吸塑技术之片材的成型特性.docx

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吸塑技术之片材的成型特性

一、吸塑技术之片材的成型特征

用于成型加工的不论单层或多层复合片材，都一定具备以下性能：

一、塑性记忆，即当拉伸融化的片材时，既有缩短抗争拉力的偏向，又有尽可能均匀拉伸的偏向。

这一特征能够使己经成型的制品假如从头加热到本来的成型温度，它会答复到本来平片形状。

这特征对成型过程的拉伸有侧重要影响。

二、热拉伸，即片材在加热时均能够拉伸，这一特征关于产

品的形状和质量有很大影响。

有些能够拉伸15%～20%，而有些甚至能够拉伸至500%～600%。

三、热强度，即加热融化的片材只需稍受压力，就会在模具上形成清楚的轮廓。

反之，假如需要太大的压力才能成型，而真空吸塑成型所供给倾压力差有限，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合必定的加工温度范围。

既在其受热融化温度，简单成型，又与其熔融温度有必定距离，成型温度范围较宽；不可以只在较小的某一特定温度范围内成型，温度偏高或偏低时，成型简单扯破、熔塌等现象。

为了更为深入认识吸塑成型用片材的特征，我们将从以下几个方面去剖析。

一、热塑性塑料化学构成和构造

热塑性塑料是由分子链长度达到10-3mm的大分子（聚合物）

构成的。

这些大分子能够是线性的，比方说HDPE，也能够是支

化的，如LDPE。

大分子完好无序摆列，我们称之为无定形热塑

性塑料。

均匀构造的大分子，比方线型聚乙烯或聚甲醛，能形成

部分的规则摆列，大分子按必定规则部分结晶，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差异，无定形热塑性塑料因为其不对称构造或大侧基，是不结晶的，在不进行改性和着色的状况下均是透明的。

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摆列的地区，称之

为结晶区。

因为结晶作用，部分结晶的热塑性塑料往常是不透明

的，并且透明度会跟着结晶度的增添而减小。

部分结晶热塑性塑

料的使用温度在几和熔点Tm之间。

假如HDPE的片材被加热到晶体熔点以上，晶体将会熔融，片材

将会所有变为无定形，从而透明起来。

在冷却过程中，晶领会再

次形成。

关于很多部分结晶的热塑性塑料而言，结晶作用能够通

过将成型的片材和模塑制品快速冷却而获取克制，最后获取透明

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氯乙烯（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、CAB、CP）线型聚酷（PET、PBT）无定形聚酞胺

（PA6一3一T）聚苯硫醚（PPS）聚矾（PUS）聚醚矾（PES）

b部分结晶的1～2-工作温度；2～3-融化区（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，σ-强度；ε-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，%雾度，%

≥90≤5.0热特征合用温度，oC成型温度，oC-40~7575~85透气性水分透过率，g/（cm2·24·mm）氧氮透过率，

mL/（m2·24h·MPa）0.2120

透明的热塑性塑料是无定形的，但并不是所有无定形的热塑性塑料都是透明的，比方说进行了着色和改性的无定形塑料就是这样。

因为分子链部分有序摆列，部分结晶热塑性塑料不再透明，依据结晶度不同，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，后边将会介绍。

在低于玻璃化转变温度Tg时（从前称之为融化温度），热塑性塑料往常是特别脆（比方一般聚苯乙烯PS），热塑性塑料的刚性（模量E）和强

度（σ）的会跟着温度的高升而降低，但可变形性（ε）会增大。

资料在最高工作温度时，还一定有足够的刚性。

热膨胀系数在必定温度范围内能够以为是随温度线性增添的，后边将会介绍。

当加热热塑性成型资料时，无定形和部分结晶的热塑性塑料

会产生以下的差异。

关于无定形热塑性塑料，温度高升到其玻璃

化转变温度（融化点）时就能够真空吸塑成型了。

所需要的热量与

成型资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

绝不会完好结晶，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怎样影响真空吸塑成型加工的呢？

假如

用部分结晶热塑性塑料制成的制件在高温下工作，或许说制件本

身需要在高温下杀菌消毒，它就需要蒙受热-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地区被完好熔融，也就是说，这种成型资料需要采纳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，说了然不同的真空吸塑成型温度对制品成型后的外观和尔后的高温消毒过程的影响。

图中的各样不同现象能够作以下解说：

聚丙烯的结晶熔融区大概为158～165℃，当真空吸塑成型温度低于158℃，结晶区不会完好熔融，它们就像一些小的塑性块相同，在成型过程中产生形变，

但仍以固态形式保存在无定形的熔体中。

只需再次加热（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先的形状。

另一方面，若成型温度为163℃，结晶区会完好熔融，聚丙烯成型资料会变为无定形的，在必定条件下冷却，会形成新的不含应

力的晶体，不会在121℃高温消毒的时候发生逆转，所以杯子的几何尺寸不会发生变化。

从以上的剖析可知，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，那么在资料真空吸塑成型的时候就最好使用较高的温度。

关于部分结晶热塑性塑料，

真空吸塑成型温度起码应当在晶体熔程范围的中间温度以上。

假如用较高的温度成型，无定形热塑性塑料的形状改变也会减小。

在实质生产中，假如把这些要素都考虑进去的话，就会产生下边的问题：

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没法进行生产（经过机器时没法获取一个圆滑平坦的表面），或许是资料的熔体强度太低，会产生太大的熔塌，或

者是因为资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。

作为一种热成型资料，CPET是完好无定形的，但在合适的工作条件下仍拥有快速结晶的特征。

其结晶速度与资料的成型温度有关，在170℃时结晶温度最大。

CPET晶体的熔程是在

255～258℃之间，无定形区的融化温度是在78～85℃，故以下

条件可用于CPET的真空吸塑成型。

真空吸塑成型温度为130～135℃，加热时间应尽可能短，

尽量少发生结晶，使资料拥有理想的可变形性。

结晶度高不利于

制品的精准度。

真空吸塑成型模具一定加热到170℃。

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），资料

能够获取25%～30%的结晶度。

成型后，制品在60℃下在另一个

模具中冷却。

CPET真空吸塑成型制品的最大长久工作温度为220℃，可是一定记着，能在这样高的温度下使用，制品的稳固性取决于结晶度。

比方用CPET做成的容器，结晶度也不过只有

25%～30%。

溶出试验重金属（4%乙酸）（以Pb计）/10ˉ6＜1

蒸发残渣正已烷/10ˉ6＜30乙醇/10ˉ6＜30乙酸/10ˉ6＜30蒸馏水/10ˉ6＜30高锰酸钾耗费量/10ˉ6＜10

退色试验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

当基体树脂拥有吸湿性，或许含有吸湿性的增添剂，如滑石粉、碳素或特别的颜料被加人到树脂基体中，这样一些热塑性片材就拥有吸湿性，也就是说他们汲取水分。

在这个过程中，水分

可能被塑料汲取，主要集中在其表面。

ABS、ASA、CA、CdA、CAB、挤出的PMMA、PC、APET、PSU、PES以及聚酰胺都拥有吸湿性。

吸湿性的成型资料往常都是密封包装，只有在加工的时候才翻开。

当今还没有一种简易的方法来判断成型资猜中水分含量的多少。

当受潮的资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，故吸湿资料一定在干燥的条件下进行加工，要么把密封包装翻开后直接使用，要么干燥后立刻进行加工。

往常状况下空气中的相对湿度是60%～70%。

依据资料的不相同级，PC片

材能够在热成型前在空气中寄存

0.5～5h，但

ABS资料能够张口

寄存2～3天。

若没有特其余要求，一般的预干燥的方法可（拜见附件表1）。

干燥能够在空气循环干燥炉中进行，片材一定垂直搁置，二者之间留有缝隙，以便热空气能够穿过板的双侧自由循环。

人们已经极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日的时间。

干燥了的成型资料假如不是在干燥后立刻进行成型

加工的话，需要立刻包装在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。

这种状况可能会在阴模成型中模具的预拉伸过程中出现，或许在阳模成型中，模具在向里推动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同。

黏在一同的地方进一步牵伸是不行能的了，比方说用黏结剂层合就是一个典型的例子。

假如没有摩擦力存在，比方说在模具表面涂层或许用PTFE做成模具，被加工的资料就很简单在接触表面上滑动，这关于真空吸塑成型加工是不利的。

当资料太简单滑动经过模具时，要想将塑料用这样的模具将其压到阴模的底部是不行能的，因为这样底部老是会太薄。

所以在真空吸塑成型过程中，摩擦行为一定惹起足够的重视。

影响模具侧面摩擦的要素有：

真空吸塑成型模具所用的资料；模具与片材接触部分的温度；表面粗拙度。

影响成型片材摩擦性能

的要素有：

接触面上的片材的种类；表面办理和条件（能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。

实质应用重点以下。

①将模具表面略微砂磨或用人工的方法使其略微粗拙一些，与特别粗拙的表面或经过抛光的表面对比，这种表面可使成型资料较好的滑动，不过需要在阳模的拐角处抛光成镜面，以便加热的资料相对简单滑过。

②模具温度在真空吸塑成型的时候起了特别重要的作用。

片材在真空吸塑成型时，特别简单粘接到模具上，降低模具温度会使摩擦力降低。

③关于拥有明显黏结偏向的成型资料，如带有热封合层的片材和复合的成型资料，接触表面资料的成型温度比主体基材的低。

但ABS/PMMA双层资料不存在这样的问题，因为ABS和PMMA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，在用协助模（往常叫上模）进行预拉伸时就会出现

问题。

这种片材特别不合用于真空成型，因为SB的热成型温度

起码要160℃，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同。

很多带有密封层的资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。

不同状况下解决黏结问题的实质操作方法：

在尽可能低的温度下加工真空吸塑成型用片材；在片材简单发黏的一侧少加热；假如

资料发黏的一侧与模具接触，成型温度应尽可能低；假如资料发

黏的一侧与进行预拉伸的模具相接触，就应当采纳PTFE的模具或许用PTFE涂层的铝质模具；加人防黏剂（比方PET）涂层热塑性资料时需要特别注意。

需要注意的是，片材的滑动摩擦行为与能否有防黏剂涂层而产生很大不同。

假如用于某种成型片材的模具的几何尺寸已经确立，那么接下来采纳的片材也需要有相同的涂层。

假如涂层不同的话，也能够改变模具参数来进行调理。

为了将这种拥有不同涂层的片材成型出让人满意的壁厚分部的制品，一定有一套不同的预拉伸的模具。

3.成型片材的缩短在真空吸塑成型中，缩短（shrinkage）是指在没有任何机械应力作用的受热条件下，热塑性片材或吸塑制

件所发生的尺寸变化。

在资料进行真空吸塑成型从前，建议对材

料进行缩短测试。

①精准丈量并纪录一块200mmX200mm的片材，

用箭头标记出挤出方向并记录下切割方向。

②将烘箱加热到片材

真空吸塑成型的温度③将片材放进烘箱中，为了进行丈量，需要

在一块木板上覆盖上一层PTFE薄膜（比如Telflon或Hostaflon），

而后喷撒上滑石粉，再将片材搁置其上，并再次喷上滑石粉，最

后用PTFE薄膜轻轻盖上，薄膜能够用图钉固定在木板边沿。

④

片材在烘箱中起码置留30min，片材厚度每增添lmm，置放的时

间需要增添5min。

⑤片材从烘箱中移出并冷却。

⑥冷却后丈量

片材尺寸，片材的缩短可由下式获取：

为了丈量片材的各向异性，建议测定片材的纵向和横向的

缩短率。

假如新供给的成型片材出现诸如起褶、夹持处发生断裂、接触加热的连结处发生严重缩短等问题，就应当用新旧两种片材进行缩短率对照测试。

两种片材因拥有不同的缩短率，并且在真空吸塑成型时表现出不同的行为，故需要不同的加工参数。

真空吸塑成型制品的缩短能够经过比较制品和相应模具的尺寸之间

的差异来获取。

热缩短包含了加工缩短（VS）、后缩短（NS）和总收

缩（GS），它们之间存在着差异。

加工缩短能够由下式计算：

模具和制品尺寸应在相同条件下测定，如在真空吸塑成型后

24h在23℃下进行测定。

塑料制品加工后，在室温条件下，经过一段时间能够发现有后缩短。

假如真空吸塑成型制品需要进一步加工，比方泡沫填补，那么正确了解资料后缩短的值就是必需的，以便吸塑制品能够与此外的模具正确配合。

总缩短值为：

总缩短

值（GS）=加工缩短值（VS）＋后缩短值（NS）

未发泡的ABS/PVC片材在真空吸塑成型后连续5天都会发生

后缩短，供给商和花费者都一定知道资料的缩短行为及其加工顺

序，这是因为资料的花费和质量会随之发生颠簸。

特别注意的问题是要确立冲模、修边模和真空吸塑成型生产线上的其余一些切割模具的尺寸。

因为在真空吸塑成型后制品不会立刻达成热缩短，在修边的时候，吸塑制品还是温的，所用的切割工具的尺寸就一定精准测定，最好是切割模具的单个零件能够依据不同的资料分别进行调整。

各样塑料的缩短值可这些不过参照值，它们还与加工条件有

很大的关系。

关于缩短值散布很宽的塑料，要获取正确的热缩短值，就应当在真空吸塑成型从前，要么咨询资料的制造商，要么进行测试。

精准的热缩短值只有经过在相像几何尺寸的真空吸塑成型模具长进行测试获取。

关于尺寸公差要求很高的模塑制品，

一定制造出原型的模具进行测试，并且各部位的缩短也一定确立。

与缩短有关的最重要的影响要素：

塑料种类，花费上的颠簸

也一定考虑；冷却速率高，会减少加工缩短；脱模温度高比脱模

温度低会产生更大的缩短；高牵伸在多半状况下就等于低缩短；

成型片材的生产条件是用不同的挤出机造粒，或同一台挤出机具

有不同的加工参数，生产的成型片材就有可能拥有不同的缩短行

为；阳模成型制品比阴模成型制品的缩短会更小；在相同条件下，

用相同片材真空吸塑成型的吸塑制品，其缩短率颠簸的最大范围

为10%。

提示：

需要进行缩短测定的制品的测定部位或测定方法自己都应当进行选择，以确立在进行测试的时候不会发生形变，并且制品公差小于缩短值的10%是不行能达到的。

4.成型片材的取向

缩短率测试也会获取成型资料和制品中有关大分子取向的

信息。

假如资料发生高度取向，比方在挤出方向，这将会产生不

该有的皱褶。

关于纵向和横向距离相等的多型腔模具，在挤出方

向上的皱褶要比横向的明显好多。

就真空吸塑成型而言，牵伸会产生此外一种大分子的取向。

图3-6是用高抗冲击聚苯乙烯真空吸塑成型成的制品，它在径向

上就很简单扯破成条。

这些条自己在径向上强度特别高，这是因为在真空吸塑成型时产生高度取向，使与牵伸垂直的方向强度大大降低，故在与牵伸平行的方向易发生扯破。

请注意，塑料在其取向方向强度特别高（如绳，包装带），但在垂直方向上强度特别弱。

制品中发生取向经过以下方法证明：

缩短率测试；从模塑制品中冲出一个圆片，而后测定al和bl，再将圆片放进炉子里加热。

经过缩短后，获取尺寸a2和b2，假如必需的话，能够获取缩短率。

若a2<

注意：

在研究取向的时候，建议对成型资料进行缩短测试，以使制品中存在的取向不可以被忽视。

5.片材的静电荷

除了导电的成型资料，比方说掺人了抗静电剂、填补碳、电

镀和镀膜资料而外，真空吸塑成型资料都会在以下过程中产生电

荷：

从卷筒上睁开卷绕的资料；从叠放的资猜中抽出；撕掉片材

的保护薄膜；加热；冷却。

静电荷的副作用较大的颗粒，比方说

塑料的锯屑或锯粉会被带有静电的资料所吸引，会粘到资料的表

面上。

这种现象，特别是关于高质量的吸塑制品，将会产生次品，这可

以经过以下方法来预防和减少：

在另一个房间进行最后的机加工；对成型资料表面直接发射离子化的空气；用导电的圆滑的刷子清理成型资料。

假如不用抗静电的资料进行生产，吸塑制品在成型

加工后会汲取尘埃。

一种简单但很有效的方法是用含有清洗液的

水冲刷。

从根本上解决这个问题，一定做好防尘和防污染源的工

作，推行无尘无污染化生产环境建设和管理。

6.片材加热时的行为

在加热热塑性塑料时，以下都是一些特别重要的影响要素：

加热时间；膨胀量和凹陷量；成型温度下成型片材的强度；成型

温度范围；成型片材厚度方向的温度梯度。

⑴加热时间的影响

加热的方式会影响加热的时间，真空吸塑成型各项参数设置

相同时，真空吸塑成型片材的加热阶段主要取决于：

塑料的种类

（如PS、HIPS、PVC、PP等）及其颜色；片材的厚度。

因为塑料是

热的不良导体，加热时间的增添高出成型资料厚度的增添，假如在整个加热过程中，在资料的两个表面以资料所能蒙受的最大温度进行加热（但不破坏资料），所需要的加热时间就会最短。

在实质加工中，人们先用能获取的最大热能进行加热，而后渐渐减少热量输人。

作为加热强度和加热时间的函数，用这种方法处

理的任何一种成型片材的厚度方向都会产生温度梯度。

假如在加热后或许成型过程中，成型资料的温度低于最低成型温度，要么将不行能进行真空吸塑成型，要么真空吸塑成型制品的质量将会特别差。

假如不破坏资料的话，其内部的温度是没法丈量的。

因

此就需要大量的实质经验，以便正确设置最正确的加热参数，如热量单位耗费和加热时间、现代的真空吸塑成型机器、基本设置和

加热参数都实现了电脑控制。

注意：

横截面上温差小的成型资料，如迟缓加热的片材，就

更简单模塑成型，制得的制品拥有更好的力学性能。

将片材加热

到破坏区所获取的模塑制品。

其力学性能差，壁厚散布不均匀。

厚度小于

2.5mm的片材能够单方向加热到所需要的时间；

厚度超

过2.5mm时，片材应当两面同时加热。

增韧的聚苯乙烯

（HIPS

或

SB）往常被看作参照物，也就是说假如HIPS的加热时间已知的话，

那么其余塑料的加热时间能够经过乘以一个“资料因子”。

⑵膨胀量和凹陷量

在真空吸塑成型机器上加热热塑性塑料，为了测定其凹陷量，

一定知道塑料的线性热膨胀系数l，塑料的热膨胀量基本上是线

性的，能够经过线性热膨胀系数l计算获取：

加热产生的线性膨

胀量

式中△l―产生的热膨胀量，mml1―资料在温度T1下的长度

或尺寸，mm;?

λ―线性膨胀系数；T1―初始温度，往常为温度；

T2―加热结束时的温度。

上式仅合用于真空吸塑成型过程中的操

作温度和低温状况。

连续操作温度范围内产生的膨胀举例：

ABS资料，

线性膨胀量

缩短量能够按下式简单计算：

缩短量

式中—缩短量，mmbl—机器加持框内的片材宽度或许是输送

片材的宽度；△b—温差为T2-T1时片材产生的线性膨胀，按上

式的△l计算获取。

注意：

按上式计算缩短量时，没有考虑成型

资料的内应力。

例：

线性膨胀量

故,缩短量

当在真空吸塑成型机器上加热热塑性资料，资料加热到成型

温度以上时，将会产生以下状况。

①热塑性塑料片材膨胀，直到融化温度。

②当超出融化温度

（玻璃化转变温度），冻结的应力将会开释；高度取向的片材，如OPS或LDPE，在模框内及在达到融化点时主链伸展；此外一些资料，比方PP或PVC，连续膨胀直到它们达到成型温度。

③当用接触平板加热时，膨胀会使接触的压力发生改变，在成型片材表

面会产生黏结波涛（adhesionstrechs）。

④当进行辐射加热时，会产生两个问题。

a.若片材未支撑发生凹陷，由自己重量产生的膨胀一定与热膨胀量相加。

辐射加热可能会产生加热不足，或片材受热破坏。

生产薄的PP资料时，在真空吸塑成型机上加热时，一定采纳冻结应力的方法，不然，片材不发生熔塌是十分困难的。

b.在成型资料用空气支撑以防备下垂凹陷的地方，为