1、液晶聚合物成型技術研討    摘要介紹液晶聚合物（LCP）的工藝特性，指出注射模結構的要點，闡述成型中料筒溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度和時間等工藝參數確定的原則。并結合生產產品，介紹LCP材料注射成型工藝、成型加工要點和注意事項。關鍵詞液晶聚合物工藝特性注射成型模具結構液晶聚合物（LCP）是20世紀80年代出現的新型聚合物，具有獨特的分子結構和熱行為。它的分子由剛性棒狀分子鏈組成，在受熱熔融或被溶劑溶解后，形成一種兼有固體和液體部分性質的液晶態，分子排列介于液體和晶體之間。LCP具有高強度、高模量和自增強性能，有杰出的耐高溫和冷熱交變性能，優異的阻

2、燃性、耐腐蝕性、耐磨性、電性能、阻隔性和成型加工性能，線障系數和摩擦系數小，尺寸穩定性高，抗輻射，耐微波，綜合性能十分優異，被譽為超級工程材料。但因原材料價格昂貴，合成困難使其推廣應用受到了一定的限制。但近幾年，關于液晶聚合物的應用研究越來越引起人們的重視。本文以HX系列液晶聚合物為例對其注射成型工藝進行了研究。1LCP的工藝特性1優良的方向性LCP在加工過程中，大多數剛性棒狀大分子鏈沿流動方形排列，因此順流動方向的強度和模量很大，可達一般工程塑料加入30玻纖的水平，垂直于注射方向的強度僅為流動方向的1/3，成型收縮率和線脹系數約為流動方向的23倍（見表1），所以，可利用此性能進行原位復合或者

3、增強。表1LCP制品的方向特性項目平行注射方向垂直注射方向拉伸強度/Mpa斷裂伸長率/彎曲強度/Mpa彎曲彈性模量/Mpa缺口沖擊強度/KJ.m-2成型收縮率/108.581111200035030103416003.50.32溶體粘度低，流動性好LCP雖為方向結構但熔體粘度不高，僅為一般聚合物的幾分之一，但是LCP保持了優良的性能，又降低了成型溫度，流動性好，易于成型，用較低的成型壓力就可成型薄壁制件和形狀復雜的制件，且越是薄壁制件其強度越高，這是由于分子高度定向所致。4固化快、周期短、不易產生飛邊LCP流動性較大，固化速度快，因此成型周期短，生產效率高，且很少出現溢邊現象。4成型收縮率和線

4、脹系數很小LCP受熱熔融后形成一種兼有固體和液體部分性質的液晶體，其分子鏈僵直，相互間填塞更緊密，不同基團之間聯結更強，從而嚴重的限制了分子鏈在注射方向排列。在成型過程中僅發生部分相變而無結晶引起的體積收縮，因此收縮率小，線脹系數很低，接近金屬，是一種良好的低線脹系數和低收縮率材料，見表2。5熔融強度低LCP熔接強度低，這種缺陷在LCP模具結構中應加以注意，將熔接痕設在強度要求不高的部位。6原材料應該嚴格干燥在成型條件下微量水分就會使LCP降解，故成型前應將材料嚴格干燥，使水分降低到0.03以下方可使用。表2LCP與幾種材料的線脹系數對比材料線脹系數/×10-5KLCP30GF增強L

5、CPPPS-R-4PBT301-G30鋁軟鋼黃銅-0.1-0.50.60.82.22.52.62.02.8二、模具結構和成型設備1模具結構LCP流動性優良，適用注射成型，但是模具結構應該根據材料的工藝特性開設。LCP具有各向異性和熔接強度低的特性，在設計時應考慮在模腔中的流動方向與成型零件的特性要求的關系，以確保零件的強度。同時考慮熔接強度不足，在模具結構中應盡量避免熔接痕。澆口系統考慮到壓力損失，澆道的形狀優先采用圓形和梯形澆道。澆道直徑為25，長度應盡可能短，在多位模中型腔距離應相等。主澆道和分澆道應將零件強度要求高的尺寸放在平行流動方向上，要求不高的放在垂直流動方向上。排氣槽LCP在成型

6、時會產生微量氣體，設計排氣槽不僅可隨時排除成型時產生的氣體，而且也有利于型腔內空氣的排除，有利于成型。排氣槽應設在氣體匯集處。    成型收縮率LCP成型收縮率很小，且平行流動方向的收縮率小于垂直流動方向的收縮率。在設計型腔尺寸時，流動方向不能確定時，采用垂直與平行收縮率的平均值。2注射機LCP最高成型溫度在350左右，一般螺桿式注射機均可使用。注射量是注射機注射容量的5070。可選用普通開放式噴嘴，壓力損失小，可靠性好。噴嘴的加熱應能單獨控制，若出現料流可適當降低溫度。LCP流動性    好，固化快，可選用具有高塑化能力的注射機，實行高速成型

7、。三、工藝參數的選定我們選用了HX1100、HX1330、HX6130、HX7130四種液晶材料在立式與臥式兩種型號的注塑機上分別進行了注射加工。圖1圖21加工設備以SYS25克立式注塞式注射機成型了圖1所示的各種小樣件，以TTI260F臥式注射機成型圖2所示的兩種大型零件。2成型圖2的兩種零件較大，因此在工裝上采用了加熱棒，使模具能夠精密控制在100130，而圖1小制件采用電熱板傳熱方式。3工藝參數的控制熱致性液晶聚合物在熔融態進行注射成型時，剛性伸直鏈液晶微區受到剪切力作用時，發生了沿剪切力方向的宏觀取向，由于其剛性鏈松弛時間大于冷卻時間，使定向部分就地成纖，在固態材料中起到了增強作用。總

8、之，剛性分子鏈熔融態因受應力作用發生的取向和流變行為，決定了制件成型后的性能，所以說制件的性能（尤其是力學性能）是與成型中的工藝參數成函數關系的。3.1溫度其中包含料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度參數。無論是立式SYS25柱塞注射機，還是TTI350F臥式注射機，其料筒溫度都應控制在310350之間。不過對于柱塞式機床而言，相應的溫度應高于螺桿式注射機。由于液晶聚合物一旦達到粘流溫度便表現出很好的流動性，若用直通式噴嘴的話，流延情況較為嚴重。所以噴嘴溫度比料筒溫度低10左右。適宜的模溫對保證制件的質量是必要的；既能保證沖模性，又能得到較高的表面質量。料溫和模溫越高，表面光潔度越高；料溫過低時，材料

9、的強度和伸長率急劇下降，但模具溫度較高時，若保壓時間和冷卻時間不夠，制件表面易起泡。在成型圖2所示的較大制件時，情況就和成型小制件有所不同。首先是溫度偏低時大制件表面易出現顯著的“焊縫”（一種細微的料流熔接痕，為LCP所獨有），對以玻纖增強的LCP制件表現的尤,為明顯（制件表面表現出顯明的沿流動方向的紋路）；其次溫度對大制件表面質量影響比小制件來的大。為了獲得較好表面質量，模具溫度適宜控制在100130之,間。圖1的小制件模溫控制在110130。3.2壓力由于LCP在合適的溫度下具有良好的流動性，使得LCP在較低的注射壓力、較短的時間即可沖模成型。由于成型圖1所示小制件的工裝采用直澆口，所以可

10、以在較低的注射壓力下成型。但以玻纖增強的材料應采用較大的注射壓力：如HX1330是以滑石粉為填充劑的，應力稍低些，這可能是由于短纖在其熔體中與分子剛性鏈側面（液晶取向單元）發生了“糾纏”所導致。在成型圖2所示的大型制件時，若壓力不夠大則制件表面粗糙、手感發麻，制件表面的焊縫愈明顯，制件的致密性也較差。圖2中的盒體因注射壓力的不同造成最大重量差達25克，當然其力學性能也同樣比較差，這在通用工程塑料中是不多見的。HX系列的注射壓力易控制在50MPa100Mpa（比其它含剛性鏈大分子的塑料低一些），對大型制件易采用較大的注射壓力和保壓壓力。3.3時間從幾種不同牌號的LCP成型來看，該材料熔體冷卻速度

11、比其它工程材料速度快，因而可以采用較短的模塑周期來成型。當然注射時間、保壓時間和冷卻時間對制件質量影響與其它工程塑料是相同的。3.4工裝針對工裝我們結合實際只討論澆注系統和模具加熱裝置。在成型圖2中的蓋制件時，曾采用點式澆口，但因為不易注滿制件，且表面質量差。后來工裝改為直澆道，情況大為改善，無論表面質量還是力學性能都得到了很大的提高（澆口尺寸在一定范圍內越大，制件的表面光潔度越高）。因此得出這樣一個結論：對于以玻纖增強的LCP大制件不宜采用點澆口，對大型制件應采用直澆口成型，      澆口用機械加工方法去除；澆口結構對LCP制件表面質量和力

12、學性能影響很大，對LCP澆口尺寸應大一些，這是因為其熔體冷卻速度較快。另外HX系列LCP適宜模溫為110130，故對工裝應采用加熱系統。圖1中的小制件采用模板加熱方式（SYS25注射機下模板帶有加熱裝置），圖2制件的工裝采用了加熱棒加熱。3.5成型工藝過程中各工藝參數應綜合考慮。壓力、溫度、時間等參數應相互匹配，這樣才能得到合格質量的制件，不能孤單靠某一參數來保證產品質量。現將圖1和圖2成型時選用不同牌號的LCP的成型參數列表，見表3。表3不同牌號的LCP的成型參數項目塑料LCP1100LCP1330LCP6130LCP7130注射壓力MPa70507065料筒溫度31034032035032

13、0340320340模溫110120110130120130110130冷卻時間s60909090成型周期s240300300300四、推廣及應用液晶聚合物不僅具有其它高分子不可比擬的物理性能、力學性能，而且它在熱學、化學、電學等方面的性能也表現的非常出色。熱致性液晶聚合物還有良好的熔體加工（含注塑加工和擠出成型）特性，這為它的應用與推廣奠定了堅實的基礎。隨著液晶聚合物材料在我廠的引入和對其加工、使用各方面性能的透徹了解以及對其加工工藝經驗的積累，它將成為軍電、紡電產品中高精度、高性能、復雜高精密注塑制件的首選材料。參考文獻1張娜，張毅，王久芳，等.液晶聚合物的研究進展.工程塑料應用，2002

14、，30（8）：532錢知勉.液晶聚合物性能，加工及應用.塑料摘報，1989，37（1）：7LCPFormingTechnologyDiscussionZhangRuiHua(PlasticFactoryOfChangLingElectronicScienceAndTechnologyCo.Ltd.，ShanXiBaoji,721006)ABSTRACTIntroductionLCPprocesscharacteristics,Pointsouttheinjectionmouldstructurethemainpoint,ExplainedMoldingBarreltemperature,moldtemperature,injectionpressure,injectionrateAndtimeTechnologyParametersEstablishpri