吸塑成型工艺学模板.doc

吸塑成型工艺学
第一章 绪论
真空吸塑成型工艺起步和发展
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年代以后事，而在60年代才有较大发展。近20年来，它已发展成为加工包装材料最关键方法之一。这种技术快速发展原因是真空吸塑成型工艺及设备不停创新，和含有成型性能新片材开发；同时也是由包装工业发展及真空吸塑成型包装本身特点所决定。
真空吸塑成型是塑料包装容器最常见成型方法之一。它是一个以热塑性塑料片材为成型对象二次成型技术。在国外，真空吸塑成型是一个老成型工艺，因为不停开发和改变，现在已高度自动化、机械化，并做到了无任何废边料产生，100%原辅材料变成制品。全流水线生产成型系统工程。

真空吸塑成型在下列条件中存在差异：
·加热成型材料至高弹态所需要再成型温度
·吸塑成型时通常见成型模具
·将制品冷却到其不发生尺寸改变冷却温度
·尺寸稳定后制件脱模

在大多数情况下，吸塑成型后处理也是必需，比如：
·修边
·熔接
·粘接
·热封
·涂层
·金属喷镀
·植绒
·印刷

真空吸塑成型现在已经成为加工领域内大家普遍接收一个术语：“真空成型”（vacuum forming）。而“压力成型”（pressure forming）是指部分特殊利用空气压力加工过程工艺。“热成型”（Thermo forming）是多种热塑性成型（包含真空和压力，或混合成型）总称。

一、真空吸塑成型优缺点

判定任何一个加工生产工艺过程是否成功，要和另外一个加工方法相比，用该种方法生产制品成本是否适宜；或是这两种方法生产制品成本相同，但用这种方法生产制品质量得到改善。在很多应用方面，注射模塑成型或吹塑成型全部和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，不然真空吸塑成型技术是没有其它加工方法能和之相竞争。真空吸塑成型关键优点是它工程经济性。成型复合片材、发泡片材和印刷片材制品，以合适改变模具来替换改变真空吸塑成型机械。壁很薄制品能够用高熔体黏度片材真空吸塑成型，而注射相同壁厚则需要低熔体黏度粒料。对于少许塑件，有利模具成本是真空吸塑成型又一优点，而对大批量制件，制品能达成很薄壁厚及真空吸塑成型机器高产出比则很有利。

真空吸塑成型可生产最小制件是药片包装材料或手表用电池，也能够生产很大制品，比如3～5m长花园水池。成型材料厚度能够从0.05～15mm ，对于发泡材料，厚度可达成 60mm 。任何一个热塑性塑料或含有相同性能材料全部能够进行真空吸塑成型加工。

真空吸塑成型所用材料是厚度为0.05～15mm片材，这些片材是用粒料或粉料制得半成品。所以，和注射成型相比，真空吸塑成型原料会增加额外成本。

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，和原来材料相混，可再一次制成片材。

在真空吸塑成型中，片材只有一个表面和真空吸塑成型模具相接触，所以只有一个表面和真空吸塑成型模具几何尺寸相一致，制品另外一个表面轮廓是由牵伸得到。

在塑料加工领域，真空吸塑成型被认为是一个含有很大发展潜力加工方法。它采取模塑成型，适合塑料包装各领域。真空吸塑成型也是一个需要熟练操作和经验加工方法。现在，经过模拟过程和必需专业技术，真空吸塑成型已经发展成为在技术上可控，而且可反复一个加工方法。

多年来，在真空吸塑成型过程中产生边角料循环利用已日趋关键。现在，边角料经过破碎后和原生材料混合来进行回收利用已经形成了一个工艺。废弃塑料模塑制品，比如说包装材料，甚至工程制件，它们回收利用在很多条件下全部是可能，但有些仍有待发展。现在可进行回收关键是部分化学材料和能源材料。要使循环利用得到突破，必需在加工过程生态性和节省性上下功夫。

真空吸塑成型制品含有价格低廉、生产效率高、形状及色彩选配自由、耐腐蚀、重量轻和对电绝缘性能等优点，在文具、玩具、日常见具、五金交电、电子产品、食品、化妆品等产品包装，现已发展到广告牌、汽车、工业配件、建材、安全帽、洗衣机和冰柜内衬、周转箱及农业用具等产品应用。

二、真空吸塑成型存在本身不足

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

·真空吸塑成型制品深度受到一定限制。通常情况下容器深度直径比（H/D）不超出1。 ·制件成型精度较差，相对误差通常在1%以上。采取真空吸塑成型法不仅极难得到不一样制件间构型或尺寸一致性，同一制件各部位壁厚均匀性也极难确保，另外，真空吸塑成型过程中模具一些细节并不能完全反应到制品中。

第二章 真空吸塑成型基础原理和术语

本章将就真空吸塑成型基础原理和相关术语进行介绍，对往后了解成型特征有着关键关系。

一、真空吸塑成型原理

真空吸塑成型工艺（图2-1）是一个热成型加工方法。利用热塑性塑料片材，制造开口壳体制品一个方法。将塑料片材裁成一定尺寸加热软化，借助片材两面气压差或机械压力，使其变形后覆贴在特定模具轮廓面上，经过冷却定型，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。真空力轻易实现、掌握和控制，所以简单真空成型是出现最早，也是现在应用最广一个热成型方法。

图2-1 基础原理示意图

二、无模成型

真空无模成型过程图2-2所表示，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，经过光电管控制真空阀调整真空度，直到片材达成所需成型深度为止。因为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。假如塑料本本身是透明，制件能够含有最小光吸收率和透明性，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拉伸程度和外廓形状，所以不能成型外型复杂制件。另外，成型过程中，伴随拉伸程度增大，最大变形区（即片材中心）厚度不停减小，所以实际生产中拉伸比（H/D）通常应小于75%。

在利用此法进行加工时，操作员必需有熟练技巧，调整好真空度，以得到符合设计要求轮廓和尺寸一致产品。

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 不一样模具所许可拉伸比
成型模
单阳模
单阴模
用柱塞帮助成型
许可牵伸比
>0.5
>1
>1

三、阳模（凸模）和阴模（凹模）成型

对于真空吸塑成型，受热材料仅有一面和成型工具相接触。这么，材料和模具相接面就含有和成型模具完全相同表面轮廓。而成型制件未接触面轮廓和尺寸就只有取决于材料厚度。依据成型材料和成型模具接触面不一样，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）所表示。
本法对于制造壁厚和深度较大制品比较有利。
制品关键特点是：和真空阴模成型法一样，模腔壁贴合一面质量较高，结构上也比较鲜明细致。壁厚最大部位在阳模顶部，而最薄部位在阳模侧面和底面交界区，该部位也是最终成型部位，制品侧面常会出现牵伸和冷却条纹，造成条纹原因在于片材各部分贴合模面时候有前后之分。先和模面接触部分先被模具冷却，而在后继相关过程中，其牵伸行为较未冷却部位弱。这种条纹通常在靠近模面顶部侧面处最高。
图2-4 阳模成型

2.真空吸塑阴模成型工艺过程图（图2-5）所表示。
真空阴模成型法生产制品和模腔壁贴合一面质量较高，结构上也比较鲜明细致，壁厚最大部位在模腔底部，最薄部位在模腔侧面和底面交界处，而且随模腔深度增大制品底部转角处壁就变得更薄。所以真空阴模成型法不适于生产深度很大制品。
图2-5 阴模成型

对于阳模成型，制件内尺寸是很正确，因为它是和真空吸塑成型工具相接一面。相反，对于阴模成型，制品外尺寸是很正确，因为其外部和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-成品内尺寸；4-外尺寸 对于阳模成型，制件内尺寸是很正确，因为它是和真空吸塑成型工具相接一面。相反，对于阴模成型，制品外尺寸是很正确，因为其外部和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-成品内尺寸；4-外尺寸

对于阳模制件我们必需注意以下问题：
① 在使用高角式模具进行加工时，尤其是当模具和夹持框架间距离很大时，轻易产生皱褶（图2-7)
② 在角落处轻易产生冷却条纹（图2-7)；
③ 在凸缘处壁厚不均匀（图2-7)；
④ 因为侧壁斜度不够而使脱模困难；
⑤ 在成型区（夹持模框）多腔模具嵌件和下夹持器之间会产生小缝隙；
⑥ 阳模成型模具通常比阴模价格低廉。
图2-7 阳模制件中缺点及其经典特征（简图）
1-冷却痕迹；2-皱褶；3-薄部位；4-厚部位

对于阴模制件我们必需注意其（图2-8) ：厚边缘；均匀边缘厚度；薄角隅；单阴模有很好脱模性；阴模模具通常比阳模价格高。 不过，对于每一个情况之中不利影响全部能够经过采取合适加工方法来降低。
图2-8 阴模制件经典特征
1-均匀边缘；2-薄角隅

四、机器基础装置

1．夹紧设备
塑料片材成型时，片材被固定在夹紧装置上。在真空吸塑成型通用型机和复合型热成型机上多采取便于固定多种尺寸片材夹紧装置。有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，下框架通常保持固定状态。多种类型单工位成型机上框架下部直接固定在成型室上。用手装型坯和成品取出手动和半自动成型机上，当框架尺寸很大时，全部装有在框架打开范围内安全操作装置。对成型滑移性较大型坯，要求夹紧力能在比较宽范围内调整，为此，采取两个包胶辊，用弹簧相互压紧，并配有压力调整装置。连续拉片成型机夹紧是两边拉链和前后闸共同作用。
夹紧装置最好采取自动控制，以期动作快速，可有利于提升制件质量和效率。

2．加热设备
热塑性塑料片材和薄膜真空吸塑成型过程，关键工序之一就是片材加热，让片材软化成可塑性设备。电加热连续时间和质量取决于加热器结构，辐射表面后温度传热热惯性，片材和加热器间距离，辐射能吸收系数，加热器表面特征和材料热物理性能。常见加热器有电加热器、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、管路和真空表等组成，在真空成型中常采取单独机型真空泵，此种泵真空度应达成0.07~0.09 Mpa（520mmHg）以上。储气罐通常是用薄钢板焊接圆柱形箱体，底是椭圆形。蓄气罐容量最少应比最大成型室容量大二分之一。真空管路上，必需装有合适阀门，以控制真空窄容量。
真空泵转动功率由成型设备大小和成型速度决定，较大或成型速度较快设备常见大至2~4KW。真空中央系统大小视工厂具体生产和发展要求而定。

4．压缩空气设备
气动系统可由成型机本身带有压缩机、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压缩空气,多种真空吸塑成型机广泛采取活塞式空气压缩机。也能够用大型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、初制品外冷却和操纵模具框架和运转片材等机件动作动力。

5．冷却设备
为了提升生产效率，真空吸塑成型制品脱模前常需进行冷却。理想情况是制件和模具接触内表面和外表面全部冷却，而且最好采取内装冷却盘管模具。对于非金属模具，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外表面。
生产中若采取自然冷却能够取得退火制件，有利于提升制件耐冲击性。用水冷却即使生产效率高，但制件内应力较大。

6．脱模设备
脱模是将制品移出模外，通常不管是凹模还是凸模，多数场所是因为制品冷却收缩而贴紧模具，所以经过真空吸引孔或向相反方向吹风使之脱模。
尤其对于脱模斜度小或有凹模模具，同时使用脱模机构顶撞或震荡脱模。

7．控制设备
控制系统通常包含对真空吸塑成型成型、整饰等过程中包含仪器、仪表、管道、阀门各个参数和动作进行控制。控制方法有手动、电气-机械自动控制、电脑控制等，具体选择要依据最初投资人工费、技术要求、原料费用、生产和维修设备费用等原因综合考虑。

五、有效成型压力
除了成型温度、模具温度和牵伸作用影响外，真空吸塑成型制件成型精度还关键依靠于热制件和模具之间有效接触压力。???? 模具在预牵伸过程中会产生一定接触压力（图2-9a ）。而制品成型时，若在接触处抽真空或使用柱塞机械压力，又就会产生一定成型压力。这也就是说接触处有效压力是牵伸产生接触压力和由真空或柱塞机械压力产生成型压力之和。对于其它区域，成型材料在预成型以后未和模具相接触，有甚至阻碍牵伸。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反向压力之差（图2-9）。

图2-9 由材料成型压力和反向压力之和得出有效成型压力简图
a 和b 阳模；c 和d 阴模 (+）模具面积，在该面积区域材料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反向压力而降低

对于模压成型（阳模）通常成型压力：大面积模制件0.2 ～ 0.3MPa ( 2 ～3bar ) ；小制件高达0.7MPa ( 7bar ）。???? 对于真空成型，成型压力较低，且关键取决于大气压力。???? 在海拔高度为。时，当使用高质量真空泵时，模塑压力可达成约0.O98MPa ( 0 . 98bar ）。???? 因为真空产生压力等于成型材料一侧所受到大气压和另一侧产生真空压差，所以接触压力就取决于空气压力和密封度。所以，即使使用最好真空泵，随海拔高度增大，成型压力也会不停降低（图2-10）。
图2-10 成型机器海拔高度对真空成型中空气压力影响

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面积被称为成型面积（图2-11）。切人面积就是指在成型过程中发生牵伸区域面积。它依靠于制件规格，而和夹持边缘是否需要加热无关。???? 应用以下：成型材料未受热区域（如未受热夹持边缘）不收缩，而成型部分则在成型后收缩；不过不一样收缩区域会造成模塑物变形。
对于实际应用意义：若制件夹持边缘在脱模后立即就被切断，那么它就无须进行加热；若夹持边缘留在制件上（无修边成型过程），夹持边就必需加热到材料Tg以上。

图2-11 成型面积和切人面积 a 对于阳模成型，成型面积等于切人面积；
b 在阳模成型中因为附加保护物作用而使切人面积减小；
c 在阴模成型中要求加工切人面积
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（壁厚发生改变）
图2-12 矩形盒用料制品简图（右边为裁边后成品图）
AB-模具底面，C-高度，L1和L2-模具延伸到片坯边缘长度，D-夹持边缘

七、废料（边料）面积和废料比率
掌握废料分寸，对成本核实有着关键意义。成型制品四面切边余量是没有正确数据，因为它会由拉伸情况影响。我们利用以下着个案例来分析：
例：计算成型矩形盒(图2-12)高200mm ，模具底面积（430x950) mm2，制品在模具底平面四面延伸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，求此种情况时废料比。
片材废料由夹持边缘面积和经成型拉伸裁出制品后片坯面积组成，最关键是计算经过拉伸后，出制品后还剩下多少份量边料。
注：裁边面积—制品剪口面积
依据此公式计算：
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)]
= 142353.2 mm2
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，为了除去塑料材料和模具之间所存留气体，模具必需是能排气或有足够排气孔或排气槽；这能够使空气经过抽气装置（或转移）快速除去。具体设计将在模具设计章节具体介绍。

九、脱模斜度
对于阳模成型，制品会收缩而紧贴在模具上，而对于单腔阴模成型，制品收缩后能够脱离模具表面。为了能够脱模，模具侧面必需含有一定倾斜度。在脱模方向上，模具侧面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，而且在脱模过程中制品变形可能性小。单阳模和单阴模脱模斜度通常为：a=3o～5o ；对于收缩率＜0.5％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）是指制品最大抽拔深度H 和成型面B 之比，或和成型面直径D 之比。成型比并不能正确反应出牵伸比。成型比可依据图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表面（不含夹持边），和成型面积之比，其结果依据图2-15。
牵伸比S = F2/F1
式中F1― 不含夹持边最初成型材料面积；
F2― 制品模塑面积
测定实际牵伸比技巧：对于几何形状很复杂模制品，牵伸比能够在最大牵伸处用一个软尺很轻易地进行测定（见图2-16 ）。宽度B 方向牵伸比 = 卷尺测量尺寸／宽度B

图2-14 成型比 a 和b 不一样几何体成型比H ：B ; c 圆形几何体成型比
图2-15 用于计算壁厚制件尺寸
图2-16 某塑件宽度B 方向牵伸比
1 -软尺测量

成型牵伸比不宜过大，实际生产中选择牵伸比时不超出1/3为宜，不然转角、底部部位将急剧变薄，甚至成型不了。
成型时，造成制品厚薄不均关键原因是片材各部分所受拉伸情况不一样，通常来说，阳模成型时，易造成顶部过厚，两侧逐步变薄；阴模成型时，口径部位过厚两侧延至底部变薄，尤其侧面和底部转角部位最薄。
牵伸比应控制在一个极限范围内。假如采取单阴模成型时牵伸比通常不超出0.5；采取单阳模成型时拉伸比能够合适增大，假如采取柱塞帮助成型，牵伸比能够更大些。

十一、壁厚计算、吸塑成型制件
当未成型材料厚度已知时，我们能够粗略地估量出吸塑成型制件厚度。因为制件设计壁厚和最终成型壁厚不规则分布，最终计算结果要考虑±30％壁厚分布。对于这种计算，必需假定材料体积在整个成型过程中保持不变。
所以有以下成立：V1 = V2
这么：F1·s1 = F2·s2
从而： s2 = F1/F2·s1
式中 Vl ― 不含夹持边缘材料体积；
V2 ― 热成型制件体积；
F1 ― 不含夹持边缘材料面积；
F2 ― 制件表面积； s1 ― 原材料厚度； s2 ― 制件壁厚。
壁厚计算示例：
1 ①
长方形成型制件壁厚确实定
依据图3-21，有以下尺寸：
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 = 1550400 mm2
F1/F2 = 0.3293???? F2/F1 = 3.0367
对于原材料厚度s1=4mm, 且厚度均匀分布成型制件，其壁厚：
s2 = F1/F2·s1 = 0.3292X4mm = 1.32mm
因为成型制件壁厚波动不均一，实际上制品厚度分布在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，所需材料厚度确定
依据图3-21中所表示制件平均厚度为s2 = 2mm,那么所需原材料厚度应该是多少？
以下是材料厚度计算结果：
s1 = F1/F2·s2 = 3.0376X2mm = 6.075mm
因为制件壁厚分布不规则，所选材料厚度应比计算值增加30%：
s1act = 6.075+30% ≈ 8mm
十二、吸塑成型制件收缩和变形
在片材章节我们已经介绍过材料缩水问题，在这里我们将借助吸塑成型制件进行讲解。
1．收缩
在冷却阶段成型模具和施加真空，避免模塑件尺寸发生改变，然而一旦脱模，制件就会发生尺寸改变，且随时间增大改变就越大。
这些尺寸改变就是所谓收缩，它包含加工过程中收缩和后收缩。
影响收缩情况还和成型模具结构相关，在成型过程中阳模比阴模收缩小，图2-17：
图2-17 左为阳模成型和右为阴模成型制品缩水情况

2．变形
变形就是制品形状偏离原先形状设计。如在圆形模具上成型制件变成了椭圆形。和模具水平面相接模塑件成型表面，在脱模成为三维尺寸制品时，往往会发生变形，如发生扭曲或翘曲。
收缩和变形原因密不可分，二者全部和以下原因相关：片材原料、片材生产条件、成型中牵伸量、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）全部是制品中常见缺点，不过能够经过对应方法来避免，将在后面章节里详尽讲解。

图2-18 透明制品上排气孔痕迹
图2-19 a 阳模制品上冷却痕迹和b 图3-18a A - A 断面
图2-20条纹和开裂
a 阳模制品上条纹；b 阳模制品上开裂

第三章 片材成型特征
本章将就吸塑成型常见片材性能进行介绍，成型成败和质量和片材特征有着关键关系。

用于成型加工不管单层或多层复合片材，全部必需含有以下性能：
一、塑性记忆，即当拉伸软化片材时，现有紧缩反抗拉力倾向，又有尽可能均匀拉伸倾向。这一特征能够使己经成型制品假如重新加热到原来成型温度，它会回复到原来平片形状。这特征对成型过程拉伸有着关键影响。
二、热拉伸，即片材在加热时均能够拉伸，这一特征对于产品形状和质量有很大影响。有些能够拉伸15％～20％，而有些甚至能够拉伸至500％～600％。
三、热强度，即加热软化片材只要稍受压力，就会在模具上形成清楚轮廓。反之，假如需要太大压力才能成型，而真空吸塑成型所提供倾压力差有限，对一些细微花纹就极难显示出来。
四、成型温度，即成型片材需含有适宜一定加工温度范围。既在其受热软化温度，轻易成型，又和其熔融温度有一定距离，成型温度范围较宽；不能只在较小某一特定温度范围内成型，温度偏高或偏低时，成型轻易撕裂、熔塌等现象。

为了愈加深入了解吸塑成型用片材特征，我们将从以下多个方面去分析。
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成10-3mm 大分子（聚合物）组成。这些大分子能够是线性，比如说HDPE ，也能够是支化，如LDPE 。大分子完全无序排列（图3-1a ) ，我们称之为无定形热塑性塑料。均匀结构大分子，比如线型聚乙烯或聚甲醛，能形成部分规则排列，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（图3-lb ）。

图3-1 热塑性塑料结构示意
a 无定形；b 部分结晶

无定形和部分结晶热塑性塑料区分???? 无定形热塑性塑料因为其不对称结构或大侧基，是不结晶，在不进行改性和着色情况下均是透明。无定形热塑性塑料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区域，称之为结晶区。因为结晶作用，部分结晶热塑性塑料通常是不透明，而且透明度会伴随结晶度增加而减小。部分结晶热塑性塑料使用温度在几和熔点Tm 之间。假如HDPE 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。对于很多部分结晶热塑性塑料而言，结晶作用能够经过将成型片材和模塑制品快速冷却而得到抑制，最终得到透明制品（如PET 瓶，透明PET 片材和透明无规聚丙烯片材）。图3-2 说明了无定形和部分结晶热塑性塑料和温度相关行为，表3-1 为关键无定形和部分结晶热塑性塑料。

表3-1 关键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；b 部分结晶 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-无定形部分软化区（Tg）; 12～13-工作温度区；13～14-结晶区熔程（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3-4 APET片材技术指标
指 标 项 目
指标
密度，g/cm3
1.38~1.42
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
热特征
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

透明热塑性塑料是无定形，但并非全部没有定形热塑性塑料全部是透明，比如说进行了着色和改性无定形塑料就是如此。因为分子链部分有序排列，部分结晶热塑性塑料不再透明，依据结晶度不一样，其透明程度也会不一样。无定形和部分结晶热塑性塑料有一个最高工作温度范围，后面将会介绍。在低于玻璃化转变温度Tg时（以前称之为软化温度），热塑性塑料通常是很脆（比如一般聚苯乙烯PS ) ，热塑性塑料刚性（模量E ）和强度（σ）会伴随温度升高而降低，但可变形性（ε）会增大。材料在最高工作温度时，还必需有足够刚性。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，后面将会介绍。

当加热热塑性成型材料时，无定形和部分结晶热塑性塑料会产生以下差异。对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。所需要热量和成型材料种类和所使用加工方法相关，真空成型时所需要温度就比压力成型时所需要温度要高。???? 部分结晶热塑性塑料绝不会完全结晶，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，就需要更高部分成型温度。???? 热塑性塑料这种现象是怎样影响真空吸塑成型加工呢？假如用部分结晶热塑性塑料制成制件在高温下工作，或说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，也就是说，这种成型材料需要选择足够高真空吸塑成型温度。

图3-3 是以部分结晶聚丙烯热成型杯子为例，说明了不一样真空吸塑成型温度对制品成型后外观和以后高温消毒过程影响。图中多种不一样现象能够作以下解释：聚丙烯结晶熔融区大致为158～165℃ ，当真空吸塑成型温度低于158℃ （图2-3 左侧示意图），结晶区不会完全熔融，它们就像部分小塑性块一样，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，这是因为结晶区应力要想恢复到它最初形状。其次，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，在一定条件下冷却，会形成新不含应力晶体，不会在121 ℃ 高温消毒时候发生逆转，所以杯子几何尺寸不会发生改变。从以上分析可知，若真空吸塑成型制品在高温下使用，或要进行短暂高温消毒，那么在材料真空吸塑成型时候就最好使用较高温度。对于部分结晶热塑性塑料，真空吸塑成型温度最少应该在晶体熔程范围中间温度以上。假如用较高温度成型，无定形热塑性塑料形状改变也会减小。???? 在实际生产中，假如把这些原因全部考虑进去话，就会产生下面问题：片材就会因为真空吸塑成型机器达不到所需要真空吸塑成型温度而无法进行生产（经过机器时无法得到一个光滑平整表面），或是材料熔体强度太低，会产生太大熔塌，或是因为材料和口模黏结得过紧。???? 在加热和成型时易于结晶热塑性塑料，如CPET是一个例外。CPET 是含有结晶成核剂无定形聚酯。作为一个热成型材料，CPET 是完全无定形，但在合适工作条件下仍含有快速结晶特征。其结晶速度和材料成型温度相关，在170℃ 时结晶温度最大（图3-4 ）。CPET 晶体熔程是在255～258℃ 之间，无定形区软化温度是在78～85℃ ，故下列条件可用于CPET 真空吸塑成型。

图3-3 热成型聚丙烯容器外观 左侧：热成型温度为155 ℃ ；右侧：热成型温度为163℃
a成型后示意图；b 经过lh 高温消毒后示意图；c经过高温消毒后制品实物照片（真空吸塑成型温度从左到右不停增加）

表3-6 食品包装级聚氯乙烯片材物理性能
项 目
指标
拉伸强度（MPa）
＞44.1
落球冲击破碎率（%）
≤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℃ ，加热时间应尽可能短，尽可能少发生结晶，使材料含有理想可变形性。结晶度高不利于制品正确度。真空吸塑成型模具必需加热到170℃ 。在真空吸塑成型过程中（0.6～0.7mm 厚片材用3.5～4s 时间），材料能够取得25％～30％结晶度。成型后，制品在60℃ 下在另一个模具中冷却。???? CPET 真空吸塑成型制品最大长久工作温度为220℃ ，不过必需记住，能在如此高温度下使用，制品稳定性取决于结晶度。比如用CPET 做成容器，结晶度也仅仅只有25％～30％。

图3-4 CPET 结晶行为示意图

表3-7 食品包装级聚氯乙烯片材卫生性能
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影响
1．吸湿性
当基体树脂含有吸湿性，或含有吸湿性添加剂，如滑石粉、碳素或特殊颜料被加人到树脂基体中，这么部分热塑性片材就含有吸湿性，也就是说她们吸收水分。在这个过程中，水分可能被塑料吸收，关键集中在其表面。ABS、ASA、CA、CdA、CAB、挤出PMMA、PC、APET、PSU、PES和聚酰胺全部含有吸湿性。吸湿性成型材料通常全部是密封包装，只有在加工时候才打开。现今还没有一个简便方法来判定成型材料中水分含量多少。当受潮材料在真空吸塑成型过程中被加热时，就会在制品表面产生气泡，故吸湿材料必需在干燥条件下进行加工，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。???? 通常情况下空气中相对湿度是60％～70％。依据材料不相同级，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。若没有尤其要求，通常预干燥方法可（参见附件表1） 。干燥能够在空气循环干燥炉中进行，片材必需垂直放置，二者之间留有空隙，方便热空气能够穿过板两侧自由循环。大家已经极少将卷取薄片进行干燥。受潮成卷卷材进行干燥需要花上几天时间。干燥了成型材料假如不是在干燥后立即进行成型加工话，需要立即包装在PE 薄膜中。

2．成型中片材摩擦行为