南工大塑料成型加工2015窦ch13

1、第十三章第十三章 热成型热成型13.1 13.1 概述概述热成型：是利用热塑性塑料的片材作为原料来制造热成型：是利用热塑性塑料的片材作为原料来制造塑料制品的一种方法；首先将裁成一定尺寸和形式塑料制品的一种方法；首先将裁成一定尺寸和形式的片材，夹在模具的框架上，让其在的片材，夹在模具的框架上，让其在Tg至至Tf之间的之间的适宜温度加热软化，片材一边受热一边延伸，而后适宜温度加热软化，片材一边受热一边延伸，而后凭借施加的压力，使其紧贴模具的型面，取得于型凭借施加的压力，使其紧贴模具的型面，取得于型面相仿的形样，经冷却定型和修整后即得制品。面相仿的形样，经冷却定型和修整后即得制品。热成型时，施加的压

2、力主要是靠片材两面的气压差，热成型时，施加的压力主要是靠片材两面的气压差，但也有借助于机械力或液压力的。但也有借助于机械力或液压力的。13.1 13.1 概述概述热成型的特点：热成型的特点：制品壁厚不大，片材一般是制品壁厚不大，片材一般是13mm，制品的厚度总，制品的厚度总比这一数值小。但制品的表面积可以很大，而且都属比这一数值小。但制品的表面积可以很大，而且都属于半壳形（内凹外凸）的，其深度有一定限制；于半壳形（内凹外凸）的，其深度有一定限制；制品的种类繁多，日用器皿，电子仪器仪表外壳，制品的种类繁多，日用器皿，电子仪器仪表外壳，玩具，雷达罩，飞机罩，立体地图，人体头像模玩具，雷达罩，飞机罩

3、，立体地图，人体头像模型等。型等。目前工业上用于热成型的塑料有：聚甲基丙烯酸目前工业上用于热成型的塑料有：聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、ABS等多种热塑性共等多种热塑性共聚物等。用浇铸、压延、挤出等方法制造的片材聚物等。用浇铸、压延、挤出等方法制造的片材为原料。为原料。13.1 13.1 概述概述与注射成型相比，热成型具有：与注射成型相比，热成型具有：优点：优点：生产效率高、方法简单、设备投资生产效率高、方法简单、设备投资少、能够制造表面较大的制品。少、能够制造表面较大的制品。缺点：缺点：原料成本高，制品后加工工序多。原料成本高，制品后加工工序多。13.213.2

4、 热成型方法热成型方法13.2.1 13.2.1 差压成型差压成型先用夹持框将片材夹紧，并置于模具上，然后用加先用夹持框将片材夹紧，并置于模具上，然后用加热器进行加热，当片材已被热至足够温度时移开加热器进行加热，当片材已被热至足够温度时移开加热器，并立即抽真空或通入压缩空气加压，这时由热器，并立即抽真空或通入压缩空气加压，这时由于在受热软化的片材两面形成压差，片材被迫向压于在受热软化的片材两面形成压差，片材被迫向压力较低的一边延伸和弯曲，最后紧贴于模具型腔表力较低的一边延伸和弯曲，最后紧贴于模具型腔表面，取得所需形状，经冷却定型后，即自模具底部面，取得所需形状，经冷却定型后，即自模具底部气孔通

5、入压缩空气将制品吹出，经修饰后即为制品。气孔通入压缩空气将制品吹出，经修饰后即为制品。根据片材两面产生压差的方法，可分为根据片材两面产生压差的方法，可分为真空成型真空成型和和加压成型加压成型两种。两种。不用模型的差压成型气压成型压缩空气成型工艺阴模真空成型阳模真空成型13.2.1 13.2.1 差压成型差压成型差压成型特点：差压成型特点：1.1.制品结构上比较鲜明和精细部位是与模面贴合的一制品结构上比较鲜明和精细部位是与模面贴合的一面，而且光洁度也较高；面，而且光洁度也较高；2.2.成型时，凡片材与模面在贴合时间上愈后的部位，成型时，凡片材与模面在贴合时间上愈后的部位，其厚度愈小；其厚度愈小；

6、3.3.模具结构简单，通常只有阴模；模具结构简单，通常只有阴模；4.4.制品表面光泽好，并不带任何瑕疵，材料原来的制品表面光泽好，并不带任何瑕疵，材料原来的透明性成型后不发生变化。透明性成型后不发生变化。真空高速吸塑成型机13.2.2 13.2.2 覆盖成型覆盖成型与真空成型基本相同，不同者只是所用模具只有阳模；与真空成型基本相同，不同者只是所用模具只有阳模；成型时系借助于液压系统的推力，将阳模顶入由框架成型时系借助于液压系统的推力，将阳模顶入由框架夹持且已加热的片材中，也可用机械力移动框架将片夹持且已加热的片材中，也可用机械力移动框架将片材扣覆在模具上，然后再抽真空使片材包复于模具上材扣覆在

7、模具上，然后再抽真空使片材包复于模具上而成型。而成型。覆盖成型特点：覆盖成型特点：1.1.与模面贴合的一面质量较高，结构上也较鲜明、细致；与模面贴合的一面质量较高，结构上也较鲜明、细致；2.2.壁厚的最大部位在模具的顶部，而最薄的部位则在模具侧面与壁厚的最大部位在模具的顶部，而最薄的部位则在模具侧面与底面的交界处；底面的交界处；3.3.制品侧面常会出现牵伸和冷却条纹；通常在接近模面顶部的侧制品侧面常会出现牵伸和冷却条纹；通常在接近模面顶部的侧面处最多。面处最多。覆盖成型13.2.3 13.2.3 柱塞助压成型柱塞助压成型分为分为柱塞助压真空成型柱塞助压真空成型、柱塞助压气压成型和气柱塞助压气压

8、成型和气胀柱塞助压真空成型。胀柱塞助压真空成型。成型制品的主要特点除成型制品的主要特点除厚度较均匀外，其它与厚度较均匀外，其它与差压成型极为相似。差压成型极为相似。13.2.4 回吸成型n常用的有真空回吸、气胀真空回吸和推气真空回吸成型等。主要特点是壁厚较均匀且结构上也可较复杂。n气压预拉伸凹模反吸成型n气压预拉伸凸模反吸成型13.2.5 对模成型n特点：复制性和尺寸准确性较好；结构上可以复杂些，甚至可制成有刻花和刻 字的表面；厚度分布依赖于制品式样。n凸凹模对压成型钢模与硅橡胶模快对压成型13.2.6 双片热成型n用这种方法生产中空制品的特点是成型快，壁厚均匀，可制作双色和厚度不同的制品。1

9、3.3 热成型设备及模具n热成型过程：片材夹持、片材加热、成型、冷却、脱模。成型设备分手动、半自动、自动。按供料方式分连续进料和分批进料。连续热成型1 2n一、片材的夹持设备在整个成型过程中，保持片材牢固的夹持是非常关键的。根据热成型是否连续，可有框式夹持和输送链式夹持机构。n二、片材的加热系统片材的加热也很关键，关系到成型的成败。加热器有热板、加热棒、烘箱、红外灯还有液浴等。加热板的热源有电、油、过热水、蒸汽等。现代化的加热大都采用红外线辐照方式。红外线的辐照功率与加热器的温度、辐照密度、片材和加热器的距离、片材吸收辐射线的性能有关。n一般加热器的温度控制在370650，加热器与片材之间的距

10、离可调节在830cm范围，加热功率密度根据所选用的塑料材料而定，如表，部分塑料材料所需加热功率密度三、真空系统和压缩空气系统n真空系统由真空泵、真空储罐、管路和阀门组成。真空系统的真空度应能达到0.070.09MPa。真空储罐的容量至少应为最大成型室容量的2.5倍。n压缩空气系统由空气压缩机、储压罐、管路、阀门组成。压缩空气机的额定排气量通常为0.050.3m3/min，压力范围为0.60.7MPa，实际使用时一般不超过0.35MPa。四、冷却系统n冷却系统有内冷和外冷，n内冷是依靠模具内设冷却盘管，通冷却水，进行冷却；n外冷则是用风冷和水雾等冷却。n通常金属模具用内冷，非金属模具用外冷。有时

11、也采用内冷和外冷相结合的方式，快速冷却。五、模具n根据热成型方法可知，热成型模具有三种基本形式：阴模、阳模和对模（极少数的自由成型可不用模具）。n热成型模具材料的种类有很多，可分金属材料和非金属材料，如钢、铝、木材、石膏、塑料（酚醛、环氧、聚酯、氨基等）。模具材料的选择主要依据是其预期用途和预期寿命。选材和模具设计时注意几点n1.制品表面质量要求较高的一面与模具表面接触、贴合，这也是单模成型时选择阴模或阳模的依据；n2.单阴模成型时，制件底部是壁厚最薄的区域；n 单阳模成型时，制件壁厚最小的区域是制品的侧边，制件顶部壁厚近似等于成型用片材的初始厚度。n3.为了便于脱模，无论是何种形式的模具都应

12、有一定的脱模斜度。但比较而言，单阴模可采用的脱模斜度小于单阳模。n4.采用单阴模成型时牵伸比（模腔深度与宽度的比值）通常不超过0.5，否则会使制件壁厚分布过分不均匀，还会使片材受到过分拉伸。采用单阳模成型时牵伸比可较大，如果采用柱塞助压成型牵伸比可更大。n5.为避免产生内应力，模具的拐角应有充分的圆弧过渡，过渡的圆弧半径最好大于或等于片材厚度，同时不小于1.5mm。n6.作为气体进出的通道，热成型的模具上通常开有气孔。气孔直径随所成型片材种类和厚度而变化，确定的总原则是既保证气体通行顺畅、高效。又不会由于气孔的存在给制品质量特别是外观质量造成不利影响。例如，成型软质PVC和PE薄片时，气孔的直

13、径约为0.250.6mm；成型硬而厚的片时则可大到1.5mm。如果气孔直径过大，会使成型制品表面出现赘物。为解决这一问题，可将气孔道做成锥形，靠近模具的一侧直径小，另一侧直径大。也可将通气孔做成长而窄的缝形。n7.热成型制品会产生较大的收缩率（约为0.2%0.9%），在进行模具设计时要考虑。13.4 热成型工艺因素分析n一、加热n在热成型过程中，坯件是在热塑性塑料的弹塑性状态的温度范围内拉伸造型，所以成型前必须将坯件加热到规定温度。n一般坯件的加热时间占整个成型时间的5080%，而加热温度的准确性和各处温度分布的均匀性将直接影响成型操作的难易和制品的质量。n1、加热温度n应使塑料在此温度下既有

14、很大的伸长率又有适当的拉伸强度，保证坯件成型时能经受高速拉伸而不致出现破裂。n降低温度虽然能缩短成型时间和节省能源，但是温度过低时所得制品轮廓不清晰、尺寸稳定性差；n加热温度过高，会造成聚合物的降解，从而导致制品变色和失去光泽。n加热坯件的原则n加热的温度下限应以片材在牵伸最大区域不发白或不出现明显的缺陷为度；n上限温度则是片材不发生降解和不会在夹持架上出现过分下垂的最高温度。n一般热成型过程中，加热的坯件要经过转换工位，要有一些降温，尤其是壁薄的坯件和传热系数比较大的坯件，散热现象比较严重，所以坯件的加热温度要稍高于成型温度。n2、加热均匀性n保证坯件在加热过程中均匀升温：n首先选用片材厚度

15、均匀，厚度公差通常不应大于48%，若厚度公差大，就要延长加热时间，使坯件各部分都要“热透”；n再是由于塑料的导热性差，会造成一面温度达到要求而另一面温度仍然很低；再继续加热会使一面温度过高，表面降解。n可以采用两面加热的方法，或采用高频加热和远红外加热。n3、加热时间n主要由塑料的品种和片材的厚度决定。一般加热时间随塑料的导热系数增大而缩短，随塑料比热和片材厚度的增大而延长。但都不是简单的直线关系。合适的加热时间要由实验或参考经验数据来定。加热时间与片材厚度的关系（以PE为例）n4、加热对制品壁厚的影响n特殊情况下，为适应拉伸时坯件变形的特点，各部分随模具的型样不同拉伸不同，壁厚会因拉伸不同而

16、有差别。为了解决此问题，可采用的办法：用绝热纸剪成花板，特意将拉伸时变形较大的部位遮蔽，使这部分在加热时少受热辐射，加热后的温度比其它部位低，就可使其拉伸时变形量小，使厚度与其它部位均匀一致。n5、坯件下垂问题n用夹持架夹持的坯件，周边被固定，在加热时会出现下垂现象，原因是热膨胀和熔融流动，大幅度的升温可使非取向的坯件各向上的尺寸增加12%，熔融流动的大小与塑料熔体粘度高低有关。出现下垂后给工艺控制造成困难。解决坯件下垂问题的办法：采用有一些定向的片材，在加热时有一定的收缩可以克服下垂现象。但所用片材的定向程度不能过大，否则会由于坯件内应力过大而使成型发生困难。n此外，模具和柱塞也应根据不同塑

17、料而采用适当的温度，见表。二、成型n对成型的基本要求是：使所得制品的壁厚尽可能均匀。n1、成型过程中的拉伸n拉伸速度的大小依赖于坯件的温度，温度低的坯件，由于变形能力小，应采用低的拉伸速度；相反拉伸速度高，就要采用高温坯件。由于成型时坯件会散热降温，所以薄型坯件的拉伸速度要快于厚坯件。n造成热成型制品壁厚不均匀的主要原因：n一、成型时坯件各部分被拉伸的程度不同。n二、拉伸速度的大小，也就是抽气、充气的气体流率或模具、夹持框和预拉伸柱塞等的移动速度的不同。n对于深的制件，一般都要用预拉伸（气胀）热成型的方法，首先使坯件经过抽真空或通压缩空气形成预伸泡状物，此泡状物的壁厚应接近制品底部的厚度，因为

18、一旦柱模或柱塞与塑料接触，其拉伸的程度就会很小；另外泡状体达到要求后应保持几秒钟，调整壁厚均匀性。n2、成型时分子定向问题n由于制品各部位和各方向拉伸程度的不同，所以出现的分子定向程度也会不同，使制品存在各向异性。定向程度大的方向或部位，拉伸强度、总伸长率、抗裂能力等都会增加。具有分子定向的制品尺寸稳定性也比较差。但是如果单向拉伸的数值和双向拉伸的差值保持在一定范围内，各向异性程度就不会太大。n提高坯件的温度和较低拉伸速度都会降低定向程度。3、成型力的大小n与所用片材品种与牌号、坯件的厚度和温度有关，一般来说，聚合物大分子链刚性大、分子量高、存在极性基团的塑料片材，需要较高的成型力；坯件较厚和温度较低时，也要采用较高的成型力。三、成型物的冷却与脱模n1、冷却时间：坯件经拉伸造型获得制品所要求的型样后，必须在成型压力下继续冷却一定时间，才能在解除压力后保持已获得的型样。n冷却不足，制品从模腔内或模面上脱出后将发生变形；n过分冷却，不仅使成型设备的生产效率降低，而且往往会由于成型物的收缩而紧