1559.