南工大塑料成型加工2015竇ch13

1、第十三章第十三章 熱成型熱成型13.1 13.1 概述概述熱成型：是利用熱塑性塑料的片材作為原料來制造熱成型：是利用熱塑性塑料的片材作為原料來制造塑料制品的一種方法；首先將裁成一定尺寸和形式塑料制品的一種方法；首先將裁成一定尺寸和形式的片材，夾在模具的框架上，讓其在的片材，夾在模具的框架上，讓其在Tg至至Tf之間的之間的適宜溫度加熱軟化，片材一邊受熱一邊延伸，而后適宜溫度加熱軟化，片材一邊受熱一邊延伸，而后憑借施加的壓力，使其緊貼模具的型面，取得于型憑借施加的壓力，使其緊貼模具的型面，取得于型面相仿的形樣，經(jīng)冷卻定型和修整后即得制品。面相仿的形樣，經(jīng)冷卻定型和修整后即得制品。熱成型時(shí)，施加的壓

2、力主要是靠片材兩面的氣壓差，熱成型時(shí)，施加的壓力主要是靠片材兩面的氣壓差，但也有借助于機(jī)械力或液壓力的。但也有借助于機(jī)械力或液壓力的。13.1 13.1 概述概述熱成型的特點(diǎn)：熱成型的特點(diǎn)：制品壁厚不大，片材一般是制品壁厚不大，片材一般是13mm，制品的厚度總，制品的厚度總比這一數(shù)值小。但制品的表面積可以很大，而且都屬比這一數(shù)值小。但制品的表面積可以很大，而且都屬于半殼形（內(nèi)凹外凸）的，其深度有一定限制；于半殼形（內(nèi)凹外凸）的，其深度有一定限制；制品的種類繁多，日用器皿，電子儀器儀表外殼，制品的種類繁多，日用器皿，電子儀器儀表外殼，玩具，雷達(dá)罩，飛機(jī)罩，立體地圖，人體頭像模玩具，雷達(dá)罩，飛機(jī)罩

3、，立體地圖，人體頭像模型等。型等。目前工業(yè)上用于熱成型的塑料有：聚甲基丙烯酸目前工業(yè)上用于熱成型的塑料有：聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、ABS等多種熱塑性共等多種熱塑性共聚物等。用澆鑄、壓延、擠出等方法制造的片材聚物等。用澆鑄、壓延、擠出等方法制造的片材為原料。為原料。13.1 13.1 概述概述與注射成型相比，熱成型具有：與注射成型相比，熱成型具有：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高、方法簡(jiǎn)單、設(shè)備投資生產(chǎn)效率高、方法簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、能夠制造表面較大的制品。少、能夠制造表面較大的制品。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：原料成本高，制品后加工工序多。原料成本高，制品后加工工序多。13.213.2

4、 熱成型方法熱成型方法13.2.1 13.2.1 差壓成型差壓成型先用夾持框?qū)⑵膴A緊，并置于模具上，然后用加先用夾持框?qū)⑵膴A緊，并置于模具上，然后用加熱器進(jìn)行加熱，當(dāng)片材已被熱至足夠溫度時(shí)移開加熱器進(jìn)行加熱，當(dāng)片材已被熱至足夠溫度時(shí)移開加熱器，并立即抽真空或通入壓縮空氣加壓，這時(shí)由熱器，并立即抽真空或通入壓縮空氣加壓，這時(shí)由于在受熱軟化的片材兩面形成壓差，片材被迫向壓于在受熱軟化的片材兩面形成壓差，片材被迫向壓力較低的一邊延伸和彎曲，最后緊貼于模具型腔表力較低的一邊延伸和彎曲，最后緊貼于模具型腔表面，取得所需形狀，經(jīng)冷卻定型后，即自模具底部面，取得所需形狀，經(jīng)冷卻定型后，即自模具底部氣孔通

5、入壓縮空氣將制品吹出，經(jīng)修飾后即為制品。氣孔通入壓縮空氣將制品吹出，經(jīng)修飾后即為制品。根據(jù)片材兩面產(chǎn)生壓差的方法，可分為根據(jù)片材兩面產(chǎn)生壓差的方法，可分為真空成型真空成型和和加壓成型加壓成型兩種。兩種。不用模型的差壓成型氣壓成型壓縮空氣成型工藝陰模真空成型陽(yáng)模真空成型13.2.1 13.2.1 差壓成型差壓成型差壓成型特點(diǎn)：差壓成型特點(diǎn)：1.1.制品結(jié)構(gòu)上比較鮮明和精細(xì)部位是與模面貼合的一制品結(jié)構(gòu)上比較鮮明和精細(xì)部位是與模面貼合的一面，而且光潔度也較高；面，而且光潔度也較高；2.2.成型時(shí)，凡片材與模面在貼合時(shí)間上愈后的部位，成型時(shí)，凡片材與模面在貼合時(shí)間上愈后的部位，其厚度愈小；其厚度愈??；

6、3.3.模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常只有陰模；模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常只有陰模；4.4.制品表面光澤好，并不帶任何瑕疵，材料原來的制品表面光澤好，并不帶任何瑕疵，材料原來的透明性成型后不發(fā)生變化。透明性成型后不發(fā)生變化。真空高速吸塑成型機(jī)13.2.2 13.2.2 覆蓋成型覆蓋成型與真空成型基本相同，不同者只是所用模具只有陽(yáng)模；與真空成型基本相同，不同者只是所用模具只有陽(yáng)模；成型時(shí)系借助于液壓系統(tǒng)的推力，將陽(yáng)模頂入由框架成型時(shí)系借助于液壓系統(tǒng)的推力，將陽(yáng)模頂入由框架夾持且已加熱的片材中，也可用機(jī)械力移動(dòng)框架將片夾持且已加熱的片材中，也可用機(jī)械力移動(dòng)框架將片材扣覆在模具上，然后再抽真空使片材包復(fù)于模具上材扣覆在

7、模具上，然后再抽真空使片材包復(fù)于模具上而成型。而成型。覆蓋成型特點(diǎn)：覆蓋成型特點(diǎn)：1.1.與模面貼合的一面質(zhì)量較高，結(jié)構(gòu)上也較鮮明、細(xì)致；與模面貼合的一面質(zhì)量較高，結(jié)構(gòu)上也較鮮明、細(xì)致；2.2.壁厚的最大部位在模具的頂部，而最薄的部位則在模具側(cè)面與壁厚的最大部位在模具的頂部，而最薄的部位則在模具側(cè)面與底面的交界處；底面的交界處；3.3.制品側(cè)面常會(huì)出現(xiàn)牽伸和冷卻條紋；通常在接近模面頂部的側(cè)制品側(cè)面常會(huì)出現(xiàn)牽伸和冷卻條紋；通常在接近模面頂部的側(cè)面處最多。面處最多。覆蓋成型13.2.3 13.2.3 柱塞助壓成型柱塞助壓成型分為分為柱塞助壓真空成型柱塞助壓真空成型、柱塞助壓氣壓成型和氣柱塞助壓氣壓

8、成型和氣脹柱塞助壓真空成型。脹柱塞助壓真空成型。成型制品的主要特點(diǎn)除成型制品的主要特點(diǎn)除厚度較均勻外，其它與厚度較均勻外，其它與差壓成型極為相似。差壓成型極為相似。13.2.4 回吸成型n常用的有真空回吸、氣脹真空回吸和推氣真空回吸成型等。主要特點(diǎn)是壁厚較均勻且結(jié)構(gòu)上也可較復(fù)雜。n氣壓預(yù)拉伸凹模反吸成型n氣壓預(yù)拉伸凸模反吸成型13.2.5 對(duì)模成型n特點(diǎn)：復(fù)制性和尺寸準(zhǔn)確性較好；結(jié)構(gòu)上可以復(fù)雜些，甚至可制成有刻花和刻 字的表面；厚度分布依賴于制品式樣。n凸凹模對(duì)壓成型鋼模與硅橡膠?？鞂?duì)壓成型13.2.6 雙片熱成型n用這種方法生產(chǎn)中空制品的特點(diǎn)是成型快，壁厚均勻，可制作雙色和厚度不同的制品。1

9、3.3 熱成型設(shè)備及模具n熱成型過程：片材夾持、片材加熱、成型、冷卻、脫模。成型設(shè)備分手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)。按供料方式分連續(xù)進(jìn)料和分批進(jìn)料。連續(xù)熱成型1 2n一、片材的夾持設(shè)備在整個(gè)成型過程中，保持片材牢固的夾持是非常關(guān)鍵的。根據(jù)熱成型是否連續(xù)，可有框式夾持和輸送鏈?zhǔn)綂A持機(jī)構(gòu)。n二、片材的加熱系統(tǒng)片材的加熱也很關(guān)鍵，關(guān)系到成型的成敗。加熱器有熱板、加熱棒、烘箱、紅外燈還有液浴等。加熱板的熱源有電、油、過熱水、蒸汽等?，F(xiàn)代化的加熱大都采用紅外線輻照方式。紅外線的輻照功率與加熱器的溫度、輻照密度、片材和加熱器的距離、片材吸收輻射線的性能有關(guān)。n一般加熱器的溫度控制在370650，加熱器與片材之間的距

10、離可調(diào)節(jié)在830cm范圍，加熱功率密度根據(jù)所選用的塑料材料而定，如表，部分塑料材料所需加熱功率密度三、真空系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)n真空系統(tǒng)由真空泵、真空儲(chǔ)罐、管路和閥門組成。真空系統(tǒng)的真空度應(yīng)能達(dá)到0.070.09MPa。真空儲(chǔ)罐的容量至少應(yīng)為最大成型室容量的2.5倍。n壓縮空氣系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)壓罐、管路、閥門組成。壓縮空氣機(jī)的額定排氣量通常為0.050.3m3/min，壓力范圍為0.60.7MPa，實(shí)際使用時(shí)一般不超過0.35MPa。四、冷卻系統(tǒng)n冷卻系統(tǒng)有內(nèi)冷和外冷，n內(nèi)冷是依靠模具內(nèi)設(shè)冷卻盤管，通冷卻水，進(jìn)行冷卻；n外冷則是用風(fēng)冷和水霧等冷卻。n通常金屬模具用內(nèi)冷，非金屬模具用外冷。有時(shí)

11、也采用內(nèi)冷和外冷相結(jié)合的方式，快速冷卻。五、模具n根據(jù)熱成型方法可知，熱成型模具有三種基本形式：陰模、陽(yáng)模和對(duì)模（極少數(shù)的自由成型可不用模具）。n熱成型模具材料的種類有很多，可分金屬材料和非金屬材料，如鋼、鋁、木材、石膏、塑料（酚醛、環(huán)氧、聚酯、氨基等）。模具材料的選擇主要依據(jù)是其預(yù)期用途和預(yù)期壽命。選材和模具設(shè)計(jì)時(shí)注意幾點(diǎn)n1.制品表面質(zhì)量要求較高的一面與模具表面接觸、貼合，這也是單模成型時(shí)選擇陰?；蜿?yáng)模的依據(jù)；n2.單陰模成型時(shí)，制件底部是壁厚最薄的區(qū)域；n 單陽(yáng)模成型時(shí)，制件壁厚最小的區(qū)域是制品的側(cè)邊，制件頂部壁厚近似等于成型用片材的初始厚度。n3.為了便于脫模，無論是何種形式的模具都應(yīng)

12、有一定的脫模斜度。但比較而言，單陰?？刹捎玫拿撃Ｐ倍刃∮趩侮?yáng)模。n4.采用單陰模成型時(shí)牽伸比（模腔深度與寬度的比值）通常不超過0.5，否則會(huì)使制件壁厚分布過分不均勻，還會(huì)使片材受到過分拉伸。采用單陽(yáng)模成型時(shí)牽伸比可較大，如果采用柱塞助壓成型牽伸比可更大。n5.為避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，模具的拐角應(yīng)有充分的圓弧過渡，過渡的圓弧半徑最好大于或等于片材厚度，同時(shí)不小于1.5mm。n6.作為氣體進(jìn)出的通道，熱成型的模具上通常開有氣孔。氣孔直徑隨所成型片材種類和厚度而變化，確定的總原則是既保證氣體通行順暢、高效。又不會(huì)由于氣孔的存在給制品質(zhì)量特別是外觀質(zhì)量造成不利影響。例如，成型軟質(zhì)PVC和PE薄片時(shí)，氣孔的直

13、徑約為0.250.6mm；成型硬而厚的片時(shí)則可大到1.5mm。如果氣孔直徑過大，會(huì)使成型制品表面出現(xiàn)贅物。為解決這一問題，可將氣孔道做成錐形，靠近模具的一側(cè)直徑小，另一側(cè)直徑大。也可將通氣孔做成長(zhǎng)而窄的縫形。n7.熱成型制品會(huì)產(chǎn)生較大的收縮率（約為0.2%0.9%），在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)要考慮。13.4 熱成型工藝因素分析n一、加熱n在熱成型過程中，坯件是在熱塑性塑料的彈塑性狀態(tài)的溫度范圍內(nèi)拉伸造型，所以成型前必須將坯件加熱到規(guī)定溫度。n一般坯件的加熱時(shí)間占整個(gè)成型時(shí)間的5080%，而加熱溫度的準(zhǔn)確性和各處溫度分布的均勻性將直接影響成型操作的難易和制品的質(zhì)量。n1、加熱溫度n應(yīng)使塑料在此溫度下既有

14、很大的伸長(zhǎng)率又有適當(dāng)?shù)睦鞆?qiáng)度，保證坯件成型時(shí)能經(jīng)受高速拉伸而不致出現(xiàn)破裂。n降低溫度雖然能縮短成型時(shí)間和節(jié)省能源，但是溫度過低時(shí)所得制品輪廓不清晰、尺寸穩(wěn)定性差；n加熱溫度過高，會(huì)造成聚合物的降解，從而導(dǎo)致制品變色和失去光澤。n加熱坯件的原則n加熱的溫度下限應(yīng)以片材在牽伸最大區(qū)域不發(fā)白或不出現(xiàn)明顯的缺陷為度；n上限溫度則是片材不發(fā)生降解和不會(huì)在夾持架上出現(xiàn)過分下垂的最高溫度。n一般熱成型過程中，加熱的坯件要經(jīng)過轉(zhuǎn)換工位，要有一些降溫，尤其是壁薄的坯件和傳熱系數(shù)比較大的坯件，散熱現(xiàn)象比較嚴(yán)重，所以坯件的加熱溫度要稍高于成型溫度。n2、加熱均勻性n保證坯件在加熱過程中均勻升溫：n首先選用片材厚度

15、均勻，厚度公差通常不應(yīng)大于48%，若厚度公差大，就要延長(zhǎng)加熱時(shí)間，使坯件各部分都要“熱透”；n再是由于塑料的導(dǎo)熱性差，會(huì)造成一面溫度達(dá)到要求而另一面溫度仍然很低；再繼續(xù)加熱會(huì)使一面溫度過高，表面降解。n可以采用兩面加熱的方法，或采用高頻加熱和遠(yuǎn)紅外加熱。n3、加熱時(shí)間n主要由塑料的品種和片材的厚度決定。一般加熱時(shí)間隨塑料的導(dǎo)熱系數(shù)增大而縮短，隨塑料比熱和片材厚度的增大而延長(zhǎng)。但都不是簡(jiǎn)單的直線關(guān)系。合適的加熱時(shí)間要由實(shí)驗(yàn)或參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來定。加熱時(shí)間與片材厚度的關(guān)系（以PE為例）n4、加熱對(duì)制品壁厚的影響n特殊情況下，為適應(yīng)拉伸時(shí)坯件變形的特點(diǎn)，各部分隨模具的型樣不同拉伸不同，壁厚會(huì)因拉伸不同而

16、有差別。為了解決此問題，可采用的辦法：用絕熱紙剪成花板，特意將拉伸時(shí)變形較大的部位遮蔽，使這部分在加熱時(shí)少受熱輻射，加熱后的溫度比其它部位低，就可使其拉伸時(shí)變形量小，使厚度與其它部位均勻一致。n5、坯件下垂問題n用夾持架夾持的坯件，周邊被固定，在加熱時(shí)會(huì)出現(xiàn)下垂現(xiàn)象，原因是熱膨脹和熔融流動(dòng)，大幅度的升溫可使非取向的坯件各向上的尺寸增加12%，熔融流動(dòng)的大小與塑料熔體粘度高低有關(guān)。出現(xiàn)下垂后給工藝控制造成困難。解決坯件下垂問題的辦法：采用有一些定向的片材，在加熱時(shí)有一定的收縮可以克服下垂現(xiàn)象。但所用片材的定向程度不能過大，否則會(huì)由于坯件內(nèi)應(yīng)力過大而使成型發(fā)生困難。n此外，模具和柱塞也應(yīng)根據(jù)不同塑

17、料而采用適當(dāng)?shù)臏囟?，見表。二、成型n對(duì)成型的基本要求是：使所得制品的壁厚盡可能均勻。n1、成型過程中的拉伸n拉伸速度的大小依賴于坯件的溫度，溫度低的坯件，由于變形能力小，應(yīng)采用低的拉伸速度；相反拉伸速度高，就要采用高溫坯件。由于成型時(shí)坯件會(huì)散熱降溫，所以薄型坯件的拉伸速度要快于厚坯件。n造成熱成型制品壁厚不均勻的主要原因：n一、成型時(shí)坯件各部分被拉伸的程度不同。n二、拉伸速度的大小，也就是抽氣、充氣的氣體流率或模具、夾持框和預(yù)拉伸柱塞等的移動(dòng)速度的不同。n對(duì)于深的制件，一般都要用預(yù)拉伸（氣脹）熱成型的方法，首先使坯件經(jīng)過抽真空或通壓縮空氣形成預(yù)伸泡狀物，此泡狀物的壁厚應(yīng)接近制品底部的厚度，因?yàn)?/p>

18、一旦柱模或柱塞與塑料接觸，其拉伸的程度就會(huì)很??；另外泡狀體達(dá)到要求后應(yīng)保持幾秒鐘，調(diào)整壁厚均勻性。n2、成型時(shí)分子定向問題n由于制品各部位和各方向拉伸程度的不同，所以出現(xiàn)的分子定向程度也會(huì)不同，使制品存在各向異性。定向程度大的方向或部位，拉伸強(qiáng)度、總伸長(zhǎng)率、抗裂能力等都會(huì)增加。具有分子定向的制品尺寸穩(wěn)定性也比較差。但是如果單向拉伸的數(shù)值和雙向拉伸的差值保持在一定范圍內(nèi)，各向異性程度就不會(huì)太大。n提高坯件的溫度和較低拉伸速度都會(huì)降低定向程度。3、成型力的大小n與所用片材品種與牌號(hào)、坯件的厚度和溫度有關(guān)，一般來說，聚合物大分子鏈剛性大、分子量高、存在極性基團(tuán)的塑料片材，需要較高的成型力；坯件較厚和溫度較低時(shí)，也要采用較高的成型力。三、成型物的冷卻與脫模n1、冷卻時(shí)間：坯件經(jīng)拉伸造型獲得制品所要求的型樣后，必須在成型壓力下繼續(xù)冷卻一定時(shí)間，才能在解除壓力后保持已獲得的型樣。n冷卻不足，制品從模腔內(nèi)或模面上脫出后將發(fā)生變形；n過分冷卻，不僅使成型設(shè)備的生產(chǎn)效率降低，而且往往會(huì)由于成型物的收縮而緊