【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 14結(jié)晶區(qū)的熔程（晶體熔融溫度Tm ) 。 14～15成型溫度區(qū)；E彈性模量，σ強(qiáng)度；ε熱變形率 表34 APET片材的技術(shù)指標(biāo)指 標(biāo) 項(xiàng) 目指標(biāo)密度，g/cm3~機(jī)械性拉伸強(qiáng)度，MPa斷裂伸長(zhǎng)率，%58280光學(xué)性透明度，%霧度，%≥90≤熱特性適用溫度，oC成型溫度，oC40~7575~85透氣性水分透過率，g/(cm224mm)氧氮透過率，mL/（m224hMPa）120 透明的熱塑性塑料是無定形的，但并非所有無定形的熱塑性塑料都是透明的，比如說進(jìn)行了著色和改性的無定形塑料就是如此。由于分子鏈部分有序排列，部分結(jié)晶熱塑性塑料不再透明，根據(jù)結(jié)晶度不同，其透明程度也會(huì)不同。無定形和部分結(jié)晶的熱塑性塑料有一個(gè)最高的工作溫度范圍，后面將會(huì)介紹。在低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg時(shí)（以前稱之為軟化溫度），熱塑性塑料通常是非常脆（比如普通聚苯乙烯PS ) ，熱塑性塑料的剛性（模量E ）和強(qiáng)度（σ）的會(huì)隨著溫度的升高而降低，但可變形性（ε）會(huì)增大。材料在最高工作溫度時(shí)，還必須有足夠的剛性。熱膨脹系數(shù)在一定溫度范圍內(nèi)可以認(rèn)為是隨溫度線性增加的，后面將會(huì)介紹。 當(dāng)加熱熱塑性成型材料時(shí)，無定形和部分結(jié)晶的熱塑性塑料會(huì)產(chǎn)生如下的差異。對(duì)于無定形熱塑性塑料（圖32a)，溫度升高到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（軟化點(diǎn)）時(shí)就可以真空吸塑成型了。所需要的熱量與成型材料的種類和所使用的加工方法有關(guān)，真空成型時(shí)所需要的溫度就比壓力成型時(shí)所需要的溫度要高。???? 部分結(jié)晶的熱塑性塑料絕不會(huì)完全結(jié)晶，分為無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)。當(dāng)結(jié)晶度較低時(shí)，材料在溫度低于結(jié)晶熔融區(qū)時(shí)就能進(jìn)行真空吸塑成型，結(jié)晶程度高時(shí)，就需要更高一些的成型溫度。???? 熱塑性塑料這種現(xiàn)象是如何影響真空吸塑成型加工的呢？如果用部分結(jié)晶熱塑性塑料制成的制件在高溫下工作，或者說制件本身需要在高溫下殺菌消毒，它就需要承受熱應(yīng)力條件而不發(fā)生形變，這就需要在熱加工過程中部分結(jié)晶區(qū)域被完全熔融，也就是說，這種成型材料需要選用足夠高的真空吸塑成型溫度。 圖33 是以部分結(jié)晶的聚丙烯熱成型杯子為例，說明了不同的真空吸塑成型溫度對(duì)制品成型后的外觀和而后的高溫消毒過程的影響。圖中的各種不同現(xiàn)象可以作如下解釋：聚丙烯的結(jié)晶熔融區(qū)大致為158～165℃ ，當(dāng)真空吸塑成型溫度低于158℃ （如圖23 左側(cè)示意圖），結(jié)晶區(qū)不會(huì)完全熔融，它們就像一些小的塑性塊一樣，在成型過程中產(chǎn)生形變，但仍以固態(tài)形式保留在無定形的熔體中。只要再次加熱（如高溫消毒），杯子開始形變，這是因?yàn)榻Y(jié)晶區(qū)的應(yīng)力要想恢復(fù)到它最初的形狀。另一方面，若成型溫度為163℃ （圖33 右側(cè)），結(jié)晶區(qū)會(huì)完全熔融，聚丙烯成型材料會(huì)變成無定形的，在一定條件下冷卻，會(huì)形成新的不含應(yīng)力的晶體，不會(huì)在121 ℃ 高溫消毒的時(shí)候發(fā)生逆轉(zhuǎn)，因此杯子的幾何尺寸不會(huì)發(fā)生變化。從以上的分析可知，若真空吸塑成型制品在高溫下使用，或要進(jìn)行短暫的高溫消毒，那么在材料真空吸塑成型的時(shí)候就最好使用較高的溫度。對(duì)于部分結(jié)晶熱塑性塑料，真空吸塑成型溫度至少應(yīng)該在晶體熔程范圍的中間溫度以上。如果用較高的溫度成型，無定形熱塑性塑料的形狀改變也會(huì)減小。???? 在實(shí)際生產(chǎn)中，如果把這些因素都考慮進(jìn)去的話，就會(huì)產(chǎn)生下面的問題：片材就會(huì)因?yàn)檎婵瘴艹尚蜋C(jī)器達(dá)不到所需要的真空吸塑成型溫度而無法進(jìn)行生產(chǎn)（通過機(jī)器時(shí)無法得到一個(gè)光滑平整的表面），或者是材料的熔體強(qiáng)度太低，會(huì)產(chǎn)生太大的熔塌，或者是因?yàn)椴牧吓c口模黏結(jié)得過緊。???? 在加熱和成型時(shí)易于結(jié)晶的熱塑性塑料，如CPET是一個(gè)例外。CPET 是含有結(jié)晶成核劑無定形的聚酯。作為一種熱成型材料，CPET 是完全無定形的，但在適當(dāng)?shù)墓ぷ鳁l件下仍具有快速結(jié)晶的特性。其結(jié)晶速度與材料的成型溫度有關(guān)，在170℃ 時(shí)結(jié)晶溫度最大（如圖34 ）。CPET 晶體的熔程是在255～258℃ 之間，無定形區(qū)的軟化溫度是在78～85℃ ，故下列條件可用于CPET 的真空吸塑成型。 圖33 熱成型聚丙烯容器的外觀 左側(cè)：熱成型溫度為155 ℃ ；右側(cè)：熱成型溫度為163℃a成型后的示意圖；b 經(jīng)過lh 高溫消毒后的示意圖；c經(jīng)過高溫消毒后的制品實(shí)物照片（真空吸塑成型溫度從左到右不斷增加） 表36 食品包裝級(jí)聚氯乙烯片材的物理性能項(xiàng) 目指標(biāo)拉伸強(qiáng)度（MPa）＞落球沖擊破碎率（%）≤40彎曲溫度（℃）＞52加熱伸縮率（%）～～～ 177。15以內(nèi)177。10以內(nèi)177。7以內(nèi)透濕度（g/㎡24h）＜20 真空吸塑成型溫度為130～135℃ ，加熱時(shí)間應(yīng)盡可能短，盡量少發(fā)生結(jié)晶，使材料具有理想的可變形性。結(jié)晶度高不利于制品的精確度。真空吸塑成型模具必須加熱到170℃ 。在真空吸塑成型過程中（～ ～4s 的時(shí)間），材料可以獲得25％～30％的結(jié)晶度。成型后，制品在60℃ 下在另一個(gè)模具中冷卻。???? CPET 真空吸塑成型制品的最大長(zhǎng)期工作溫度為220℃ ，但是必須記住，能在如此高的溫度下使用，制品的穩(wěn)定性取決于結(jié)晶度。比如用CPET 做成的容器，結(jié)晶度也僅僅只有25％～30％。圖34 CPET 結(jié)晶行為示意圖 表37 食品包裝級(jí)聚氯乙烯片材的衛(wèi)生性能項(xiàng) 目指 標(biāo)聚氯乙烯單體殘余量/10ˉ6＜1 溶出試驗(yàn)重金屬（4%乙酸）（以Pb計(jì)）/10ˉ6＜1 蒸發(fā)殘?jiān)淹?10ˉ6＜30乙醇/10ˉ6＜30乙酸/10ˉ6＜30蒸餾水/10ˉ6＜30高錳酸鉀消耗量/10ˉ6＜10 褪色試驗(yàn)65%乙醇陰性浸泡液（水，20%乙醇，4%乙酸，正已烷）陰性冷餐油或無色油脂陰性 二、片材性能及其對(duì)真空吸塑成型加工的影響 1．吸濕性 當(dāng)基體樹脂具有吸濕性，或者含有吸濕性的添加劑，如滑石粉、碳素或特殊的顏料被加人到樹脂基體中，這樣一些熱塑性片材就具有吸濕性，也就是說他們吸收水分。在這個(gè)過程中，水分可能被塑料吸收，主要集中在其表面。ABS、ASA、CA、CdA、CAB、擠出的PMMA、PC、APET、PSU、PES以及聚酰胺都具有吸濕性。吸濕性的成型材料通常都是密封包裝，只有在加工的時(shí)候才打開?，F(xiàn)今還沒有一種簡(jiǎn)便的方法來判定成型材料中水分含量的多少。當(dāng)受潮的材料在真空吸塑成型過程中被加熱時(shí)，就會(huì)在制品的表面產(chǎn)生氣泡，故吸濕材料必須在干燥的條件下進(jìn)行加工，要么把密封包裝打開后直接使用，要么干燥后立即進(jìn)行加工。???? 通常情況下空氣中的相對(duì)濕度是60％～70％。根據(jù)材料的不同等級(jí)，PC ～5h ，但ABS 材料可以開口存放2～3 天。若沒有特別的要求，一般的預(yù)干燥的方法可（參見附件表1） 。干燥可以在空氣循環(huán)干燥爐中進(jìn)行，片材必須垂直放置，兩者之間留有空隙，以便熱空氣可以穿過板的兩側(cè)自由循環(huán)。人們已經(jīng)很少將卷取的薄片進(jìn)行干燥。受潮的成卷的卷材進(jìn)行干燥需要花上幾天的時(shí)間。干燥了的成型材料如果不是在干燥后馬上進(jìn)行成型加工的話，需要立即包裝在PE 薄膜中。 2．成型中片材的摩擦行為 在真空吸塑成型過程中，當(dāng)在片材和真空吸塑成型的模具之間存在著滑動(dòng)時(shí)，就需要考慮片材的摩擦行為。這種情況可能會(huì)在陰模成型中模具的預(yù)拉伸過程中出現(xiàn)，或者在陽模成型中，模具在向里推進(jìn)的過程中與片材發(fā)生接觸時(shí)出現(xiàn)。 當(dāng)摩擦力比較大的時(shí)候，片材與模具一接觸就會(huì)黏結(jié)在一起。黏在一起的地方進(jìn)一步牽伸是不可能的了，比如說用黏結(jié)劑層合就是一個(gè)典型的例子。如果沒有摩擦力存在，比如說在模具表面涂層或者用PTFE 做成模具，被加工的材料就很容易在接觸表面上滑動(dòng)，這對(duì)于真空吸塑成型加工是不利的。當(dāng)材料太容易滑動(dòng)通過模具時(shí)，要想將塑料用這樣的模具將其壓到陰模的底部是不可能的，因?yàn)檫@樣底部總是會(huì)太薄。因此在真空吸塑成型過程中，摩擦行為必須引起足夠的重視。 影響模具側(cè)面摩擦的因素有：真空吸塑成型模具所用的材料；模具與片材接觸部分的溫度；表面粗糙度。 影響成型片材摩擦性能的因素有：接觸面上的片材的種類；表面處理和條件（是否加入防黏劑或脫模劑）；成型片材與模具表面接觸時(shí)的溫度 。 實(shí)際應(yīng)用要點(diǎn)如下。 ① 將模具表面輕微砂磨或用人工的方法使其稍微粗糙一些，與非常粗糙的表面或經(jīng)過拋光的表面相比，這種表面可使成型材料較好的滑動(dòng)，只是需要在陽模的拐角處拋光成鏡面，以便加熱的材料相對(duì)容易滑過。 ② 模具溫度在真空吸塑成型的時(shí)候起了非常重要的作用。片材在真空吸塑成型時(shí)，非常容易粘接到模具上，降低模具溫度會(huì)使摩擦力降低。 ③ 對(duì)于具有明顯黏結(jié)傾向的成型材料，如帶有熱封合層的片材和復(fù)合的成型材料，接觸表面材料的成型溫度比主體基材的低。但ABS / PMMA 雙層材料不存在這樣的問題，因?yàn)锳BS 和PMMA 有相同的真空吸塑成型溫度。而SB / PE 雙層復(fù)合的片材，當(dāng)PE 層與模具表面接觸，在用輔助模（通常叫上模）進(jìn)行預(yù)拉伸時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問題。這種片材非常不適用于真空成型，因?yàn)镾B 的熱成型溫度至少要160℃ ，而在這樣的溫度下，PE 和密封層都已經(jīng)變黏，可能和模具黏結(jié)在一起。許多帶有密封層的材料在真空吸塑成型的時(shí)候需要把熱合層與溫度較低的模具相接觸，但這種方法使制品的設(shè)計(jì)受限。 不同情況下解決黏結(jié)問題的實(shí)際操作方法：在盡可能低的溫度下加工真空吸塑成型用片材；在片材容易發(fā)黏的一側(cè)少加熱；如果材料發(fā)黏的一側(cè)與模具接觸，成型溫度應(yīng)盡可能低；如果材料發(fā)黏的一側(cè)與進(jìn)行預(yù)拉伸的模具相接觸，就應(yīng)該選用PTFE 的模具或者用PTFE 涂層的鋁質(zhì)模具；加人防黏劑（比如PET ）涂層熱塑性材料時(shí)需要特別注意。需要注意的是，片材的滑動(dòng)摩擦行為與是否有防黏劑涂層而產(chǎn)生很大不同。如果用于某種成型片材的模具的幾何尺寸已經(jīng)確定，那么接下來采用的片材也需要有相同的涂層。如果涂層不同的話，也可以改變模具參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了將這種具有不同涂層的片材成型出讓人滿意的壁厚分部的制品，必須有一套不同的預(yù)拉伸的模具。 3．成型片材的收縮在真空吸塑成型中，收縮（shrinkage）是指在沒有任何機(jī)械應(yīng)力作用的受熱條件下，熱塑性片材或吸塑制件所發(fā)生的尺寸變化。在材料進(jìn)行真空吸塑成型之前，建議對(duì)材料進(jìn)行收縮測(cè)試。 ① 精確測(cè)量并紀(jì)錄一塊200mmX200mm 的片材，用箭頭標(biāo)志出擠出方向并記錄下切割方向。 ② 將烘箱加熱到片材真空吸塑成型的溫度③ 將片材放進(jìn)烘箱中，為了進(jìn)行測(cè)量，需要在一塊木板上覆蓋上一層PTFE 薄膜（例如Telflon 或Hostaflon ) ，然后噴撒上滑石粉，再將片材放置其上，并再次噴上滑石粉，最后用PTFE 薄膜輕輕蓋上，薄膜可以用圖釘固定在木板邊緣。 ④ 片材在烘箱中至少置留30min ，片材厚度每增加lmm ，置放的時(shí)間需要增加5min 。 ⑤ 片材從烘箱中移出并冷卻。 ⑥ 冷卻后測(cè)量片材尺寸，片材的收縮可由下式得到： 為了測(cè)量片材的各向異性，建議測(cè)定片材的縱向和橫向的收縮率。如果新提供的成型片材出現(xiàn)諸如起褶、夾持處發(fā)生斷裂、接觸加熱的連接處發(fā)生嚴(yán)重收縮等問題，就應(yīng)該用新舊兩種片材進(jìn)行收縮率對(duì)比測(cè)試。兩種片材因具有不同的收縮率，并且在真空吸塑成型時(shí)表現(xiàn)出不同的行為，故需要不同的加工參數(shù)。真空吸塑成型制品的收縮可以通過比較制品和相應(yīng)模具的尺寸之間的差異來得到。熱收縮包括了加工收縮（VS ）、后收縮（NS ）和總收縮（GS ) ，它們之間存在著差異。加工收縮可以由下式計(jì)算： 模具和制品尺寸應(yīng)在相同條件下測(cè)定，如在真空吸塑成型后24h 在23 ℃ 下進(jìn)行測(cè)定。塑料制品加工后，在室溫條件下，經(jīng)過一段時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)有后收縮。如果真空吸塑成型制品需要進(jìn)一步加工，比如泡沫填充，那么準(zhǔn)確知曉材料后收縮的值就是必要的，以便吸塑制品能夠與另外的模具準(zhǔn)確配合。總收縮值為：總收縮值（GS ）=加工收縮值（VS ) ＋后收縮值（NS ) 未發(fā)泡的ABS / PVC 片材在真空吸塑成型后持續(xù)5 天都會(huì)發(fā)生后收縮，供應(yīng)商和消費(fèi)者都必須知道材料的收縮行為及其加工順序，這是因?yàn)椴牧系馁M(fèi)用和質(zhì)量會(huì)隨之發(fā)生波動(dòng)。特別注意的問題是要確定沖模、修邊模和真空吸塑成型生產(chǎn)線上的其他一些切割模具的尺寸。因?yàn)樵谡婵瘴艹尚秃笾破凡粫?huì)馬上完成熱收縮，在修邊的時(shí)候，吸塑制品仍是溫的，所用的切割工具的尺寸就必須精確測(cè)定，最好是切割模具的單個(gè)部件能夠根據(jù)不同的材料分別進(jìn)行調(diào)整。 各種塑料的收縮值可（參見附件表1） 。這些只是參考值，它們還與加工條件有很大的關(guān)系。對(duì)于收縮值分布很寬的塑料，要得到正確的熱收縮值，就應(yīng)該在真空吸塑成型之前，要么詢問材料的制造商，要么進(jìn)行測(cè)試。精確的熱收縮值只有通過在相似幾何尺寸的真空吸塑成型模具上進(jìn)行測(cè)試得到。對(duì)于尺寸公差要求很高的模塑制品，必須制造出原型的模具進(jìn)行測(cè)試，并且各部位的收縮也必須確定。 與收縮有關(guān)的最重要的影響因素：塑料種類，費(fèi)用上的波動(dòng)也必須考慮；冷卻速率高，會(huì)減少加工收縮；脫模溫度高比脫模溫度低會(huì)產(chǎn)生更大的收縮；高牽伸在多數(shù)情況下就等于低收縮；成型片材的生產(chǎn)條件是用不同的擠出機(jī)造粒，或同一臺(tái)擠出機(jī)具有不同的加工參數(shù)，生產(chǎn)的成型片材就有可能具有不同的收縮行為；陽模成型制品比陰模成型制品的收縮會(huì)更??；在相同條件下，用相同片材真空吸塑成型的吸塑制品，其收縮率波動(dòng)的最大范圍為10 ％。???? 提示：需要進(jìn)行收縮測(cè)定的制品的測(cè)定部位或測(cè)定方法本身都應(yīng)該進(jìn)行選擇，以確定在進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候不會(huì)發(fā)生形變，并且制品公差小于收縮值的10％是不可能達(dá)到的。 4．成型片材的取向 收縮率測(cè)試也會(huì)得到成型材料和制品中有關(guān)大分子取向的信息。如果材料發(fā)生高度取向，比如在擠出方向，這將會(huì)產(chǎn)生不該有的皺褶（圖35 ）。對(duì)于縱向和橫向距離相等的多型腔模具，在擠出方向上的皺褶要比橫向的明顯很多（圖35a ）。圖35 成型材料a 單型腔模具的制件；b 多型腔模具的制發(fā)生取向而產(chǎn)生的皺褶 件