聚苯乙烯是一种通用树脂，生产工艺主要为聚合工艺，苯乙烯单体在反应器中发生聚合反应最终形成高分子聚合物树脂。聚苯乙烯分为通用聚苯乙烯（GPPS）,高抗冲聚苯乙烯（HIPS），本项目产品包括以上两种。

高抗冲聚苯乙烯（HIPS）原料

其中通用聚苯乙烯的特性是透明度高，材料硬而脆，主要用途为光学材料，建筑外墙保温材料等；高抗冲聚苯乙烯的特点是添加丁二烯橡胶以后材料韧性强，主要用途作为冰箱、空调等大家电的外壳，抽屉，热水器，打印机等的主要结构件。

PS为刚性无定型塑料，熔融温度范围较宽，热稳定性较好；但在注塑过程中，易形成内应力并引起开裂，残余应力问题较为突出。为减小内应力，加工时往往需要较高的料温、模温，以使熔体缓慢冷却，取向的分子得到松弛。

PS材料的力学性能在某种程度上可以直观反应其制品如冰箱抽屉产品的力学性能，在PS制品批量生产前，可以以材料性能为快速评价的手段，对PS材料进行实验，探究其最佳生产工艺参数，提高制品批量生产时的生产效率，为此，国高材分析测试中心探究结果如下。

1 试验

原理探究

影响塑料性能指标的因素有很多，主要可归纳成两大方面主要因素。一方面是内在的原因，如塑料本身的分子量大小及其分布、结晶性、粒径和粒度分布、成型过程中的取向、内在缺陷等；另一方面是外在的因素，如试样的制备、试验环境、试验方法及条件等。

注塑成型是试样制备的常用方法，是一个复杂的物理和化学变化过程。一方面，非牛顿流体的高温塑化熔体在压力作用下，注入温度较低的模具型腔中；另一方面，由于熔体和模具型腔的温差使得注入的熔体快速冷却，同时伴随着固化、体积收缩及可能出现的结晶过程。因此，成型过程的工艺参数直接决定了熔体在型腔中的流动状态，对制品质量有着最直接、最深远的影响。

测试标准

冲击强度按GB/T 1843—2008测定，弯曲性能按GB/T 9341—2008测定，密度按GB/T 1033.1-2008测定，拉伸性能按GB/T 1040.1-2006、GB/T 1040.2-2006测定。

2 试验结果分析

五种注塑工艺参数对力学性能的影响

主要考察五个注塑工艺参数，分别是射胶压力、射胶速度、保压压力、保压时间和冷却时间，采用正交实验法，对每个参数取四个水平，根据正交表L16（45）进行正交实验，得表1。再检测不同注塑工艺参数下得到的制件力学性能，包括缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、拉伸屈服应力等力学性能，得表2。

表1 注塑工艺参数 L16（45）正交因素水平表

表2 正交试验结果

由表2可知，密度的变动很小，故认为本次实验工艺参数变化对样条密度没有影响，也不做进一步数据分析。

其余性能采用极差分析的方法，数据处理如表3~8：

表3 冲击强度（kJ/m2）影响因素分析

表4 弯曲强度（MPa）影响因素分析

表5 弯曲模量（MPa）影响因素分析

表6 拉伸屈服应力（MPa）影响因素分析

表7 拉伸屈服应变（%）影响因素分析

表8 拉伸模量(MPa）影响因素分析

其中K代表某水平下性能指标的求和，k代表某水平下性能指标的平均值。取平均值的意义是：对于任意两组，各因素都在同时变动，因而结果不具有可比性，但对各水平分别取平均值后，其它因素进行了平等的变动，因而不同水平的平均k具有综合可比性。R为k的极差，极差大小反映了某因素对性能的影响大小。

以冲击强度的分析为例，各因素中射胶压力的极差最大，其次为保压压力、射胶速度、保压时间、冷却时间，可以认为冲击强度主要受射胶压力和保压压力影响。就趋势来看，射胶压力越小，冲击强度越高；保压压力越大，冲击强度越高；保压时间、射胶速度、冷却时间均在取第三水平时冲击强度最高。以最大极差2.78kJ/m2除以全部冲击强度的平均值13.13 kJ/m2得0.21，即射胶压力对冲击强度的影响可达平均值的约21%，由此认为冲击强度受到参数变动影响，尤其是射胶压力的变动对冲击强度的影响非常显著。

其余性能指标，影响最大的两个因素基本上也主要是射胶压力和保压压力。

为了验证保压压力与射胶压力对样条性能（以冲击为例）的影响趋势，进一步采用单因素变量进行试验。

首先以保压压力为变量，从1.5MPa取到7.5MPa，间隔1.5MPa，固定因素射胶压力4.0MPa，射胶速度40%，保压时间10s，冷却10s，冲击强度随保压压力增大而增大，变化趋势见图1：

图1 保压压力对冲击强度的影响

其次以射胶压力为变量，从3.5MPa变动到8.0MPa，固定参数保压压力7.5MPa，射胶速度40%，保压时间10s，冷却10s，冲击强度随射胶压力增大而减小，变化趋势见图2。

图2 射胶压力对冲击强度的影响

其中，高冲击强度的冲击试样断面呈现凹凸状，而非平整面，见图3，其余低冲击强度的冲击试样断面为平整面。

图3 高冲击试样断面示意图

3 总结

1）通过正交实验和单因素变量实验发现，射胶压力、保压压力对高抗冲聚苯乙烯力学性能有显著影响，特别是缺口冲击强度和拉伸屈服应力，而射胶速度、保压时间和冷却时间对高抗冲聚苯乙烯力学性能影响较小，另外，密度不受注塑工艺参数影响。

2）低射胶压力和高保压压力导致高抗冲聚苯乙烯橡胶相集中，核壳显示出不同的相态，冲击断裂处可见凹凸状，非平整断面。