吸塑成型特性.docx

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吸塑成型特性

吸塑技术之片材的成型特性

用于成型加工的无论单层或多层复合片材，都必须具备以下性能：

一、塑性记忆，即当拉伸软化的片材时，既有紧缩反抗拉力的倾向，又有尽可能均匀拉

伸的倾向。

这一特性可以使己经成型的制品如果重新加热到原来的成型温度，它会回复到原

来平片形状。

这特性对成型过程的拉伸有着重要影响。

二、热拉伸，即片材在加热时均可以拉伸，这一特性对于产品的形状和质量有很大影响。

有些可以拉伸15%-20%而有些甚至可以拉伸至500%-600%

三、热强度，即加热软化的片材只要稍受压力，就会在模具上形成清晰的轮廓。

反之，

如果需要太大的压力才能成型，而真空吸塑成型所提供倾压力差有限，对某些细微的花纹就

很难显示出来。

四、成型温度，即成型片材需具备适宜一定的加工温度范围。

既在其受热软化温度，容

易成型，又与其熔融温度有一定距离，成型温度范围较宽；不能只在较小的某一特定温度范

围内成型，温度偏高或偏低时，成型容易撕裂、熔塌等现象。

为了更加深入了解吸塑成型用片材的特性，我们将从以下几个方面去分析。

一、热塑性塑料化学组成和结构

热塑性塑料是由分子链长度达到10-3mm的大分子（聚合物）组成的。

这些大分子可以是

线性的，比如说HDPE也可以是支化的，女口LDPE大分子完全无序排列，我们称之为无定形热塑性塑料。

均匀结构的大分子，比如线型聚乙烯或聚甲醛，能形成部分的规则排列，大

分子按一定规则部分结晶，我们称之为部分结晶热塑性塑料。

无定形和部分结晶热塑性塑料的区别，无定形热塑性塑料由于其不对称结构或大侧基,

是不结晶的，在不进行改性和着色的情况下均是透明的。

无定形热塑性塑料的使用温度应低

于其玻璃化转变温度爪。

部分结晶塑料含有分子链规则排列的区域，称之为结晶区。

因为结

晶作用，部分结晶的热塑性塑料通常是不透明的，并且透明度会随着结晶度的增加而减小。

部分结晶热塑性塑料的使用温度在几和熔点Tm之间。

如果HDPE的片材被加热到晶体熔点以上，晶体将会熔融，片材将会全部变成无定

形，进而透明起来。

在冷却过程中，晶体会再次形成。

对于许多部分结晶的热塑性塑料而言，结晶作用可以通过将成型的片材和模塑制品快速冷却而得到抑制，最终得到透明的制品（如

PET瓶，透明的PET片材和透明的无规聚丙烯片材）。

无定形热塑性塑料部分结晶热塑性塑料聚抓乙烯（PVC-U和PVC-P）高密度聚乙烯（HDPE）

苯乙烯聚合物（PS/SB/SAN/ABS/ASA）低密度聚乙烯（LDPE）聚甲基丙烯酸甲醋（PMMA）聚丙烯（PP）聚碳酸醋（PC）聚酞胺（PA6/PA66/Pall/PA12）聚苯醚（PPE）聚甲醛（POM）纤维素衍生物（CA、CABCP）线型聚酷（PET、PBT）无定形聚酞胺（PA6一3一T）聚苯硫醚（PPS）聚矶（PUS）聚醚矶（PES）

b部分结晶的1〜2-工作温度；2〜3-软化区（玻璃化转变温度Tg）;3〜4-成型温度区；

11〜12-无定形部分的软化区（Tg）;12〜13-工作温度区；13〜14-结晶区的熔程（晶体熔融温度Tm）;14〜15-成型温度区；E-弹性模量，d-强度；£-热变形率

PET片材的技术指标指标项目指标密度，g/cm31.38~1.42机械性拉伸强度，MPa断裂伸长率，X280光学性透明度，9雾度，%90W5.0热特性适用温度，oC成型温度,

oC-40~7575~85透气性水分透过率，g/（cm22242mm氧氮透过率，

mL/（m2224h2MPa）0.2120

透明的热塑性塑料是无定形的，但并非所有无定形的热塑性塑料都是透明的，比如说进

行了着色和改性的无定形塑料就是如此。

由于分子链部分有序排列，部分结晶热塑性塑料不

再透明，根据结晶度不同，其透明程度也会不同。

无定形和部分结晶的热塑性塑料有一个最

高的工作温度范围，后面将会介绍。

在低于玻璃化转变温度Tg时（以前称之为软化温度），

热塑性塑料通常是非常脆（比如普通聚苯乙烯PS），热塑性塑料的刚性（模量E）和强度（d）的会随着温度的升高而降低，但可变形性（£）会增大。

材料在最高工作温度时，还必须有足

够的刚性。

热膨胀系数在一定温度范围内可以认为是随温度线性增加的，后面将会介绍。

当加热热塑性成型材料时，无定形和部分结晶的热塑性塑料会产生如下的差异。

对于无

定形热塑性塑料，温度升高到其玻璃化转变温度（软化点）时就可以真空吸塑成型了。

所需要

的热量与成型材料的种类和所使用的加工方法有关，真空成型时所需要的温度就比压力成型

时所需要的温度要高。

部分结晶的热塑性塑料绝不会完全结晶，分为无定形区和结晶区。

当

结晶度较低时，材料在温度低于结晶熔融区时就能进行真空吸塑成型，结晶程度高时，就需

要更高一些的成型温度。

热塑性塑料这种现象是如何影响真空吸塑成型加工的呢？

如果用部分结晶热塑性

塑料制成的制件在高温下工作，或者说制件本身需要在高温下杀菌消毒，它就需要承受热-

应力条件而不发生形变，这就需要在热加工过程中部分结晶区域被完全熔融，也就是说，这

种成型材料需要选用足够高的真空吸塑成型温度。

以部分结晶的聚丙烯热成型杯子为例，说明了不同的真空吸塑成型温度对制品成型后的

外观和而后的高温消毒过程的影响。

图中的各种不同现象可以作如下解释：

聚丙烯的结晶熔

融区大致为158〜165C,当真空吸塑成型温度低于158C,结晶区不会完全熔融，它们就像

一些小的塑性块一样，在成型过程中产生形变，但仍以固态形式保留在无定形的熔体中。

只

要再次加热（如高温消毒），杯子开始形变，这是因为结晶区的应力要想恢复到它最初的形状。

另一方面，若成型温度为163C，结晶区会完全熔融，聚丙烯成型材料会变成无定形的，在一定条件下冷却，会形成新的不含应力的晶体，不会在121C高温消毒的时候发

生逆转，因此杯子的几何尺寸不会发生变化。

从以上的分析可知，若真空吸塑成型制品在高

温下使用，或要进行短暂的高温消毒，那么在材料真空吸塑成型的时候就最好使用较高的温度。

对于部分结晶热塑性塑料，真空吸塑成型温度至少应该在晶体熔程范围的中间温度以上。

如果用较高的温度成型，无定形热塑性塑料的形状改变也会减小。

在实际生产中，如果把这些因素都考虑进去的话，就会产生下面的问题：

片材就会

因为真空吸塑成型机器达不到所需要的真空吸塑成型温度而无法进行生产（通过机器时无法

得到一个光滑平整的表面），或者是材料的熔体强度太低，会产生太大的熔塌，或者是因为材料与口模黏结得过紧。

在加热和成型时易于结晶的热塑性塑料，如CPET是一个例外。

CPET

是含有结晶成核剂无定形的聚酯。

作为一种热成型材料，CPET是完全无定形的，但在适当

的工作条件下仍具有快速结晶的特性。

其结晶速度与材料的成型温度有关，在170C时结晶

温度最大。

CPET晶体的熔程是在255〜258C之间，无定形区的软化温度是在78〜85C，故

下列条件可用于CPET的真空吸塑成型。

170C。

真空吸塑成型温度为130〜135C，加热时间应尽可能短，尽量少发生结晶，使材料具

有理想的可变形性。

结晶度高不利于制品的精确度。

真空吸塑成型模具必须加热到在真空吸塑成型过程中（0.6〜0.7mm厚的片材用3.5〜4s的时间），材料可以获得25%-30%

的结晶度。

成型后，制品在60C下在另一个模具中冷却。

CPET真空吸塑成型制品的最大长

期工作温度为220C，但是必须记住，能在如此高的温度下使用，制品的稳定性取决于结晶度。

比如用CPET做成的容器，结晶度也仅仅只有25%〜30%

溶出试验重金属（4%乙酸）（以Pb计）/10-6V1

蒸发残渣正已烷/10-6v30乙醇/10-6v30乙酸/10-6v30蒸馏水/10-6<30高锰酸钾消耗量/10-6<10

褪色试验65%乙醇阴性浸泡液（水，20%乙醇，4%乙酸，正已烷）阴性冷餐油或无色油脂阴性

二、片材性能及其对真空吸塑成型加工的影响

1.吸湿性

当基体树脂具有吸湿性，或者含有吸湿性的添加剂，如滑石粉、碳素或特殊的颜料被加人到树脂基体中，这样一些热塑性片材就具有吸湿性，也就是说他们吸收水分。

在这个过程

中，水分可能被塑料吸收，主要集中在其表面。

ABSASACACdACAB挤出的PMMA

PCAPETPSUPES以及聚酰胺都具有吸湿性。

吸湿性的成型材料通常都是密封包装，只有在加工的时候才打开。

现今还没有一种简便的方法来判定成型材料中水分含量的多少。

当受潮的材料在

真空吸塑成型过程中被加热时，就会在制品的表面产生气泡，故吸湿材料必须在干燥的条件

下进行加工，要么把密封包装打开后直接使用，要么干燥后立即进行加工。

通常情况下空气中的相对湿度是60%-70%根据材料的不同等级，PC片材可以在热成型前在空气中存放0.5〜5h,但ABS材料可以开口存放2〜3天。

若没有特别的要求，一般的预干燥的方法可（参见附件表1）。

干燥可以在空气循环

干燥炉中进行，片材必须垂直放置，两者之间留有空隙，以便热空气可以穿过板的两侧自由循环。

人们已经很少将卷取的薄片进行干燥。

受潮的成卷的卷材进行干燥需要花上几天的时

间。

干燥了的成型材料如果不是在干燥后马上进行成型加工的话，需要立即包装在PE薄膜

中。

2.成型中片材的摩擦行为

在真空吸塑成型过程中，当在片材和真空吸塑成型的模具之间存在着滑动时，就需要考

虑片材的摩擦行为。

这种情况可能会在阴模成型中模具的预拉伸过程中出现，或者在阳模成

型中，模具在向里推进的过程中与片材发生接触时出现。

当摩擦力比较大的时候，片材与模

具一接触就会黏结在一起。

黏在一起的地方进一步牵伸是不可能的了，比如说用黏结剂层合

就是一个典型的例子。

如果没有摩擦力存在，比如说在模具表面涂层或者用PTFE做成模具，被加工的材

料就很容易在接触表面上滑动，这对于真空吸塑成型加工是不利的。

当材料太容易滑动通过模具时，要想将塑料用这样的模具将其压到阴模的底部是不可能的，因为这样底部总是会太

薄。

因此在真空吸塑成型过程中，摩擦行为必须引起足够的重视。

影响模具侧面摩擦的因素有：

真空吸塑成型模具所用的材料；模具与片材接触部分

的温度；表面粗糙度。

影响成型片材摩擦性能的因素有：

接触面上的片材的种类；表面处理和条件（是否加入防黏剂或脱模剂）；成型片材与模具表面接触时的温度

与非常

实际应用要点如下。

①将模具表面轻微砂磨或用人工的方法使其稍微粗糙一些,

粗糙的表面或经过抛光的表面相比，这种表面可使成型材料较好的滑动，只是需要在阳模的

拐角处抛光成镜面，以便加热的材料相对容易滑过。

②模具温度在真空吸塑成型的时候起了

非常重要的作用。

片材在真空吸塑成型时，非常容易粘接到模具上，降低模具温度会使摩擦力降低。

③对于具有明显黏结倾向的成型材料，如带有热封合层的片材和复合的成型材料，接触表面材料的成型温度比主体基材的低。

但ABS/PMMA双层材料不存在这样的问题，因为ABS和PMM/有相同的真空吸塑成

型温度。

而SB/PE双层复合的片材，当PE层与模具表面接触，在用辅助模（通常叫上模）进行预拉伸时就会出现问题。

这种片材非常不适用于真空成型，因为SB的热成型温度至少

要160C，而在这样的温度下，PE和密封层都已经变黏，可能和模具黏结在一起。

许多带有密封层的材料在真空吸塑成型的时候需要把热合层与温度较低的模具相接触，但这种方法使

制品的设计受限。

不同情况下解决黏结问题的实际