片材性能及其对真空吸塑成型加工的影响

7.成型片■材的牵伸

每一种热塑性塑料在一定温度范围内，都会发生很大的牵伸，在最佳成型温度范围内牵伸只需要很小的力。如果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。如果在实际加♂工中精度要求高，并且需要高牵伸率，成型片材就需要更高的温度，比如说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的制品就是这样。

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。当成型非常尖锐的部件，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非常小的尺♂寸公差非常容易产生次品。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。如果在未成型的PET片材生产线上划有格子，在真空吸塑成型后，就可以对牵伸进行评价。

8.片材对制品▲细节的清晰度的影响

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非常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▂因素影响：

?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都是能成型为清晰度很好的制品的塑料。

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。

①相应的厚度减小。

选择的成型温度越高，细节的精度也就越好。只是对于结晶型的塑料，如APET、CPET是一个例外。如果材料的厚度在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，可以减小加热强度，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：对于许◥多塑料片材，机器的成型力不足(如真空吸塑成型)可以通过更高的成型温度来弥补。

上述标准也适用于ξ　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，很难获得均匀的壁厚。真空吸塑成型模具卐温度越高，细节清晰度就越好。就压♀力成型而言，模具温度低可以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。如果PET片材生产线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◇具可以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。但是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间必须尽可能短。这段时间越长，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。预成型采用吸或吹的方式预拉伸，然后通过热辐射、对流开始冷却，并且与模塞助压局部▅接触。

由于与成型模具接触，真空吸塑成型一开始，冷却就很迅速。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。

对于真ω空吸塑成型来说，冷却时间与下列因素有关：

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很大的影响，HIPS为0.361W?h/ (kg?K)或1.3kJ/(kg?K), PP为0.555W?h/(kg?K)或2.0kJ/( kg?K )，也就是说，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▓间为tR，相同厚度的另一种材料的冷却时间tx可按下式计算：冷却时间tX = tR?材料的冷却时间系数式中tR―标准材料HIPS的冷却时间；tX―不同塑料材料的冷却时间。材料的冷却时间系数可从(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，使得拉伸后的厚度非常重要，即片材越拉伸，面积越大，厚度越薄，冷却时间越短。

请注意：当拉伸最小，制品Ψ壁最厚处冷却充分时，冷却工序▽即告结束，制品可以脱模了。对于厚制品，芯部材料的实际温度无法测出，这种情况下，可以参考塑件变形的↘时间，如逐步减少冷却时间，直至得到制品不再变形和回复的时间。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。

由于这个原因，真空吸塑成型机的操作循环时间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，冷却时间越长，制品刚性越大。真空吸塑成型模具的材质导热性越好，冷却时间越短，因此，环氧树脂、铝和热平衡铝材质模具的冷却时间比为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间为54s，采用热平衡铝的冷却¤时间为：tKA1 = 54 X(7/18)= 21s

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，冷却时间减少了15%～20%。低温真空吸塑←成型模具需要的冷却时间较短，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，接触不良且冷却时间增加。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，说明与模具存在不良接触，其结果是导致冷却时间延长，否则，制品太软会变形。对于真ω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。当然，若双面均匀冷却，效果更优。

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：

加强空气流动；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①。对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▓区别很小，每个周期的最大冷却时间为3s，使用冷却的空气对减少☆冷却时间不明显。

三、成型片材的制造工艺

成型材料厚片和薄片的生产主要步骤是：

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。

配方可以是将颜料、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◆，也可以是与◥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Ψ 到厚50mmX2000mm宽的片材，甚至宽度可达5000mm。挤出※机加热，将粒料、粉料、破碎料或回头料混合，排气，然后在压力下从狭缝模中挤出。

根据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可以生产。

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，应采用较紧的公差值。高级的挤出机生产线带有厚度自动反馈控制系统，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片材中非常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片材主∑　要由压延法生产，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。

挤出机和压延机的主要区别是：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很小，尤其对PP材料非常显著。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ξ纹或压花材料。挤出的材料比压延的成本低。

3.浇铸成型的片材

浇铸在片材在生产过程中用的较少。有机玻璃(PMMA)和醋酸纤维素板片采〓用浇铸成型。浇铸的PMMA在热成型时与挤出的变形情况完全不一样。对于热成型来说，浇铸材料的大问题是造成的厚度公差。受材料厚度和制造的①影响，厚度公差可达士20 %，这会给热成型工艺带来多重问题。

4.片材生产的特殊工艺

高级塑料的小片材有时可用注射成型，例如，热成型心脏模型的聚氨酯片材。当不能用ζ　共挤出法生产双层片材时，两层片材可采用层合、热合工艺，如火焰处理或黏和(聚氨酯黏合剂)。挤出后的双向拉伸♀可生产取向聚苯乙烯(OPS)。

5.片材的处理工艺

在挤↓出成型之后，材料表面会立即产生纹理。当挤∏出物温度较高时，可用压花辊在◣表面压花。当材Ψ料在热成型机上加热时，表面的刻痕经冷却而回复，如损失掉表面的纹理效果会变成光面。封合层或挤出涂覆，一般用多台挤出机共挤出法生产，两层片材∴在狭缝机头内黏合或是熔体刚从机头中挤出时熔合。

印刷真空吸塑成型片材时，除了印刷色以外，可使用ぷ热黏合涂料及防护涂料。作为真空吸塑成型所需的印刷颜料，应使用与塑料材料有很好相容性的颜料种类，以确保其良好地附着。植绒▆是一种处理工艺，通常是用专门的猫合剂把尼龙纤维植绒到材料表▓面。由于热成型有拉伸作用，会使植绒从材料表面分离。植绒的一面在真空吸塑成型时不与模【具面接触。高真空条件下的金属化处理，是将铝蒸镀到片材的一侧表面。

以下材料可金属化处理：

聚苯乙烯(PS)、聚酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)等。镀层是不牢固的。金属化√处理的材料均可用于热成型，但在拉伸时「镀铝层减薄，并会因此而不透明。覆盖压塑层的电镀片材成为反射片，可采用模塑真空吸塑成型，其伸展量仅为有限的一点。金属化及电镀的真空吸塑成※型材料，电镀的一面反射辐射加热器的热辐射，因此只能去加热没有金属化的那一面。若是在真空吸塑成型之后电镀塑件，应使用特殊的电镀◤材料。

例：常见的月饼托盘的用料就是电镀金色的片材成型的制品。

四、常见片材的成型特性

1.聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)

聚对苯二甲酸乙二醇酯俗称聚酯。

1946年英国人惠菲德▅首先发表聚酯的专利，并在英国ICI公司进行试生产，1953年该公司又首先进行聚酯薄膜试生产，1954年美国杜邦公司也生产该种薄膜，以后德、法和日本相继生■产聚酯薄膜和纤维、片材等。

聚酯树脂的特点:

聚对苯二甲酸乙二醇酯系结晶形聚合物，密度为1.30～1.38g/cm3，熔点为255oC～260oC，在热塑性塑料中具有最大的强韧性，其薄膜拉伸强度可与铝箔▽相匹敌，为聚乙烯的9倍，聚碳ζ酸酯和尼龙的3倍。

聚对苯二甲酸乙醇在较宽的温度范围内，保持其优良的物理机械性能，-20oC～80oC温度的影响很小，长期使用温度可达120oC，能在150oC使用一①段时间。

聚对苯二甲酸乙二醇酯的透气率虽然比聚偏二氯乙烯大些，但作为包装材料仍是属阻气性良好的。对25um厚的薄膜，透氧为29cm3/m2?Mpa、二氧化〗碳为130cm3/m2?h?Mpa，吸湿性低，25oC水中浸1周，吸湿率<0.6%，保持尺寸稳定性。

聚对苯二甲酸乙醇在较高温度下,也能耐氟氢酸、磷酸、乙酸、乙二酸，但盐酸、硫酸、硝酸能使它受到不同程度的破坏，如拉伸强度下降。强碱ω　尤其是高温下的碱，能使它的表面发生水解，其中以氨水的作用更剧。醋酸乙酯、丁酮；二甲苯、石脑油、乙二醇甲酯、甲醇、醋酸等，在室□　温或近它们沸点的温度下不受侵蚀，溶解在邻-氯代苯酚、四氯乙烷、甲酚的混合溶液或过量的硝基苯之中。

聚酯片材系列的性能：

聚酯片材系列包括PETG、APET、PCT等品种，是近年开发△和发展很快的新PET片材生产线产品。

聚酯片材具有优良的综』合性能、透明度高、强度好、后加工容易等诸多优点。由于强度好，同样厚度的产品，其保护作用明显○优于PVC片材，若同样强度来比较，则可用较薄的聚酯片材，所以虽然聚酯片材重量价格较高，但◎实际成本增加不大，更主要的是聚酯片材的透明晶莹增加了包装的效果，使包装上了更高的一个档次。

再有，它无毒、无臭、无味，符合食品包装的卫生要求，它无PVC片材焚烧理时会二次污染环境的问题，在PVC片材禁止使用于一次性包︾装的情况下，能符合包装应用的有较高强度的片材，无疑是聚酯片材。

聚酯片材的加工(吸塑或折】盒)方便，普通的吸塑机便能正常加工，效率与PVC片材一样，所以原生产PVC片材吸塑制品的设备无需进行任何改造。

⑴  定形聚酯片材(APET)

APET片＠材是使用间苯二甲酸及二甘醇对聚酯进行改性∏后的树脂经挤出成型而得。由于从机头挤出的熔融PET物料经过骤冷定型成片，使树脂处于无定□型状态，因而PET片材具有很高的透明性；同时保¤持有PET的众多优点，如无毒、高光泽、良好的机械性能、阻隔性能、印刷性能；易压花装饰；易金属化◥处理；可以用r射线消毒；可对废弃物经济地处理，包括回收利用、燃烧处理等，燃烧时仅产生二氧化碳和水，不产生有害物质。但APET不耐▆紫外线，APET有良好的电绝缘性能。

APET还具有许多性能远远超过PVC，例如耐低温性好、耐摩擦█性能优越等，是一种大有发展前途的新型塑料包装材料，其应用领域正在进一步地探讨、拓展过程中。

APET片材可供选用的范围在0.1～5.0mm，相当广泛，为APET制品设计和利◣用提供了较大的余地。

APET片材的吸塑成型条件△：成型温度为90℃～120℃；模具温度为30℃～50℃。在温度到120℃以后，APET成为混浊不透明的，即后结晶，并且阻隔性降低。对ㄨ于厚度为3～4mm的材料，在加热过程中已经开始后结晶。APET真空吸塑成型模具的排气通道比HIPS和PVC所需要多20%～30%。

APET片材的技术指标如下，它强度好，扩冲≡性能优良、高透光率，适合高强度透明包装，如食品或油脂性物品的包装，文具、工具的吸塑包装。

后处理：

冲压和切割性能优异↓，但冲压力要比PVC高60%。另一方面，切割时间相№当短。加热的刀模的切割长度可相应增加，在100℃时增加11%, 130℃时增加25%, 160℃增加40%。将APET壳罩热封合到板上的温度是190～240℃，封合时间是1.2～2.5s；板上涂覆热封合漆是非常重要←的，APET单膜比复合膜的热封合更困难。APET膜对APET膜(单组分包装材料)的热封合在温度范围从160～240℃，热封合时间〇0.7～2.5s间实现。

专用复合材料PETG/APET/PETG (GAG) , APET/Barex , APET/PE、PET(PET是APET或PETG中的任【一个)／铝／Barex[Barex是商品名，这种材料由丙烯腈／丙烯酸酯／丁二烯(A/MA/B)组成]、PET/PVDC/PE、PET/PVC/PE、PET/EVOH/PE、PET/PVC。

⑵  非晶型聚酯片材(PETG)

GPET又称PETG，是用环己二甲醇进行改『性的一种非结晶态PET树脂，其熔点较低，仅180℃～200℃。PETG片材在具→有APET片材的特性时，它最大特点是热封合性能突出，封合时容易操作且热封合质量●可靠。与APET相比, PETG在非常高的成型温度下不结晶，对于真空吸塑成型，甚至能够获得复杂几何形状的清晰轮廓但因其价格较贵，应用上受到一定限制。

PETG的化学稳定性与APET相同。

后处理：

优异的↑冲压和切割性，所需的冲压力比APET约小10%。PETG对涂覆纸板的热封合，封合温度╳范围180～250℃，封合时间为1.2～3s；对涂覆罩膜的热封合为170～200℃，时间在0.7～2s。

PETG或PETG / APET/ PETG全塑罩可以热封合。粘接与APET相同。焊接与APET相同，PETG也可由高频焊接。专用复合ξ片材，PETG / APET / PETG , PETG/ PS / PETG , PS / PETG , PETG / PP。

⑶  结晶聚醋(CPET )

CPET是受晶核影响的PET，能在加卐工过程中使材料快速结晶。耐热是热成型中形成的结晶度的作用(最大结▼晶度可达30%)。CPET对空气和水蒸气的阻隔性高。化学稳定性类似APET和PETG。

CPET需要专用的机器设备，其组成为朝上的加热器沿纵向排列的闭合回路控制，加上横向♀隔开以及向下加热，横向隔开的全部控制。加热器下的片材应用钻板遮蔽，因为加热时会超出加热温度的很多倍(2～3倍或更多)。建议准ㄨ确测量对材料温度的影响。

请注意：CPET在模具加热至170℃，成型压力1.6MPa和2.5MPa之间热成型◥，成型时间约4s。对于困难脱模的制品，需将模具冷却至65℃，按设★计原则和稳定性要求，脱模斜度应大于5°。