吸塑成型工艺学

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第一章绪论

真空吸塑成型工艺的起步与进展真空吸塑成型工艺，早在20世纪初已为人所知，但应用于工业生产还只是20世纪40年代以后的事，而在60年代才有较大的进展。近20年来，它已进展成为加工包装材料的最重要的方法之一。这种技术迅速进展的缘故是真空吸塑成型工艺及设备的不断创新，以及具有成型性能的新片材的开发；同时也是由包装工业的进展及真空吸塑成型包装本身的特点所决定的。

真空吸塑成型是塑料包装容器最常用的成型方法之一。它是一种以热塑性塑料片材为成型对象的二次成型技术。在国外，真空吸塑成型是一种老的成型工艺，由于不断的开发和变化，目前已高度自动化、机械化，并做到了无任何废边料产生，100%的原辅材料变成制品。全流水线生产的成型系统工程。

真空吸塑成型在下列条件中存在差不：

·加热成型材料至高弹态所需要的再成型温度

·吸塑成型时通常用的成型模具

·将制品冷却到其不发生尺寸变化的冷却温度

·尺寸稳定后制件脱模

在大多数情况下，吸塑成型的后处理也是必须的，比如：

·修边

·熔接

·粘接

·热封

·涂层

·金属喷镀

·植绒

·印刷

真空吸塑成型现在差不多成为加工领域内大伙儿普遍同意的一个术语：“真空成型”（vacuumforming）。而“压力成型”（pressureforming）是指一些专门的利用空气压力加工过程的工艺。“热成型”（Thermoforming）是各种热塑性成型（包含真空和压力，或混合成型）的总称。

一、真空吸塑成型的优缺点

推断任何一种加工生产工艺过程是否成功，要与另外一种加工方法相比，用该种方法生产的制品的成本是否合适；或者是这两种方法生产的制品成本相同，但用这种方法生产的制品质量得到改进。在许多应用方面，注射模塑成型或吹塑成型都与真空吸塑成型相竞争。

但就包装技术而言，除非是用纸板作为包装材料，否则真空吸塑成型技术是没有其他加工方法能与之相竞争的。真空吸塑成型要紧的优点是它的工程经济性。成型复合片材、发泡片材和印刷片材的制品，以适当改变模具来代替变化真空吸塑成型机械。壁专门薄的制品能够用高熔体黏度的片材真空吸塑成型，而注射相同壁厚的则需要低熔体黏度的粒料。关于少量的塑件，有利的模具成本是真空吸塑成型的又一优点，而对大批量的制件，制品能达到特不薄的壁厚及真空吸塑成型机器的高产出比则特不有利。

真空吸塑成型可生产的最小制件是药片的包装材料或手表用的电池，也能够生产特不大的制品，比如3～5m长的花园水池。成型材料的厚度能够从0.05～15mm，关于发泡材料，厚度可达到60mm。任何一种热塑性塑料或具有相似性能的材料都能够进行真空吸塑成型加工。

真空吸塑成型所用的材料是厚度为0.05～15mm的片材，这些片材是用粒料或粉料制得的半成品。因此，与注射成型相比，真空吸塑成型的原料会增加额外的成本。

在真空吸塑成型时需要对片材进行切割，这将会产生边角料。将这些边角料粉碎后，与原来的材料相混，可再一次制成片材。

在真空吸塑成型中，片材只有一个表面与真空吸塑成型模具相接触，因此只有一个表面与真空吸塑成型模具几何尺寸相一致，制品另外一个表面的轮廓是由牵伸得到的。

在塑料加工领域，真空吸塑成型被认为是一种具有专门大进展潜力的加工方法。它采纳模塑成型，适合塑料包装各领域。真空吸塑成型也是一种需要熟练操作与经验的加工方法。现在，通过模拟过程与必要的专业技术，真空吸塑成型差不多进展成为在技术上可控的，同时可重复的一种加工方法。

近年来，在真空吸塑成型过程中产生的边角料的循环利用已日趋重要。现在，边角料通过破裂后与原生材料混合来进行回收利用差不多形成了一种工艺。废弃的塑料模塑制品，比如讲包装材料，甚至工程制件，它们的回收利用在专门多条件下差不多上可能的，但有些仍有待进展。目前可进行的回收要紧是一些化学材料和能源材料。要使循环利用得到突破，必须在加工过程的生态性和节约性上下功夫。

真空吸塑成型制品具有价格低廉、生产效率高、形状及色彩选配自由、耐腐蚀、重量轻和对电的绝缘性能等优点，在文具、玩具、日常用品、五金交电、电子产品、食品、化妆品等产品的包装，现已进展到广告牌、汽车、工业配件、建材、安全帽、洗衣机和冰柜内衬、周转箱及农业用品等产品的应用。

二、真空吸塑成型存在自身的局限性

·真空吸塑成型只能生产结构简单的半壳型制品，而且制品壁厚应比较均匀（一般倒角处稍薄），不能制得壁厚相差悬殊的塑料制品。

·真空吸塑成型制品深度受到一定限制。一般情况下容器的深度直径比（H/D）不超过1。·制件的成型精度较差，相对误差一般在1%以上。采纳真空吸塑成型法不仅专门难得到不同制件间构型或尺寸的一致性，同一制件各部位壁厚的均匀性也专门难保证，另外，真空吸塑成型过程中模具的某些细节并不能完全反映到制品中。第二章真空吸塑成型差不多原理和术语

本章将就真空吸塑成型的差不多原理和相关术语进行介绍，对往后了解成型特性有着重要关系。

一、真空吸塑成型原理

真空吸塑成型工艺（图2-1）是一种热成型加工方法。利用热塑性塑料片材，制造开口壳体制品的一种方法。将塑料片材裁成一定尺寸加热软化，借助片材两面的气压差或机械压力，使其变形后覆贴在特定的模具轮廓面上，通过冷却定型，并切边修整。

真空吸塑成型这种成型方法是依靠真空力使片材拉伸变形。真空力容易实现、掌握与操纵，因此简单真空成型是出现最早，也是目前应用最广的一种热成型方法。

图2-1差不多原理示意图

二、无模成型

真空无模成型过程如图2-2所示，将片材加热到所需温度后，置于夹持环上，用压环压紧，打开真空泵阀门抽真空，通过光电管操纵真空阀调节真空度，直到片材达到所需的成型深度为止。由于自由真空成型法中制件不接触任何模具表面，制件表面光泽度高，不带任何瑕疵。假如塑料本自身是透明的，制件能够具有最小的光汲取率和透明性，故可用于制造飞机部件如仪器罩和天窗等。

真空无模成型法在成型过程中只能改变制件的拉伸程度和外廓形状，因此不能成型外型复杂的制件。另外，成型过程中，随着拉伸程度的增大，最大变形区（即片材中心）的厚度不断减小，因此实际生产中拉伸比（H/D）一般应小于75%。

在运用此法进行加工时，操作员必须有熟练的技巧，调节好真空度，以得到符合设计要求的轮廓和尺寸一致的产品。图2-2无模真空吸塑成型装置

图2-3无模真空吸塑成型壁厚分布表2-1不同模具所同意的拉伸比成型模单阳模单阴模用柱塞协助成型同意牵伸比>0.5>1>1

三、阳模（凸模）和阴模（凹模）成型

关于真空吸塑成型，受热的材料仅有一面与成型工具相接触。如此，材料与模具相接的面就具有与成型模具完全相同表面轮廓。而成型制件的未接触面的轮廓和尺寸就只有取决于材料的厚度。依照成型材料与成型模具的接触面的不同，成型过程可分为阳模和阴模成型。1.真空吸塑阳模成型工艺过程如（图2-4）所示。

本法关于制造壁厚和深度较大的制品比较有利。

制品的要紧特点是：与真空阴模成型法一样，模腔壁贴合的一面质量较高，结构上也比较鲜亮细致。壁厚的最大部位在阳模的顶部，而最薄部位在阳模侧面与底面的交界区，该部位也是最后成型的部位，制品侧面常会出现牵伸和冷却的条纹，造成条纹的缘故在于片材各部分贴合模面的时候有先后之分。先与模面接触的部分先被模具冷却，而在后继的相关过程中，其牵伸行为较未冷却的部位弱。这种条纹通常在接近模面顶部的侧面处最高。图2-4阳模成型

2.真空吸塑阴模成型工艺过程如图（图2-5）所示。

真空阴模成型法生产的制品与模腔壁贴合的一面质量较高，结构上也比较鲜亮细致，壁厚的最大部位在模腔底部，最薄部位在模腔侧面与底面的交界处，而且随模腔深度的增大制品底部转角处的壁就变得更薄。因此真空阴模成型法不适于生产深度专门大的制品。图2-5阴模成型

关于阳模成型，制件的内尺寸是专门精确的，因为它是与真空吸塑成型工具相接的一面。相反，关于阴模成型，制品的外尺寸是专门精确的，因为其外部与真空吸塑成型模具相接触如（图2-6）。图2-6a阳模成型（简图）和b阴模成型（简图）

1-厚部位；2-薄部位；3-成品的内尺寸；4-外尺寸关于阳模成型，制件的内尺寸是专门精确的，因为它是与真空吸塑成型工具相接的一面。相反，关于阴模成型，制品的外尺寸是专门精确的，因为其外部与真空吸塑成型模具相接触如（图2-6）。图2-6a阳模成型（简图）和b阴模成型（简图）

1-厚部位；2-薄部位；3-成品的内尺寸；4-外尺寸

关于阳模制件我们必须注意如下问题：

①在使用高的角式模具进行加工时，特不是当模具与夹持框架间的距离专门大时，容易产生皱褶（图2-7)

②在角落处容易产生冷却条纹（图2-7)；

③在凸缘处壁厚不均匀（图2-7)；

④由于侧壁斜度不够而使脱模困难；

⑤在成型区（夹持模框）多腔模具的嵌件和下夹持器之间会产生小的缝隙；

⑥阳模成型模具通常比阴模价格低廉。图2-7阳模制件中的缺陷及其典型特征（简图）

1-冷却痕迹；2-皱褶；3-薄部位；4-厚部位

关于阴模制件我们必须注意其（图2-8)：厚的边缘；均匀的边缘厚度；薄的角隅；单阴模有专门好的脱模性；阴模模具通常比阳模价格高。然而，关于每一种情况之中的不利阻碍都能够通过采纳适当的加工方法来降低。图2-8阴模制件的典型特征

1-均匀的边缘；2-薄的角隅

四、机器差不多装置

1．夹紧设备

塑料片材成型时，片材被固定在夹紧装置上。在真空吸塑成型的通用型机和复合型的热成型机上多采纳便于固定各种尺寸片材的夹紧装置。有的是整个成型机配一套夹紧框架。

夹紧装置可分为两类：一类是框架式，另一类是分瓣式。框架式夹紧装置由上、下两个框架组成。片材夹在两个框架之间。框架打开时，下框架一般保持固定状态。各种类型单工位成型机上框架的下部直接固定在成型室上。用手装型坯和成品取出的手动和半自动成型机上，当框架尺寸专门大时，都装有在框架打开范围内的安全操作装置。对成型滑移性较大的型坯，要求夹紧力能在比较宽的范围内调节，为此，采纳两个包胶辊，用弹簧相互压紧，并配有压力调节装置。连续拉片成型机的夹紧是两边拉链与前后闸的共同作用。

夹紧装置最好采纳自动操纵，以期动作迅速，可有助于提高制件质量和效率。

2．加热设备

热塑性塑料片材和薄膜的真空吸塑成型过程，要紧工序之一确实是片材加热，让片材软化成可塑性的设备。电加热的持续时刻和质量取决于加热器的结构，辐射表面后温度传热的热惯性，片材与加热器间的距离，辐射能汲取系数，加热器表面的特性以及材料的热物理性能。常用的加热器有电加热器、晶体辐射器和红外线加热器。

3．真空设备

真空系统由真空泵、储气罐、阀门、管路以及真空表等组成，在真空成型中常采纳单独机型真空泵，此种泵的真空度应达到0.07~0.09Mpa（520mmHg）以上。储气罐一般是用薄钢板焊接的圆柱形箱体，底是椭圆形的。蓄气罐的容量至少应比最大成型室的容量大一半。真空管路上，必须装有适当的阀门，以操纵真空窄容量。

真空泵的转动功率由成型设备的大小和成型速度决定，较大或成型速度较快的设备常用大至2~4KW的。真空中央系统的大小视工厂具体生产和进展的要求而定。

4．压缩空气设备

气动系统可由成型机自身带有压缩机、储气罐、车间主管路集、阀门等组成。成型机需要压力为0.6~0.7MPa的压缩空气,各种真空吸塑成型机广泛采纳活塞式空气压缩机。也能够用大型的螺旋式空气压缩机整厂供给。压缩空气除大量应于成型外，还有当一部分用于脱模、初制品的外冷却和操纵模具框架和运转片材等机件动作的动力。

5．冷却设备

为了提高生产效率，真空吸塑成型制品脱模前常需进行冷却。理想的情况是制件与模具接触的内表面和外表面都冷却，而且最好采纳内装冷却盘管的模具。关于非金属模具，如木材、石膏、玻璃纤维增强塑料、环氧树脂等模具，因无法用水冷，可改用风冷，并可另加水雾来冷却真空吸塑成型制件的外表面。

生产中若采纳自然冷却能够获得退火制件，有利于提高制件的耐冲击性。用水冷却尽管生产效率高，但制件内应力较大。

6．脱模设备

脱模是将制品移出模外，通常不管是凹模依旧凸模，多数场合是由于制品冷却收缩而贴紧模具，因此通过真空吸引孔或向相反方向吹风使之脱模。

尤其关于脱模斜度小的或有凹模的模具，同时使用脱模机构顶撞或震荡脱模。

7．操纵设备

操纵系统一般包括对真空吸塑成型成型、整饰等过程中包括仪器、仪表、管道、阀门各个参数和动作进行操纵。操纵方式有手动、电气-机械自动操纵、电脑操纵等，具体选用要依照最初投资人工费、技术要求、原料费用、生产和维修设备费用等因素综合考虑。

五、有效成型压力

除了成型温度、模具温度和牵伸作用的阻碍外，真空吸塑成型制件的成型精度还要紧依靠于热制件与模具之间的有效接触压力。????模具在预牵伸的过程中会产生一定的接触压力（图2-9a）。而制品成型时，若在接触处抽真空或者使用柱塞的机械压力，又就会产生一定的成型压力。这也确实是讲接触处的有效压力是牵伸产生的接触压力和由真空或柱塞的机械压力产生的成型压力之和。关于其他的区域，成型材料在预成型之后未与模具相接触，有的甚至阻碍牵伸。这些区域其有效接触压力等于成型压力和成型材料成型时产生的反向压力之差（图2-9）。图2-9由材料的成型压力和反向压力之和得出有效成型压力的简图

a和b阳模；c和d阴模(+）模具面积，在该面积区域材料的有效成型压力因接触压力而增加；（-）模具面积，在该面积区域有效成型压力因成型材料的反向压力而降低

关于模压成型（阳模）通常的成型压力：大面积模制件0.2～0.3MPa(2～3bar)；小的制件高达0.7MPa(7bar）。????关于真空成型，成型压力较低，且要紧取决于的大气压力。????在海拔高度为。时，当使用高质量的真空泵时，模塑压力可达到约0.O98MPa(0.98bar）。????由于真空产生的压力等于成型材料一侧所受到的大气压与另一侧产生的真空的压差，因此接触压力就取决于空气压力和密封度。因此，即使使用最好的真空泵，随海拔高度的增大，成型压力也会不断降低（图2-10）。图2-10成型机器的海拔高度对真空成型中的空气压力的阻碍

六、成型面积、切入面积、夹持边缘

夹持框表面内部宽度大小范围区域的面积被称为成型面积（图2-11）。切人面积确实是指在成型过程中发生牵伸的区域的面积。它依靠于制件的规格，而与夹持边缘是否需要加热无关。????应用如下：成型材料未受热的区域（如未受热的夹持边缘）不收缩，而成型的部分则在成型后收缩；然而不同收缩的区域会造成模塑物的变形。

关于实际应用的意义：若制件的夹持边缘在脱模后立即就被切断，那么它就不必进行加热；若夹持边缘留在制件上（无修边成型过程），夹持边就必须加热到材料的Tg以上。图2-11成型面积和切人面积a关于阳模成型，成型面积等于切人面积；

b在阳模成型中由于附加的爱护物的作用而使切人面积减小；

c在阴模成型中规定的加工切人面积

L·B-成型区域；Ll·B1-切人面积；?-夹持边缘；

E-阳模成型中牵伸起始处（壁厚发生变化）图2-12矩形盒用料制品简图（右边为裁边后的成品图）

AB-模具底面，C-高度，L1和L2-模具延伸到片坯边缘的长度，D-夹持边缘

七、废料（边料）面积和废料比率

掌握废料分寸，对成本核算有着重要意义。成型制品四周的切边余量是没有精确数据的，因为它会由拉伸情况阻碍。我们利用以下着个案例来分析：

例：计算成型矩形盒(如图2-12)高200mm，模具底面积（430x950)mm2，制品在模具底平面四周延伸10mm边位剪切（即产品尺寸440x960mm2），若用料片坯面积（610x1200)mm2，夹持边缘四边各20mm，求此种情况时的废料比。片材的废料由夹持边缘面积和经成型拉伸裁出制品后的片坯面积组成，最要紧是计算通过拉伸后，出制品后还剩余多少份量的边料。注：裁边面积—制品的剪口面积

依照此公式计算：

成型/型腔面积=[(610-20x2)(1200-20x2)]/{(430x950+430x200x2+950x200x2)+[(610-20x2)(1200-20x2)-430x950]}=66120/1174720=0.056

废料面积=0.056x[(610-20x2)(1200-20x2)-440x960]+[610x1200-(610-20x2)(1200-20x2)]

=142353.2mm2

废料比率=142353.2/(610x1200)=0.194或19.4％

八、排气面、排气孔、排气槽、槽口

在真空吸塑成型加工过程中，为了除去塑料材料与模具之间所存留的气体，模具必须是能排气的或有足够的排气孔或排气槽；这能够使空气通过抽气装置（或转移）快速的除去。具体的设计将在模具设计章节详细介绍。

九、脱模斜度

关于阳模成型，制品会收缩而紧贴在模具上，而关于单腔阴模成型，制品收缩后能够脱离模具表面。为了能够脱模，模具侧面必须具有一定的倾斜度。在脱模方向上，模具侧面的倾角被称为脱模斜度（见图2-13）。脱模斜度应该取得尽可能大。脱模斜度越大，脱模越快，成型周期越短，而且在脱模的过程中制品变形的可能性小。单阳模和单阴模的脱模斜度一般为：a=3o～5o；关于收缩率＜0.5％的和慢速脱模a>0.50。图2-13脱模斜度

a单阳模；b单阴模

十、成型比和牵引比

成型比（图2-14）是指制品的最大抽拔深度H与成型面B之比，或与成型面直径D之比。成型比并不能准确反映出牵伸比。成型比可依照图2-14得到。成型面积：L·B，当L>B（长方形模制品）成型比：H：B（长方形）或H：D（圆形模制品）牵伸比是指模件修边前的表面（不含夹持边），与成型面积之比，其结果依照图2-15。

牵伸比S=F2/F1

式中F1―不含夹持边的最初成型材料面积；

F2―制品的模塑面积

测定实际牵伸比的技巧：关于几何形状特不复杂的模制品，牵伸比能够在最大牵伸处用一个软尺专门容易地进行测定（见图2-16）。宽度B方向的牵伸比=卷尺测量尺寸／宽度B图2-14成型比a和b不同几何体的成型比H：B;c圆形几何体的成型比图2-15用于计算壁厚的制件尺寸图2-16某塑件宽度B方向的牵伸比

1-软尺测量

成型的牵伸比不宜过大，实际生产中选用牵伸比时不超过1/3为宜，否则转角、底部的部位将急剧变薄，甚至成型不了。

成型时，造成制品厚薄不均的要紧缘故是片材各部分所受的拉伸情况不同，一般来讲，阳模成型时，易造成顶部过厚，两侧逐渐变薄；阴模成型时，口径部位过厚两侧延至底部变薄，特不侧面与底部的转角部位最薄。

牵伸比应操纵在一个极限范围内。假如采纳单阴模成型时牵伸比通常不超过0.5；采纳单阳模成型时拉伸比能够适当增大，假如采取柱塞协助成型，牵伸比能够更大些。十一、壁厚计算、吸塑成型制件

当未成型材料的厚度已知时，我们能够粗略地可能出吸塑成型制件的厚度。由于制件的设计壁厚和最终成型壁厚的不规则分布，最终的计算结果要考虑±30％的壁厚分布。关于这种计算，必须假定材料的体积在整个成型的过程中保持不变。

因而有如下成立：V1=V2

如此：F1·s1=F2·s2

从而：s2=F1/F2·s1

式中Vl―不含夹持边缘的材料体积；

V2―热成型制件的体积；

F1―不含夹持边缘的材料面积；

F2―制件表面积；s1―原材料厚度；s2―制件壁厚。

壁厚计算示例：①长方形成型制件的壁厚的确定

依照图3-21，有如下尺寸：

a=800mm,b=500mm,c=400mm,L=880mm,B=580mm

用这些数据计算面积和面积比得：

F1=L·B=510400mm2

F2=L·B+2bc+2ac=1550400mm2

F1/F2=0.3293????F2/F1=3.0367

关于原材料厚度s1=4mm,且厚度均匀分布的成型制件，其壁厚：

s2=F1/F2·s1=0.3292X4mm=1.32mm

由于成型制件的壁厚的波动不均一，实际上制品的厚度分布在0.9～1.7mm之间

s2act=s2±30%=1.3mm±0.4mm≈0.9～1.7mm

②

若制件壁厚指定，所需材料的厚度确定依照图3-21中所示的制件的平均厚度为s2=2mm,那么所需原材料的厚度应该是多少？

如下是材料厚度的计算结果：

s1=F1/F2·s2=3.0376X2mm=6.075mm

由于制件壁厚分布不规则，所选材料的厚度应比计算值增加30%：

s1act=6.075+30%≈8mm

十二、吸塑成型制件的收缩和变形

在片材章节我们差不多介绍过材料的缩水问题，在那个地点我们将借助吸塑成型制件进行解讲。

1．收缩

在冷却时期成型模具和施加真空，幸免模塑件的尺寸发生变化，然而一旦脱模，制件就会发生尺寸变化，且随时刻的增大变化就越大。

这些尺寸变化确实是所谓的收缩，它包括加工过程的中的收缩和后收缩。

阻碍收缩情况的还与成型模具结构有关，在成型过程中阳模比阴模收缩小，如图2-17：图2-17左为阳模成型和右为阴模成型的制品缩水情况

2．变形

变形确实是制品的形状偏离原先形状的设计。如在圆形模具上成型的制件变成了椭圆形。与模具水平面相接的模塑件的成型表面，在脱模成为三维尺寸的制品时，往往会发生变形，如发生扭曲或者翘曲。

收缩和变形的缘故密不可分的，两者都与以下因素有关：片材原料、片材生产条件、成型中的牵伸量、冷却速度、脱模温度。

十三、痕迹、冷却痕迹、条纹、皱褶

痕迹（图2-18）、冷却痕迹（图2-19）、条纹和开裂（图2-20）差不多上制品中常见的缺陷，然而能够通过相应的措施来幸免，将在后面的章节里详尽讲解。图2-18透明制品上的排气孔痕迹图2-19a阳模制品上的冷却痕迹和b图3-18a的A-A断面图2-20条纹和开裂

a阳模制品上的条纹；b阳模制品上的开裂

第三章片材的成型特性本章将就吸塑成型常用片材的性能进行介绍，成型的成败和质量与片材的特性有着重要关系。

用于成型加工的不管单层或多层复合片材，都必须具备以下性能：

一、塑性经历，即当拉伸软化的片材时，既有紧缩抵抗拉力的倾向，又有尽可能均匀拉伸的倾向。这一特性能够使己经成型的制品假如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阻碍。

二、热拉伸，即片材在加热时均能够拉伸，这一特性关于产品的形状和质量有专门大阻碍。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，假如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专门难显示出来。

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。这些大分子能够是线性的，比如讲HDPE，也能够是支化的，如LDPE。大分子完全无序排列（如图3-1a)，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（如图3-lb）。

图3-1热塑性塑料结构示意

a无定形的；b部分结晶的

无定形和部分结晶热塑性塑料的区不????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，见图3-2a。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，同时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。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。关于许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）。图3-2讲明了无定形和部分结晶热塑性塑料与温度相关的行为，表3-1为重要的无定形和部分结晶热塑性塑料。

表3-1重要的无定形和部分结晶热塑性塑料

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)聚酰胺（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)图3-2热塑性塑料状态区示意图

a无定形的；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，σ-强度；ε-热变形率表3-4APET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，%58

280光学性透明度，%

雾度，%≥90

≤5.0热特性适用温度，oC

成型温度，oC-40~75

75~85透气性水分透过率，g/(cm2·24·mm)

氧氮透过率，mL/（m2·24h·MPa）0.2

120

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差不多上透明的，比如讲进行了着色和改性的无定形塑料确实是如此。由于分子链部分有序排列，部分结晶热塑性塑料不再透明，依照结晶度不同，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（往常称之为软化温度），热塑性塑料通常是特不脆（比如一般聚苯乙烯PS)，热塑性塑料的刚性（模量E）和强度（σ）的会随着温度的升高而降低，但可变形性（ε）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能够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。关于无定形热塑性塑料（图3-2a)，温度升高到其玻璃化转变温度（软化点）时就能够真空吸塑成型了。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可不能完全结晶，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阻碍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，或者讲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，也确实是讲，这种成型材料需要选用足够高的真空吸塑成型温度。图3-3是以部分结晶的聚丙烯热成型杯子为例，讲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阻碍。图中的各种不同现象能够作如下解释：聚丙烯的结晶熔融区大致为158～165℃，当真空吸塑成型温度低于158℃（如图2-3左侧示意图），结晶区可不能完全熔融，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163℃（图3-3右侧），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，可不能在121℃高温消毒的时候发生逆转，因此杯子的几何尺寸可不能发生变化。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。关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。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。????在实际生产中，假如把这些因素都考虑到里面去的话，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坦的表面），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170℃时结晶温度最大（如图3-4）。CPET晶体的熔程是在255～258℃之间，无定形区的软化温度是在78～85℃，故下列条件可用于CPET的真空吸塑成型。图3-3热成型聚丙烯容器的外观左侧：热成型温度为155℃；右侧：热成型温度为163℃

a成型后的示意图；b通过lh高温消毒后的示意图；c通过高温消毒后的制品实物照片（真空吸塑成型温度从左到右不断增加）表3-6食品包装级聚氯乙烯片材的物理性能项目指标拉伸强度（MPa）＞44.1落球冲击破裂率（%）≤40弯曲温度（℃）＞52加热伸缩率（%）

厚度0.1～0.2mm

厚度0.2～0.5mm

厚度0.5～0.8mm±15以内

±10以内

±7以内透湿度（g/㎡·24h·0.1mm）＜20真空吸塑成型温度为130～135℃，加热时刻应尽可能短，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的时刻），材料能够获得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期工作温度为220℃，然而必须记住，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％。图3-4CPET结晶行为示意图表3-7食品包装级聚氯乙烯片材的卫生性能项目指标聚氯乙烯单体残余量/10ˉ6＜1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高锰酸钾消耗量/10ˉ6＜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阻碍

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、碳素或专门的颜料被加人到树脂基体中，如此一些热塑性片材就具有吸湿性，也确实是讲他们汲取水分。在那个过程中，水分可能被塑料汲取，要紧集中在其表面。ABS、ASA、CA、CdA、CAB、挤出的PMMA、PC、APET、PSU、PES以及聚酰胺都具有吸湿性。吸湿性的成型材料通常差不多上密封包装，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％。依照材料的不同等级，PC片材能够在热成型前在空气中存放0.5～5h，但ABS材料能够开口存放2～3天。若没有特不的要求，一般的预干燥的方法可（参见附件表1）。干燥能够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，以便热空气能够穿过板的两侧自由循环。人们差不多专门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刻。干燥了的成型材料假如不是在干燥后立即进行成型加工的话，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。黏在一起的地点进一步牵伸是不可能的了，比如讲用黏结剂层合确实是一个典型的例子。假如没有摩擦力存在，比如讲在模具表面涂层或者用PTFE做成模具，被加工的材料就专门容易在接触表面上滑动，这关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，要想将塑料用如此的模具将其压到阴模的底部是不可能的，因为如此底部总是会太薄。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。阻碍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。阻碍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。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略微粗糙一些，与特不粗糙的表面或通过抛光的表面相比，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特不重要的作用。片材在真空吸塑成型时，特不容易粘接到模具上，降低模具温度会使摩擦力降低。③关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双层材料不存在如此的问题，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，在用辅助模（通常叫上模）进行预拉伸时就会出现问题。这种片材特不不适用于真空成型，因为SB的热成型温度至少要160℃，而在如此的温度下，PE和密封层都差不多变黏，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；在片材容易发黏的一侧少加热；假如材料发黏的一侧与模具接触，成型温度应尽可能低；假如材料发黏的一侧与进行预拉伸的模具相接触，就应该选用PTFE的模具或者用PTFE涂层的铝质模具；加人防黏剂（比如PET）涂层热塑性材料时需要特不注意。需要注意的是，片材的滑动摩擦行为与是否有防黏剂涂层而产生专门大不同。假如用于某种成型片材的模具的几何尺寸差不多确定，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节。为了将这种具有不同涂层的片材成型出让人中意的壁厚分部的制品，必须有一套不同的预拉伸的模具。

3．成型片材的收缩

在真空吸塑成型中，收缩（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。在材料进行真空吸塑成型之前，建议对材料进行收缩测试。①精确测量并纪录一块200mmX200mm的片材，用箭头标志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，为了进行测量，需要在一块木板上覆盖上一层PTFE薄膜（例如Telflon或Hostaflon)，然后喷撒上滑石粉，再将片材放置其上，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缘。④片材在烘箱中至少置留30min，片材厚度每增加lmm，置放的时刻需要增加5min。⑤片材从烘箱中移出并冷却。⑥冷却后测量片材尺寸，片材的收缩可由下式得到：为了测量片材的各向异性，建议测定片材的纵向和横向的收缩率。假如新提供的成型片材出现诸如起褶、夹持处发生断裂、接触加热的连接处发生严峻收缩等问题，就应该用新旧两种片材进行收缩率对比测试。两种片材因具有不同的收缩率，同时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收缩能够通过比较制品和相应模具的尺寸之间的差异来得到。热收缩包括了加工收缩（VS）、后收缩（NS）和总收缩（GS)，它们之间存在着差异。加工收缩能够由下式计算：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，通过一段时刻能够发觉有后收缩。假如真空吸塑成型制品需要进一步加工，比如泡沫填充，那么准确知晓材料后收缩的值确实是必要的，以便吸塑制品能够与另外的模具准确配合。总收缩值为：

总收缩值（GS）=加工收缩值（VS)＋后收缩值（NS)

未发泡的ABS/PVC片材在真空吸塑成型后持续5天都会发生后收缩，供应商和消费者都必须明白材料的收缩行为及其加工顺序，这是因为材料的费用和质量会随之发生波动。特不注意的问题是要确定冲模、修边模和真空吸塑成型生产线上的其他一些切割模具的尺寸。因为在真空吸塑成型后制品可不能立即完成热收缩，在修边的时候，吸塑制品仍是温的，所用的切割工具的尺寸就必须精确测定，最好是切割模具的单个部件能够依照不同的材料分不进行调整。各种塑料的收缩值可（参见附件表1）。这些只是参考值，它们还与加工条件有专门大的关系。关于收缩值分布专门宽的塑料，要得到正确的热收缩值，就应该在真空吸塑成型之前，要么询问材料的制造商，要么进行测试。精确的热收缩值只有通过在相似几何尺寸的真空吸塑成型模具上进行测试得到。关于尺寸公差要求专门高的模塑制品，必须制造出原型的模具进行测试，同时各部位的收缩也必须确定。与收缩有关的最重要的阻碍因素：塑料种类，费用上的波动也必须考虑；冷却速率高，会减少加工收缩；脱模温度高比脱模温度低会产生更大的收缩；高牵伸在多数情况下就等于低收缩；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具有不同的收缩行为；阳模成型制品比阴模成型制品的收缩会更小；在相同条件下，用相同片材真空吸塑成型的吸塑制品，其收缩率波动的最大范围为10％。????提示：需要进行收缩测定的制品的测定部位或测定方法本身都应该进行选择，以确定在进行测试的时候可不能发生形变，同时制品公差小于收缩值的10％是不可能达到的。

4．成型片材的取向

收缩率测试也会得到成型材料和制品中有关大分子取向的信息。假如材料发生高度取向，比如在挤出方向，这将会产生不该有的皱褶（图3-5）。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专门多（图3-5a）。图3-5成型材料

a单型腔模具的制件；b多型腔模具的制发生取向而产生的皱褶件就真空吸塑成型而言，牵伸会产生另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，它在径向上就专门容易撕裂成条。这些条本身在径向上强度特不高，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撕裂（见图3-7）。图3-6高度取向的圆形杯子发生撕裂

图3-7方形容器在取向方向上的撕裂

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

制品中发生取向通过以下方法证实：收缩率测试；从模塑制品中冲出一个圆片（图3-8a)，然后测定al和bl（图3-8b)，再将圆片放进炉子里加热。通过收缩后，得到尺寸a2和b2（图3-8c)，假如必要的话，能够得到收缩率。若a2<<b2，则产生严峻的取向。注意：在研究取向的时候，建议对成型材料进行收缩测试，以使制品中存在的取向不能被忽略。

5．片材的静电荷

除了导电的成型材料，比如讲掺人了抗静电剂、填充碳、电镀和镀膜材料而外，真空吸塑成型材料都会在下列过程中产生电荷：从卷筒上展开卷绕的材料；从叠放的材料中抽出；撕掉片材的爱护薄膜；加热；冷却。静电荷的副作用较大的颗粒，比如讲塑料的锯屑或锯粉会被带有静电的材料所吸引，会粘到材料的表面上。这种现象，特不是关于高质量的吸塑制品，将会产生次品，这能够通过如下方法来预防和减少：在另一个房间进行最后的机加工；对成型材料表面直接喷射离子化的空气；用导电的光滑的刷子清理成型材料。假如不用抗静电的材料进行生产，吸塑制品在成型加工后会汲取灰尘。一种简单但专门有效的方法是用含有洗涤液的水冲洗。从全然上解决那个问题，必须做好防尘和防污染源的工作，实行无尘无污染化生产环境建设和治理。图3-8以杯子中发生取向的证明

a冲一个圆片；b收缩前测定片材尺寸；c收缩后测定片材尺寸表3-8聚氯乙烯片材在真空吸塑成型的最大拉伸比成型方法凸模成型凹模成型柱塞(上模)辅助成型同意拉伸比≤1≤0.51.0表3-9聚氯乙烯片材在真空吸塑成型中模具设计参数转角圆半径(r/mm)模型壁斜度真空孔数（孔/㎡）真空孔径(mm)制品收缩率(%)凹模凸模一般复杂面一般复杂面≥0.52～50.2～2≥5003000～40000.6～1.0约1.50.2～0.9

6．片材加热时的行为

在加热热塑性塑料时，下列差不多上一些特不重要的阻碍因素：加热时刻；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加热时刻的阻碍加热的方式会阻碍加热的时刻，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时期要紧取决于：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，加热时刻的增长超出成型材料厚度的增长，假如在整个加热过程中，在材料的两个表面以材料所能承受的最大温度进行加热（但不破坏材料），所需要的加热时刻就会最短。在实际加工中，人们先用能获得的最大热能进行加热，然后逐渐减少热量输人。作为加热强度和加热时刻的函数，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。假如在加热后或者成型过程中，成型材料的温度低于最低成型温度，要么将不可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不差。假如不破坏材料的话，其内部的温度是无法测量的。因此就需要大量的实际经验，以便正确设置最佳的加热参数，如热量单位消耗和加热时刻、现代的真空吸塑成型机器、差不多设置和加热参数都实现了电脑操纵。注意：横截面上温差小的成型材料，如缓慢加热的片材，就更容易模塑成型，制得的制品具有更好的力学性能。将片材加热到破坏区所得到的模塑制品。其力学性能差，壁厚分布不均匀。厚度小于2.5mm的片材能够单方向加热到所需要的时刻；厚度超过2.5mm时，片材应该两面同时加热。增韧的聚苯乙烯（HIPS或SB）通常被当作参照物，也确实是讲假如HIPS的加热时刻已知的话，那么其他塑料的加热时刻能够通过乘以一个“材料因子”（见表2-4）而大致计算出来。

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，必须明白塑料的线性热膨胀系数l（见表2-4)，塑料的热膨胀量差不多上是线性的，能够通过线性热膨胀系数l计算得到：加热产生的线性膨胀量式中△l―产生的热膨胀量，mml1―材料在温度T1下的长度或尺寸，mm;?λ―线性膨胀系数；T1―初始温度，通常为温度；T2―加热结束时的温度。上式仅适用于真空吸塑成型过程中的操作温度和低温情况。连续操作温度范围内产生的膨胀举例：

ABS材料，线性膨胀量

收缩量能够按下式简单计算：收缩量

式中—收缩量，mmbl—机器加持框内的片材宽度或者是输送片材的宽度；△b—温差为T2-T1时片材产生的线性膨胀，按上式的△l计算得到。

注意：按上式计算收缩量时，没有考虑成型材料的内应力。

例：线性膨胀量故,收缩量当在真空吸塑成型机器上加热热塑性材料，材料加热到成型温度以上时，将会产生下列情况。①热塑性塑料片材膨胀，直到软化温度。②当超过软化温度（玻璃化转变温度），冻结的应力将会释放；高度取向的片材，如OPS或LDPE，在模框内及在达到软化点时主链伸展；另外一些材料，比如PP或PVC，接着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浪（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，由自身重量产生的膨胀必须与热膨胀量相加。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材料时，在真空吸塑成型机上加热时，必须采纳冻结应力的方法，否则，片材不发生熔塌是十分困难的。b．在成型材料用空气支撑以防止下垂凹陷的地点，为了保持其水平，会产生皱褶，若在凸起和凹陷部分存在明显的温差，将对模塑制品的质量产生负面阻碍。关于产生严峻凹陷的成型材料，对其进行实际凹陷量的计确实是不可能的。表3-10聚氯乙烯片材在真空吸塑成型中对温度要求片材加热温度模具温度辅助柱塞温度脱模温度130～140℃41～46℃60～149℃﹤50℃就热膨胀和凹陷而言，操作人员应该明白以下内容。①凹陷是塑料材料种类与成型温度有关的函数，关于几乎所有的片材而言，都会有不同程度的凹陷；当订货的时候，假如有必要，需要询问相关内容。

②就聚丙烯而言，其与10%PE的共混物或填充的PP片材，都几乎可不能产生凹陷，同时高收缩的片材在加热的时候就会表现出较少的凹陷。③带有空气支撑的片材的加热工艺中，PP片材要适当有一点凹陷，以便尽可能容纳膨胀起皱；假如加热的片材不能在加热期间或之后由空气支撑，除了线性膨胀而外，凹陷成为塑料材料的操作因素，凹陷与材料在成型温度下的强度有关，也与片材在生产过程中引入的内应力有关。

⑶成型温度范围

成型温度范围决定于以下几方面。①在保证足够精度的情况下，材料能被模塑成型的最低温度。②最高温度是指材料不发生热损伤时的温度。热损伤可能由表面燃烧、颜色改变、过亮、气泡、表面裂开，或材料不能再加工（通过机器时表面不再光滑）。HIPS片材有80K宽的成型温度范围：加压成型时的成型温度120～150℃(200℃)；真空成型时的成型温度165(140℃）～190℃(200℃）。OPS材料仅有10K的成型温度范围；加压和真空吸塑成型的成型温度110～115℃（120℃）。OPS片材通常在实际生产中纯真空吸塑成型是专门难操纵好成型温度的，通常利用空压成型设备。附件表1列举出供参考的成型温度。真空吸塑成型片材加热的要紧目的是使整个成型表面受热均匀。关于辐射加热而言，值得注意的是，在加热区的模框和模芯也要起到良好的作用。

7．成型片材的牵伸

每一种热塑性塑料在一定温度范围内，都会发生专门大的牵伸，在最佳成型温度范围内牵伸只需要专门小的力。假如真空吸塑成型机器不能提供必要的成型力，就需要对成型片材进一步加热，以便制品获得所要求的尺寸精度。这相当于片材没有在最佳的拉伸性范围内模塑成型。假如在实际加工中精度要求高，同时需要高牵伸率，成型片材就需要更高的温度，比如讲用阳模真空成型冰箱内胆，其边缘部分的半径要小于6mm，或者用阴模压力成型底部半径小于1.5mm的制品确实是如此。设计要求越高，就会偏离其最佳拉伸性越远，这会使壁厚分布不均匀，吸塑制品的侧壁上呈现薄斑。当成型特不尖锐的部件，用某些成型材料在进行真空吸塑成型的时候就会变得不稳定。对成型材料厚度上要求特不小的尺寸公差特不容易产生次品。工艺支撑设计十分有意义，但设计者经常没有对其产生足够的重视。假如在未成型的片材上划有格子，在真空吸塑成型后，就能够对牵伸进行评价（见图3-9）。8．片材对制品细节的清晰度的阻碍

制品细节的清晰度被理解为成型模具的轮廓被模塑复型的精度，其标准是看与模具接触表面的半径特不小的拐角和表面结构（皮革和木材纹理）。细节的清晰度受下列因素阻碍：·塑料的种类·片材的厚度·成型片材厚度方向的成型温度·真空吸塑成型系统中的成型力·成型模具的温度·成型模具的排气孔·牵伸率HIPS、PP、PE、ABS和PPE差不多上能成型为清晰度专门好的制品的塑料。而PC、APET和一些等级的PVC只能在特定条件下获得足够的清晰度。

片材厚度决定了真空吸塑成型模具的设计和细节精度，表3-2和图3-10表示其相互关系。表3-2用易牵伸塑料（如HIPS、PP、PE、ABS和PPE）成型的推举半径

名称面积牵伸①低（<2:l)中（2～3)高（>3:l)推举半径R/mm>0.5s>(0.5～l)s>1.5s①相应的厚度减小。图3-10通过成型片材上相应的方格对牵伸的证实

a原材料上的方格;b成型制品上的方格表3-5聚氯乙烯片材无毒生产配方材料质量份数备注PVC树脂粉

MBS

ACR

环氧大豆油

有机锡（无毒正辛基锡）

硬脂酸甘油酯100

8

4

3-5

3

0.5-1.0SG6/7型悬浮树脂

加工助剂、增韧剂

加工助剂、增韧剂

增塑剂兼稳定剂

透明PVC稳定剂

内外润滑剂表3-11聚丙烯（共聚物）片材的物理机械性能项目指标拉伸屈服强度（纵、横向）/MPa≥20.0拉伸弹性模量（纵、横向）/MPa≥8×100纵向尺寸变化率/%≤60选择的成型温度越高，细节的精度也就越好。只是关于结晶型的塑料，如APET、CPET是一个例外。假如材料的厚度在4mm以上，若要得到较好的细节清晰度的话，就要对材料有足够的加热。若有必要的话，能够减小加热强度，延长加热周期。成型作用力越大，得到高清晰度就越容易。请注意：关于许多塑料片材，机器的成型力不足（如真空吸塑成型）能够通过更高的成型温度来弥补。上述标准也适用于面积牵伸为4：1或成型高宽比达到1：2的情况。在高温下进行更大的牵伸，专门难获得均匀的壁厚。真空吸塑成型模具温度越高，细节清晰度就越好。就压力成型而言，模具温度低能够通过提高成型压力来弥补。这种方法通常被用来成型OPS的薄片材，不能用过冷的模具获得到较好的制品细节。假如片材将被模塑成表面有工程结构的制件，模具就必须加热到接近材料的玻璃化转变温度。排气好的模具能够得到更高的细节清晰度。当空气被包裹在模具的平面或结构中，模塑制品上的结构深度会变浅，表面呈光滑状。整体牵伸越大，对获得高清晰度越不利。就真空吸塑成型而言，被模塑成型的塑料仍然会保持弹性，并没有完全塑化，因此具有橡胶片的特性。为了使制品得到更好的细节清晰度，随着整体牵伸增大，所需要的成型力也就越大。

9．成型片材的冷却过程行为

一旦在真空吸塑成型机上完成加热过程，比如将加热源从真空吸塑成型机上移走，或者是成型材料从机器上的加热部分传送到成型部位，材料开始冷却。然而到真空吸塑成型开始时，成型材料仍然具有必要的成型温度。事实上，在加热结束到开始成型这段时刻必须尽可能短。这段时刻越长，成型材料就需要越热。然而有些塑料不能被加热到成型温度以上，因为它们在高温下会被破坏，加工性能得不到保证。从单工位机器上移走热源应尽量快，带有独立加热、成型工位的加热片材也要快速移出，开始进人真空吸塑成型工序。预成型采纳吸或吹的方式预拉伸，然后通过热辐射、对流开始冷却，同时与模塞助压局部接触。由于与成型模具接触，真空吸塑成型一开始，冷却就专门迅速。随着与模具的接触，冷却加剧。在成型周期中，薄制品只花十分之一秒，厚制品要花几秒，因此，为使制品良好，片材应保持足够的温度。如图3-11所示，a表示薄片在真空吸塑成型时，随时刻变化的温度曲线。这种情况下，表面温度一内部温度。b是厚片的温度曲线，其表面温度与内部温度不等。

图3-10R真空吸塑成型成型的半径，表征标准制件的精度（参见附件表1)；s材料厚度关于真空吸塑成型来讲，冷却时刻与下列因素有关：塑料的种类；拉伸后的材料厚度；成型温度；真空吸塑成型模具的材质；模具间的接触程度；由空气或其他介质冷却，制品表面不接触模具的冷却方式。由于具体加热量（材料的热容值）不同，塑料种类对冷却性有专门大的阻碍，HIPS为0.361W·h/(kg·K）或1.3kJ/(kg·K),PP为0.555W·h/(kg·K)或2.0kJ/(kg·K)，也确实是讲，冷却过程中，PP消耗的热量是HIPS的1.5倍。塑料自身消耗的热传导也是不同的，各级各类的塑料材料均可如PP那样，与标准值类比。若已知标准HIPS的冷却时刻为tR，相同厚度的另一种材料的冷却时刻tx可按下式计算：冷却时刻tX=tR·材料的冷却时刻系数式中tR―标准材料HIPS的冷却时刻；tX―不同塑料材料的冷却时刻。材料的冷却时刻系数可从（附件表1）中查取。由于成型材料与模具表面直接接触的热传导作用，使得拉伸后的厚度特不重要，即片材越拉伸，面积越大，厚度越薄，冷却时刻越短。请注意：当拉伸最小，制品壁最厚处冷却充分时，冷却工序即告结束，制品能够脱模了。关于厚制品，芯部材料的实际温度无法测出，这种情况下，能够参考塑件变形的时刻，如逐步减少冷却时刻，直至得到制品不再变形和回复的时刻。成型所需的温度越高，冷却过程排出的热越多，冷却周期就越长。由于那个缘故，真空吸塑成型机的操作循环时刻比压力热成型系统长。大多数情况下，脱模温度仅低于玻璃化转变温度，冷却时刻越长，制品刚性越大。真空吸塑成型模具的材质导热性越好，冷却时刻越短，因此，环氧树脂、铝和热平衡铝材质模具的冷却时刻比为18:12:7。例如：假设厚度为3mm的HIPS片材，拉伸比为1:2，用环氧树脂的冷却时刻为54s，采纳热平衡铝的冷却时刻为：tKA1=54X（7/18）=21s图3-11a薄片在真空吸塑成型时的温度曲线，适用于表面温度与芯部温度相等；

b厚片在真空吸塑成型时的温度随时刻变化的曲线，

适用于表面温度（连续方向）与芯部温度（断面方向）不等

RT-室温，ET-软化温度（玻璃化转变温度几）;Tu-成型温度；THmax-片材的最高加热温度；

Tmax-对片材加热的最大温度；1-加热操作结束时刻；2-成型开始时刻（预拉伸、吹胀等）;

3-成型时刻；4-片材与模具充分接触时刻；4～5-冷却时刻；5-脱模时刻表3-12高抗冲聚苯乙烯片材（HIPS）的外观性能项目指标优等品一等品合格品起泡、凹凸、裂痕不同意污点、亏料痕、划痕不同意轻微色差色泽一致差不多一致表面光滑平坦杂点、黑点不阻碍使用自动卷片的真空吸塑成型机，模具部分由铍-铜合金制造，这使得导热性比铝材有所改进，薄片达到0.5mm，冷却时刻减少了15％～20％。低温真空吸塑成型模具需要的冷却时刻较短，但模具温度不能随便降低。最低模温取决于：塑料材料；所需的型腔斜度；板坯材料的厚度，若模塑件不能在各向等速冷却，随壁厚的增加，变形的可能性增加；换言之，壁越厚，模具的温度就应越高；制品的形状，轴向对称的制件比一侧的制件脱模温度高。当塑件和模具间夹带空气时，接触不良且冷却时刻增加。当模具表面太滑或排气槽太少时，会存在接触不良。若真空吸塑成型制品畸变，讲明与模具存在不良接触，其结果是导致冷却时刻延长，否则，制品太软会变形。关于真空吸塑成型，片材与模具接触一侧的冷却通常比不接触的更有效（表3-3）。因此，若双面均匀冷却，效果更优。表3-3采纳不同冷却方式的热成型材料的传热值

项目无模冷却空气冷却喷雾式空冷与铝接触传热值／〔W/(mZ·K）〕5.757570→∞空气冷却的改进由下述条件达到：加强空气流淌；气流直接对着塑件厚的部位；尽可能排出制件中的空气；加水产生气流；使用过冷的空气。请注意：静止的空气几乎没有冷却效果。关于卷喂料的真空吸塑成型机的模具冷却，空冷和接触式冷却区不专门小，每个周期的最大冷却时刻为3s，使用冷却的空气对减少冷却时刻不明显。表3-13高抗冲聚苯乙烯片材（HIPS）的物理机械性能项目指标优等品一等品合格品拉伸屈服强度（纵、横向）/MPa≥14≥12≥10冲击强度（纵、横向）/（J/m）≥55≥49≥45球压痕硬度/MPa≥75≥65≥55维卡软化点/℃≥85≥80≥70加热尺寸变化率（纵、横向）/%4～—154.5～185～—20

三、成型片材的制造工艺

成型材料厚片和薄片的生产要紧步骤是：聚合物产品；聚合物配混成模塑材料（粒料或粉料）；将这些模塑材料加工成厚度从0.5～15mm的片材。

配方能够是将颜料、填料、润滑剂、加工助剂、增塑剂、抗老化剂、光稳定剂、阻燃剂、抗静电剂等与聚合物混合，成为可加工的塑料材料，也能够是与其他塑料或回收料共混。

1．片材的挤出成型

一般挤出机能生产的材料范围从0.lmm厚的薄膜到厚50mmX2000mm宽的片材，甚至宽度可达5000mm。挤出机加热，将粒料、粉料、破裂料或回头料混合，排气，然后在压力下从狭缝模中挤出（图3-12）。依照塑料类型和材料的厚度，热的挤出物被牵出和定型，或挤到带冷却的同步转动的牵引辊上（辊冷却工艺）。挤出物通过一个冷却段，然后裁边、卷取。片材按规格切割。单层的和复合的成型材料都能够生产。图3-12片材挤出生产线（示意图）

1-粒料；2-挤出机；3-缝模；4-压光辊（定型部分）;

5-牵引；6-薄膜／片材卷右图3-13为片材挤出生产实样

挤出机的缺陷可造成热成型片材的问题如下。①厚度公差，能够形成片材厚度不均匀，原材料制造部分产生的厚度公差大约为±5%，厚度低于2mm的公差百分比略大，超过5mm的略小。假如是生产大批的热成型材料，应采纳较紧的公差值。高级的挤出机生产线带有厚度自动反馈操纵系统，使厚度从0.25～lmm的薄膜，厚度公差为±0.005mm。

②若挤出物的熔体温度太低或压光辊太冷，片材光滑的表面会在热成型机上加热时变粗糙或呈橘皮状。③太高的牵引速度会导致沿纵向的高取向。④片材中特不低的内应力造成加热时的熔塌。⑤太大的熔痕在压光辊上形成斑痕，如在薄膜或片材上出现规则的横向条纹。⑥机头上的挂料产生的轻微的划线在片材加热时隆起。

2．片材的压延成型

PVC片材要紧由压延法生产（图3-14)，透明片材最大厚度0.8mm，不透明的着色片1.2mm，以及带皮革纹、木纹的薄片。PP和ABS片材也可用压延法生产，现代压延机压延产品的厚度公差可达±0.005mm。挤出机和压延机的要紧区不是：由压延法生产高质量的PVC材料比较容易，并在真空吸塑成型时有许多优点。由于生产过程将应力冻结，使得材料加热时熔塌专门小，尤其对PP材料特不显著。压延只能生产单层片，较厚的片可由压延机“贴合”。压延机可生产木纹或压花材料。挤出的材料比压延的成本低。图3-14PVC压延生产线（示意图）

1-混合器；2-挤出机；3-开炼机；4-喂料；5-压延机；6-卷料表3-15各种厚度的塑料片材适用范围片材厚度/mm适宜用途可选材料～0.1精细花纹的浅拉成型物、桌面铺垫等SPVC0.15～0.25包装用品、薄壁容器、冰淇淋杯SPVC、PET、PP0.25～0.40包装用品、玩具、照明器具、壁材PP、PS、PVC-U0.40～0.50容器、箱与盖、壁材、玩具、文具、包装用品ABS、PS、PVC-U0.50～0.80小型广告牌、容器、玩具、文具、包装用品PP、PET、PVC-U0.80～1.0洗衣机内衬、透明罩壳、工业配件、建材、、玩具、文具、包装用品ABS、PS、PP、PET、PMMA1.0～1.5冰箱内衬、荧光灯罩、机壳、大型广告牌PP、PET、PS（HIPS）、ABS

3．浇铸