吸塑技术之片材的成型特性

一、吸塑技术之片材的成型特性

用于成型加工的无论单层或多层复合片材，都必须具备以下性能：

一、塑性记忆，即当拉伸软化的片材时，既有紧缩反抗拉力的倾向，又有尽可能均匀拉伸的倾向。这一特性可以使己经成型的制品如果重新加热到原来的成型温度，它会回复到原来平片形状。这特性对成型过程的拉伸有着重要影响。

二、热拉伸，即片材在加热时均可以拉伸，这一特性对于产品的形状和质量有很大影响。有些可以拉伸15%～20%，而有些甚至可以拉伸至500%～600%。

三、热强度，即加热软化的片材只要稍受压力，就会在模具上形成清晰的轮廓。反之，如果需要太大的压力才能成型，而真空吸塑成型所提供倾压力差有限，对某些细微的花纹就很难显示出来。

四、成型温度，即成型片材需具备适宜一定的加工温度范围。既在其受热软化温度，容易成型，又与其熔融温度有一定距离，成型温度范围较宽；不能只在较小的某一特定温度范围内成型，温度偏高或偏低时，成型容易撕裂、熔塌等现象。

为了更加深入了解吸塑成型用片材的特性，我们将从以下几个方面去分析。

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到10-3mm的大分子(聚合物)组成的。这些大分子可以是线性的，比如说HDPE，也可以是支化的，如LDPE。大分子完全无序排列，我们称之为无定形热塑性塑料。均匀结构的大分子，比如线型聚乙烯或聚甲醛，能形成部分的规则排列，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。

无定形和部分结晶热塑性塑料的区别，无定形热塑性塑料由于其不对称结构或大侧基，是不结晶的，在不进行改性和着色的情况下均是透明的。无定形热塑性塑料的使用温度应低于其玻璃化转变温度爪。部分结晶塑料含有分子链规则排列的区域，称之为结晶区。因为结晶作用，部分结晶的热塑性塑料通常是不透明的，并且透明度会随着结晶度的增加而减小。部分结晶热塑性塑料的使用温度在几和熔点Tm之间。

如果HDPE的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。对于许多部分结晶的热塑性塑料而言，结晶作用可以通过将成型的片材和模塑制品快速冷却而得到抑制，最终得到透明的制品(如PET瓶，透明的PET片材和透明的无规聚丙烯片材)。

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 )聚酞胺(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 )

b部分结晶的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-无定形部分的软化区(Tg); 12～13-工作温度区；13～14-结晶区的熔程(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

PET片材的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，X280光学性透明度，%雾度，%≥90≤5.0热特性适用温度，oC成型温度，oC-40~7575~85透气性水分透过率，g/(cm2·24·mm)氧氮透过率，mL/(m2·24h·MPa)0.2120

透明的热塑性塑料是无定形的，但并非所有无定形的热塑性塑料都是透明的，比如说进行了着色和改性的无定形塑料就是如此。由于分子链部分有序排列，部分结晶热塑性塑料不再透明，根据结晶度不同，其透明程度也会不同。无定形和部分结晶的热塑性塑料有一个最高的工作温度范围，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)，热塑性塑料通常是非常脆(比如普通聚苯乙烯PS )，热塑性塑料的刚性(模量E)和强度(σ)的会随着温度的升高而降低，但可变形性(ε)会增大。材料在最高工作温度时，还必须有足够的刚性。热膨胀系数在一定温度范围内可以认为是随温度线性增加的，后面将会介绍。

当加热热塑性成型材料时，无定形和部分结晶的热塑性塑料会产生如下的差异。对于无定形热塑性塑料，温度升高到其玻璃化转变温度(软化点)时就可以真空吸塑成型了。所需要的热量与成型材料的种类和所使用的加工方法有关，真空成型时所需要的温度就比压力成型时所需要的温度要高。部分结晶的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，就需要更高一些的成型温度。

热塑性塑料这种现象是如何影响真空吸塑成型加工的呢？如果用部分结晶热塑性塑料制成的制件在高温下工作，或者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用足够高的真空吸塑成型温度。

以部分结晶的聚丙烯热成型杯子为例，说明了不同的真空吸塑成型温度对制品成型后的外观和而后的高温消毒过程的影响。图中的各种不同现象可以作如下解释：聚丙烯的结晶熔融区大致为158～165℃，当真空吸塑成型温度低于158℃，结晶区不会完全熔融，它们就像一些小的塑性块一样，在成型过程中产生形变，但仍以固态形式保留在无定形的熔体中。只要再次加热(如高温消毒)，杯子开始形变，这是因为结晶区的应力要想恢复到它最初的形状。

另一方面，若成型温度为163℃，结晶区会完全熔融，聚丙烯成型材料会变成无定形的，在一定条件下冷却，会形成新的不含应力的晶体，不会在121℃高温消毒的时候发生逆转，因此杯子的几何尺寸不会发生变化。从以上的分析可知，若真空吸塑成型制品在高温下使用，或要进行短暂的高温消毒，那么在材料真空吸塑成型的时候就最好使用较高的温度。对于部分结晶热塑性塑料，真空吸塑成型温度至少应该在晶体熔程范围的中间温度以上。如果用较高的温度成型，无定形热塑性塑料的形状改变也会减小。

在实际生产中，如果把这些因素都考虑进去的话，就会产生下面的问题：片材就会