导热PPS的加工成型

导热聚苯硫醚（PPS）因其耐高温、高刚性及填充改性后优异的导热性能，在加工成型时需结合材料特性与设备条件进行工艺优化。以下是其主要加工成型方法、关键工艺要点及注意事项：

一、注塑成型（最常用工艺）

1. 原料预处理

• 干燥处理：

• 目的：PPS 吸湿性低（吸水率＜0.02%），但填充型导热 PPS（如含陶瓷 / 金属填料）可能吸附微量水分，需干燥避免气泡或降解。

• 工艺：120~140℃干燥 2~4 小时（真空干燥效果更佳），含水率控制在 0.01% 以下。

• 原料混合：

• 导热填料（如 BN、Al₂O₃、铜粉）需与 PPS 树脂充分分散，建议采用双螺杆挤出机预混造粒，避免填料团聚影响导热均匀性。

2. 设备要求

• 注塑机类型：

• 优选往复式螺杆注塑机，螺杆长径比（L/D）18~24:1，压缩比 1.5~2.5:1，避免使用带止逆环的螺杆（防止填料磨损）。

• 模具要求：

• 材料：需选用耐腐蚀、耐磨模具钢（如 H13、S136），表面硬化处理（如氮化），避免填料（如 SiC）磨损型腔。

• 温度控制：模具温度需精确控制（80~150℃），提高结晶度与表面质量。

3. 关键工艺参数

4. 常见问题与解决

• 填料沉降：

• 原因：填料密度大（如金属粉）或螺杆转速过低。

• 解决：提高螺杆转速（60~100 r/min），缩短塑化时间；采用渐变型螺杆结构。

• 制品开裂：

• 原因：内应力集中或冷却过快。

• 解决：提高模具温度，延长保压时间；成型后进行退火处理（160~200℃，2~4 小时）消除应力。

• 表面浮纤 / 光泽不良：

• 原因：料温过低或填料分散不均。

• 解决：提高料筒温度 10~20℃，增加螺杆背压（5~10 MPa）改善混炼效果。

二、挤出成型

1. 适用场景

• 型材生产：导热管材、棒材、板材（如散热基板、结构性导热部件）。

• 薄膜 / 纤维制备：特殊领域导热薄膜（需配合双向拉伸工艺）。

2. 关键工艺要点

• 挤出机配置：

• 螺杆长径比 25~30:1，压缩比 2.0~2.5:1，配备屏障型螺杆头减少填料滞留。

• 工艺参数：

• 料筒温度：300~340℃（高于注塑温度，确保熔体流动性）；

• 牵引速度：0.5~2 m/min，与挤出速率匹配，避免型材变形；

• 定型模温度：60~100℃，控制冷却速率以调节结晶度。

3. 注意事项

• 高填充量（如＞40% 陶瓷填料）会显著增加熔体粘度，需提高挤出功率并定期清理机筒内壁（防止填料堆积导致降解）。

三、模压成型（适用于高强度制品）

1. 工艺特点

• 适用场景：大型导热结构件（如汽车发动机散热模块、工业设备隔热垫板）。

• 工艺步骤：

1. 预混料制备：PPS 树脂与填料混合制成片状模塑料（SMC）或团状模塑料（BMC）；

2. 模压：将预混料放入模具，加热加压成型（温度 280~320℃，压力 10~30 MPa，保压时间 5~15 分钟）。

2. 优势与局限

• 优势：制品致密度高，填料取向可控，导热性能均匀性优于注塑；

• 局限：生产周期长，模具成本高，不适合复杂结构件。

四、3D 打印（增材制造）

1. 适用技术

• FDM（熔融沉积成型）：使用导热 PPS 线材，需高温打印头（300~350℃）与加热平台（150~200℃）。

• SLS（选择性激光烧结）：粉末状导热 PPS，激光功率 100~200 W，烧结温度 280~320℃。

2. 关键挑战

• 材料流动性差，需精确控制层间粘结温度；

• 高填充填料易导致喷嘴堵塞，建议使用大口径喷嘴（0.6~1.0 mm）。

五、后处理工艺

1. 退火处理

• 目的：消除内应力，提高结晶度与耐热性。

• 工艺：制品在 160~200℃烘箱中保温 2~4 小时，随炉冷却至室温。

2. 表面处理

• 喷涂 / 镀膜：如需进一步提高导热性或绝缘性，可表面涂覆石墨烯涂层或金属镀层（如镍、铜）。

• 机械加工：高精度尺寸需求时，可进行切削、钻孔（需使用硬质合金刀具，切削速度＜50 m/min，避免过热）。

六、安全与环保注意事项

1. 高温防护：PPS 加工温度高，需防止烫伤；挥发物（如硫化物）需通过通风系统排出，避免吸入。

2. 填料管理：金属 / 陶瓷填料粉尘易吸湿或氧化，需密封储存；废弃料需分类回收，避免环境污染。

3. 设备维护：定期检查螺杆、机筒磨损情况，填充型 PPS 建议每生产 500 小时进行一次全面清洁。

总结：加工要点核心逻辑

导热 PPS 的成型关键在于平衡填料分散性、熔体流动性与制品性能：

• 低填充（＜30%）：优先考虑注塑，侧重效率与复杂结构成型；

• 高填充（＞40%）：模压或挤出更适合，需强化混炼与设备耐磨性；

• 精密与定制化需求：3D 打印提供灵活解决方案，但需克服工艺稳定性挑战。

通过优化工艺参数与设备配置，导热 PPS 可高效转化为高性能导热部件，满足电子、汽车、工业等领域的严苛要求。