【正文】 吸塑成型工藝學第一章 緒論 真空吸塑成型工藝的起步與發(fā)展 真空吸塑成型工藝，早在20世紀初已為人所知，但應用于工業(yè)生產(chǎn)還只是20世紀40年代以后的事，而在60年代才有較大的發(fā)展。近20年來，它已發(fā)展成為加工包裝材料的最重要的方法之一。這種技術(shù)迅速發(fā)展的原因是真空吸塑成型工藝及設(shè)備的不斷創(chuàng)新，以及具有成型性能的新片材的開發(fā)；同時也是由包裝工業(yè)的發(fā)展及真空吸塑成型包裝本身的特點所決定的。 真空吸塑成型是塑料包裝容器最常用的成型方法之一。它是一種以熱塑性塑料片材為成型對象的二次成型技術(shù)。在國外，真空吸塑成型是一種老的成型工藝，由于不斷的開發(fā)和變化，目前已高度自動化、機械化，并做到了無任何廢邊料產(chǎn)生，100%的原輔材料變成制品。全流水線生產(chǎn)的成型系統(tǒng)工程。 真空吸塑成型在下列條件中存在差別： 加熱成型材料至高彈態(tài)所需要的再成型溫度 吸塑成型時通常用的成型模具 將制品冷卻到其不發(fā)生尺寸變化的冷卻溫度 尺寸穩(wěn)定后制件脫模 在大多數(shù)情況下，吸塑成型的后處理也是必須的，比如： 修邊 熔接 粘接 熱封 涂層 金屬噴鍍 植絨 印刷 真空吸塑成型如今已經(jīng)成為加工領(lǐng)域內(nèi)大家普遍接受的一個術(shù)語：“真空成型”（vacuum forming）。而“壓力成型”（pressure forming）是指一些特殊的利用空氣壓力加工過程的工藝?！盁岢尚汀保═hermo forming）是各種熱塑性成型（包含真空和壓力，或混合成型）的總稱。 一、真空吸塑成型的優(yōu)缺點 判斷任何一種加工生產(chǎn)工藝過程是否成功，要與另外一種加工方法相比，用該種方法生產(chǎn)的制品的成本是否合適；或者是這兩種方法生產(chǎn)的制品成本相同，但用這種方法生產(chǎn)的制品質(zhì)量得到改進。在許多應用方面，注射模塑成型或吹塑成型都與真空吸塑成型相競爭。 但就包裝技術(shù)而言，除非是用紙板作為包裝材料，否則真空吸塑成型技術(shù)是沒有其他加工方法能與之相競爭的。真空吸塑成型主要的優(yōu)點是它的工程經(jīng)濟性。成型復合片材、發(fā)泡片材和印刷片材的制品，以適當改變模具來代替變化真空吸塑成型機械。壁很薄的制品可以用高熔體黏度的片材真空吸塑成型，而注射相同壁厚的則需要低熔體黏度的粒料。對于少量的塑件，有利的模具成本是真空吸塑成型的又一優(yōu)點，而對大批量的制件，制品能達到非常薄的壁厚及真空吸塑成型機器的高產(chǎn)出比則非常有利。 真空吸塑成型可生產(chǎn)的最小制件是藥片的包裝材料或手表用的電池，也可以生產(chǎn)非常大的制品，比如3～5m長的花園水池?！?5mm ，對于發(fā)泡材料，厚度可達到 60mm 。任何一種熱塑性塑料或具有相似性能的材料都可以進行真空吸塑成型加工。 ～15mm的片材，這些片材是用粒料或粉料制得的半成品。因此，與注射成型相比，真空吸塑成型的原料會增加額外的成本。 在真空吸塑成型時需要對片材進行切割，這將會產(chǎn)生邊角料。將這些邊角料粉碎后，與原來的材料相混，可再一次制成片材。 在真空吸塑成型中，片材只有一個表面與真空吸塑成型模具相接觸，因此只有一個表面與真空吸塑成型模具幾何尺寸相一致，制品另外一個表面的輪廓是由牽伸得到的。 在塑料加工領(lǐng)域，真空吸塑成型被認為是一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ募庸し椒?。它采用模塑成型，適合塑料包裝各領(lǐng)域。真空吸塑成型也是一種需要熟練操作與經(jīng)驗的加工方法。如今，通過模擬過程與必要的專業(yè)技術(shù)，真空吸塑成型已經(jīng)發(fā)展成為在技術(shù)上可控的，并且可重復的一種加工方法。 近年來，在真空吸塑成型過程中產(chǎn)生的邊角料的循環(huán)利用已日趨重要。如今，邊角料通過破碎后與原生材料混合來進行回收利用已經(jīng)形成了一種工藝。廢棄的塑料模塑制品，比如說包裝材料，甚至工程制件，它們的回收利用在很多條件下都是可能的，但有些仍有待發(fā)展。目前可進行的回收主要是一些化學材料和能源材料。要使循環(huán)利用得到突破，必須在加工過程的生態(tài)性和節(jié)約性上下功夫。 真空吸塑成型制品具有價格低廉、生產(chǎn)效率高、形狀及色彩選配自由、耐腐蝕、重量輕和對電的絕緣性能等優(yōu)點，在文具、玩具、日常用品、五金交電、電子產(chǎn)品、食品、化妝品等產(chǎn)品的包裝，現(xiàn)已發(fā)展到廣告牌、汽車、工業(yè)配件、建材、安全帽、洗衣機和冰柜內(nèi)襯、周轉(zhuǎn)箱及農(nóng)業(yè)用品等產(chǎn)品的應用。 二、真空吸塑成型存在自身的局限性 真空吸塑成型只能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單的半殼型制品，而且制品壁厚應比較均勻（一般倒角處稍?。荒苤频帽诤裣嗖顟沂獾乃芰现破?。 真空吸塑成型制品深度受到一定限制。一般情況下容器的深度直徑比（H/D）不超過1。 制件的成型精度較差，相對誤差一般在1%以上。采用真空吸塑成型法不僅很難得到不同制件間構(gòu)型或尺寸的一致性，同一制件各部位壁厚的均勻性也很難保證，另外，真空吸塑成型過程中模具的某些細節(jié)并不能完全反映到制品中。第二章 真空吸塑成型基本原理和術(shù)語 本章將就真空吸塑成型的基本原理和相關(guān)術(shù)語進行介紹，對往后了解成型特性有著重要關(guān)系。 一、真空吸塑成型原理 真空吸塑成型工藝（圖21）是一種熱成型加工方法。利用熱塑性塑料片材，制造開口殼體制品的一種方法。將塑料片材裁成一定尺寸加熱軟化，借助片材兩面的氣壓差或機械壓力，使其變形后覆貼在特定的模具輪廓面上，經(jīng)過冷卻定型，并切邊修整。 真空吸塑成型這種成型方法是依靠真空力使片材拉伸變形。真空力容易實現(xiàn)、掌握與控制，因此簡單真空成型是出現(xiàn)最早，也是目前應用最廣的一種熱成型方法。 圖21 基本原理示意圖 二、無模成型 真空無模成型過程如圖22所示，將片材加熱到所需溫度后，置于夾持環(huán)上，用壓環(huán)壓緊，打開真空泵閥門抽真空，通過光電管控制真空閥調(diào)節(jié)真空度，直到片材達到所需的成型深度為止。由于自由真空成型法中制件不接觸任何模具表面，制件表面光澤度高，不帶任何瑕疵。如果塑料本自身是透明的，制件可以具有最小的光吸收率和透明性，故可用于制造飛機部件如儀器罩和天窗等。 真空無模成型法在成型過程中只能改變制件的拉伸程度和外廓形狀，因此不能成型外型復雜的制件。另外，成型過程中，隨著拉伸程度的增大，最大變形區(qū)（即片材中心）的厚度不斷減小，因此實際生產(chǎn)中拉伸比（H/D）一般應小于75%。 在運用此法進行加工時，操作員必須有熟練的技巧，調(diào)節(jié)好真空度，以得到符合設(shè)計要求的輪廓和尺寸一致的產(chǎn)品。 圖22 無模真空吸塑成型裝置 圖23 無模真空吸塑成型壁厚分布表21 不同模具所允許的拉伸比 成型模單陽模單陰模用柱塞協(xié)助成型 允許牽伸比11 三、陽模（凸模）和陰模（凹模）成型 對于真空吸塑成型，受熱的材料僅有一面與成型工具相接觸。這樣，材料與模具相接的面就具有與成型模具完全相同表面輪廓。而成型制件的未接觸面的輪廓和尺寸就只有取決于材料的厚度。根據(jù)成型材料與成型模具的接觸面的不同，成型過程可分為陽模和陰模成型。 （圖24）所示。 本法對于制造壁厚和深度較大的制品比較有利。 制品的主要特點是：與真空陰模成型法一樣，模腔壁貼合的一面質(zhì)量較高，結(jié)構(gòu)上也比較鮮明細致。壁厚的最大部位在陽模的頂部，而最薄部位在陽模側(cè)面與底面的交界區(qū)，該部位也是最后成型的部位，制品側(cè)面常會出現(xiàn)牽伸和冷卻的條紋，造成條紋的原因在于片材各部分貼合模面的時候有先后之分。先與模面接觸的部分先被模具冷卻，而在后繼的相關(guān)過程中，其牽伸行為較未冷卻的部位弱。這種條紋通常在接近模面頂部的側(cè)面處最高。 圖24 陽模成型 （圖25）所示。 真空陰模成型法生產(chǎn)的制品與模腔壁貼合的一面質(zhì)量較高，結(jié)構(gòu)上也比較鮮明細致，壁厚的最大部位在模腔底部，最薄部位在模腔側(cè)面與底面的交界處，而且隨模腔深度的增大制品底部轉(zhuǎn)角處的壁就變得更薄。因此真空陰模成型法不適于生產(chǎn)深度很大的制品。 圖25 陰模成型 對于陽模成型，制件的內(nèi)尺寸是很精確的，因為它是與真空吸塑成型工具相接的一面。相反，對于陰模成型，制品的外尺寸是很精確的，因為其外部與真空吸塑成型模具相接觸如（圖26）。圖 26a 陽模成型（簡圖）和b 陰模成型（簡圖） 1厚部位；2薄部位；3成品的內(nèi)尺寸；4外尺寸 對于陽模成型，制件的內(nèi)尺寸是很精確的，因為它是與真空吸塑成型工具相接的一面。相反，對于陰模成型，制品的外尺寸是很精確的，因為其外部與真空吸塑成型模具相接觸如（圖26）。圖 26a 陽模成型（簡圖）和b 陰模成型（簡圖） 1厚部位；2薄部位；3成品的內(nèi)尺寸；4外尺寸 對于陽模制件我們必須注意如下問題： ① 在使用高的角式模具進行加工時，特別是當模具與夾持框架間的距離很大時，容易產(chǎn)生皺褶（圖27) ② 在角落處容易產(chǎn)生冷卻條紋（圖27)； ③ 在凸緣處壁厚不均勻（圖27)； ④ 由于側(cè)壁斜度不夠而使脫模困難； ⑤ 在成型區(qū)（夾持模框）多腔模具的嵌件和下夾持器之間會產(chǎn)生小的縫隙； ⑥ 陽模成型模具通常比陰模價格低廉。圖27 陽模制件中的缺陷及其典型特征（簡圖） 1冷卻痕跡；2皺褶；3薄部位；4厚部位 對于陰模制件我們必須注意其（圖28) ：厚的邊緣；均勻的邊緣厚度；薄的角隅；單陰模有很好的脫模性；陰模模具通常比陽模價格高。 但是，對于每一種情況之中的不利影響都可以通過采用適當?shù)募庸し椒▉斫档?。圖28 陰模制件的典型特征1均勻的邊緣；2薄的角隅 四、機器基本裝置 1．夾緊設(shè)備 塑料片材成型時，片材被固定在夾緊裝置上。在真空吸塑成型的通用型機和復合型的熱成型機上多采用便于固定各種尺寸片材的夾緊裝置。有的是整個成型機配一套夾緊框架。 夾緊裝置可分為兩類：一類是框架式，另一類是分瓣式?？蚣苁綂A緊裝置由上、下兩個框架組成。片材夾在兩個框架之間?？蚣艽蜷_時，下框架一般保持固定狀態(tài)。各種類型單工位成型機上框架的下部直接固定在成型室上。用手裝型坯和成品取出的手動和半自動成型機上，當框架尺寸很大時，都裝有在框架打開范圍內(nèi)的安全操作裝置。對成型滑移性較大的型坯，要求夾緊力能在比較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，為此，采用兩個包膠輥，用彈簧相互壓緊，并配有壓力調(diào)節(jié)裝置。連續(xù)拉片成型機的夾緊是兩邊拉鏈與前后閘的共同作用。 夾緊裝置最好采用自動控制，以期動作迅速，可有助于提高制件質(zhì)量和效率。 2．加熱設(shè)備 熱塑性塑料片材和薄膜的真空吸塑成型過程，主要工序之一就是片材加熱，讓片材軟化成可塑性的設(shè)備。電加熱的持續(xù)時間和質(zhì)量取決于加熱器的結(jié)構(gòu)，輻射表面后溫度傳熱的熱慣性，片材與加熱器間的距離，輻射能吸收系數(shù)，加熱器表面的特性以及材料的熱物理性能。常用的加熱器有電加熱器、晶體輻射器和紅外線加熱器。 3．真空設(shè)備 真空系統(tǒng)由真空泵、儲氣罐、閥門、管路以及真空表等組成，在真空成型中常采用單獨機型真空泵，~ Mpa（520mmHg）以上。儲氣罐一般是用薄鋼板焊接的圓柱形箱體，底是橢圓形的。蓄氣罐的容量至少應比最大成型室的容量大一半。真空管路上，必須裝有適當?shù)拈y門，以控制真空窄容量。 真空泵的轉(zhuǎn)動功率由成型設(shè)備的大小和成型速度決定，較大或成型速度較快的設(shè)備常用大至2~4KW的。真空中央系統(tǒng)的大小視工廠具體生產(chǎn)和發(fā)展的要求而定。 4．壓縮空氣設(shè)備 氣動系統(tǒng)可由成型機自身帶有壓縮機、儲氣罐、車間主管路集、閥門等組成。~,各種真空吸塑成型機廣泛采用活塞式空氣壓縮機。也可以用大型的螺旋式空氣壓縮機整廠供給。壓縮空氣除大量應于成型外，還有當一部分用于脫模、初制品的外冷卻和操縱模具框架和運轉(zhuǎn)片材等機件動作的動力。 5．冷卻設(shè)備 為了提高生產(chǎn)效率，真空吸塑成型制品脫模前常需進行冷卻。理想的情況是制件與模具接觸的內(nèi)表面和外表面都冷卻，而且最好采用內(nèi)裝冷卻盤管的模具。對于非金屬模具，如木材、石膏、玻璃纖維增強塑料、環(huán)氧樹脂等模具，因無法用水冷，可改用風冷，并可另加水霧來冷卻真空吸塑成型制件的外表面。 生產(chǎn)中若采用自然冷卻可以獲得退火制件，有利于提高制件的耐沖擊性。用水冷卻雖然生產(chǎn)效率高，但制件內(nèi)應力較大。 6．脫模設(shè)備 脫模是將制品移出模外，通常無論是凹模還是凸模，多數(shù)場合是由于制品冷卻收縮而貼緊模具，所以通過真空吸引孔或向相反方向吹風使之脫模。 尤其對于脫模斜度小的或有凹模的模具，同時使用脫模機構(gòu)頂撞或震蕩脫模。 7．控制設(shè)備 控制系統(tǒng)一般包括對真空吸塑成型成型、整飾等過程中包括儀器、儀表、管道、閥門各個參數(shù)和動作進行控制?？刂品绞接惺謩印㈦姎鈾C械自動控制、電腦控制等，具體選用要根據(jù)最初投資人工費、技術(shù)要求、原料費用、生產(chǎn)和維修設(shè)備費用等因素綜合考慮。 五、有效成型壓力 除了