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吸塑技术之片材的成型特性

集萃塑胶网 http://www.ccedip.com 发布时间:2011-3-7 11:48:14 阅读:

    【集萃网观察】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抓乙烯(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。$$分页$$
  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:片材就会因为真空吸塑成型机器达不到所需要的真空吸塑成型温度而无法进行生产(通过机器时无法得到一个光滑平整的表面),或者是材料的熔体强度太低,会产生太大的熔塌,或者是因为材料与口模黏结得过紧。在加热和成型时易于结晶的热塑性塑料,如CPET是一个例外。CPET是含有结晶成核剂无定形的聚酯。作为一种热成型材料,CPET是完全无定形的,但在适当的工作条件下仍具有快速结晶的特性。其结晶速度与材料的成型温度有关,在170℃时结晶温度最大。CPET晶体的熔程是在255~258℃之间,无定形区的软化温度是在78~85℃,故下列条件可用于CPET的真空吸塑成型。
  真空吸塑成型温度为130~135℃,加热时间应尽可能短,尽量少发生结晶,使材料具有理想的可变形性。结晶度高不利于制品的精确度。真空吸塑成型模具必须加热到170℃。在真空吸塑成型过程中(0.6~0.7mm厚的片材用3.5~4s的时间),材料可以获得25%~30%的结晶度。成型后,制品在60℃下在另一个模具中冷却。CPET真空吸塑成型制品的最大长期工作温度为220℃,但是必须记住,能在如此高的温度下使用,制品的稳定性取决于结晶度。比如用CPET做成的容器,结晶度也仅仅只有25%~30%。
  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的影响
  1.吸湿性
   当基体树脂具有吸湿性,或者含有吸湿性的添加剂,如滑石粉、碳素或特殊的颜料被加人到树脂基体中,这样一些热塑性片材就具有吸湿性,也就是说他们吸收水分。在这个过程中,水分可能被塑料吸收,主要集中在其表面。ABS、ASA、CA、CdA、CAB、挤出的PMMA、PC、APET、PSU、PES以及聚酰胺都具有吸湿性。吸湿性的成型材料通常都是密封包装,只有在加工的时候才打开。
       现今还没有一种简便的方法来判定成型材料中水分含量的多少。当受潮的材料在真空吸塑成型过程中被加热时,就会在制品的表面产生气泡,故吸湿材料必须在干燥的条件下进行加工,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。通常情况下空气中的相对湿度是60%~70%。根据材料的不同等级,PC片材可以在热成型前在空气中存放0.5~5h,但ABS材料可以开口存放2~3天。$$分页$$
      若没有特别的要求,一般的预干燥的方法可(参见附件表1)。干燥可以在空气循环干燥炉中进行,片材必须垂直放置,两者之间留有空隙,以便热空气可以穿过板的两侧自由循环。人们已经很少将卷取的薄片进行干燥。受潮的成卷的卷材进行干燥需要花上几天的时间。干燥了的成型材料如果不是在干燥后马上进行成型加工的话,需要立即包装在PE薄膜中。
  2.成型中片材的摩擦行为
  在真空吸塑成型过程中,当在片材和真空吸塑成型的模具之间存在着滑动时,就需要考虑片材的摩擦行为。这种情况可能会在阴模成型中模具的预拉伸过程中出现,或者在阳模成型中,模具在向里推进的过程中与片材发生接触时出现。当摩擦力比较大的时候,片材与模具一接触就会黏结在一起。黏在一起的地方进一步牵伸是不可能的了,比如说用黏结剂层合就是一个典型的例子。
        如果没有摩擦力存在,比如说在模具表面涂层或者用PTFE做成模具,被加工的材料就很容易在接触表面上滑动,这对于真空吸塑成型加工是不利的。当材料太容易滑动通过模具时,要想将塑料用这样的模具将其压到阴模的底部是不可能的,因为这样底部总是会太薄。因此在真空吸塑成型过程中,摩擦行为必须引起足够的重视
        影响模具侧面摩擦的因素有:真空吸塑成型模具所用的材料;模具与片材接触部分的温度;表面粗糙度。影响成型片材摩擦性能的因素有:接触面上的片材的种类;表面处理和条件(是否加入防黏剂或脱模剂);成型片材与模具表面接触时的温度 。
  实际应用要点如下。①将模具表面轻微砂磨或用人工的方法使其稍微粗糙一些,与非常粗糙的表面或经过抛光的表面相比,这种表面可使成型材料较好的滑动,只是需要在阳模的拐角处抛光成镜面,以便加热的材料相对容易滑过。②模具温度在真空吸塑成型的时候起了非常重要的作用。片材在真空吸塑成型时,非常容易粘接到模具上,降低模具温度会使摩擦力降低。③对于具有明显黏结倾向的成型材料,如带有热封合层的片材和复合的成型材料,接触表面材料的成型温度比主体基材的低。
        但ABS / PMMA双层材料不存在这样的问题,因为ABS和PMMA有相同的真空吸塑成型温度。而SB / PE双层复合的片材,当PE层与模具表面接触,在用辅助模(通常叫上模)进行预拉伸时就会出现问题。这种片材非常不适用于真空成型,因为SB的热成型温度至少要160℃,而在这样的温度下,PE和密封层都已经变黏,可能和模具黏结在一起。许多带有密封层的材料在真空吸塑成型的时候需要把热合层与温度较低的模具相接触,但这种方法使制品的设计受限。
        不同情况下解决黏结问题的实际操作方法:在尽可能低的温度下加工真空吸塑成型用片材;在片材容易发黏的一侧少加热;如果材料发黏的一侧与模具接触,成型温度应尽可能低;如果材料发黏的一侧与进行预拉伸的模具相接触,就应该选用PTFE的模具或者用PTFE涂层的铝质模具;加人防黏剂(比如PET)涂层热塑性材料时需要特别注意。需要注意的是,片材的滑动摩擦行为与是否有防黏剂涂层而产生很大不同。
        如果用于某种成型片材的模具的几何尺寸已经确定,那么接下来采用的片材也需要有相同的涂层。如果涂层不同的话,也可以改变模具参数来进行调节。为了将这种具有不同涂层的片材成型出让人满意的壁厚分部的制品,必须有一套不同的预拉伸的模具。
  3.成型片材的收缩在真空吸塑成型中,收缩(shrinkage)是指在没有任何机械应力作用的受热条件下,热塑性片材或吸塑制件所发生的尺寸变化。在材料进行真空吸塑成型之前,建议对材料进行收缩测试。①精确测量并纪录一块200mmX200mm的片材,用箭头标志出挤出方向并记录下切割方向。②将烘箱加热到片材真空吸塑成型的温度③将片材放进烘箱中,为了进行测量,需要在一块木板上覆盖上一层PTFE薄膜(例如Telflon或Hostaflon ),然后喷撒上滑石粉,再将片材放置其上,并再次喷上滑石粉,最后用PTFE薄膜轻轻盖上,薄膜可以用图钉固定在木板边缘。④片材在烘箱中至少置留30min,片材厚度每增加lmm,置放的时间需要增加5min。⑤片材从烘箱中移出并冷却。⑥冷却后测量片材尺寸,片材的收缩可由下式得到: $$分页$$
   为了测量片材的各向异性,建议测定片材的纵向和横向的收缩率。如果新提供的成型片材出现诸如起褶、夹持处发生断裂、接触加热的连接处发生严重收缩等问题,就应该用新旧两种片材进行收缩率对比测试。两种片材因具有不同的收缩率,并且在真空吸塑成型时表现出不同的行为,故需要不同的加工参数。真空吸塑成型制品的收缩可以通过比较制品和相应模具的尺寸之间的差异来得到。热收缩包括了加工收缩(VS)、后收缩(NS)和总收缩(GS ),它们之间存在着差异。加工收缩可以由下式计算:
  模具和制品尺寸应在相同条件下测定,如在真空吸塑成型后24h在23℃下进行测定。塑料制品加工后,在室温条件下,经过一段时间可以发现有后收缩。如果真空吸塑成型制品需要进一步加工,比如泡沫填充,那么准确知晓材料后收缩的值就是必要的,以便吸塑制品能够与另外的模具准确配合。总收缩值为:总收缩值(GS)=加工收缩值(VS )+后收缩值(NS )
  未发泡的ABS / PVC片材在真空吸塑成型后持续5天都会发生后收缩,供应商和消费者都必须知道材料的收缩行为及其加工顺序,这是因为材料的费用和质量会随之发生波动。特别注意的问题是要确定冲模、修边模和真空吸塑成型生产线上的其他一些切割模具的尺寸。因为在真空吸塑成型后制品不会马上完成热收缩,在修边的时候,吸塑制品仍是温的,所用的切割工具的尺寸就必须精确测定,最好是切割模具的单个部件能够根据不同的材料分别进行调整。
  各种塑料的收缩值可这些只是参考值,它们还与加工条件有很大的关系。对于收缩值分布很宽的塑料,要得到正确的热收缩值,就应该在真空吸塑成型之前,要么询问材料的制造商,要么进行测试。精确的热收缩值只有通过在相似几何尺寸的真空吸塑成型模具上进行测试得到。对于尺寸公差要求很高的模塑制品,必须制造出原型的模具进行测试,并且各部位的收缩也必须确定。
  与收缩有关的最重要的影响因素:塑料种类,费用上的波动也必须考虑;冷却速率高,会减少加工收缩;脱模温度高比脱模温度低会产生更大的收缩;高牵伸在多数情况下就等于低收缩;成型片材的生产条件是用不同的挤出机造粒,或同一台挤出机具有不同的加工参数,生产的成型片材就有可能具有不同的收缩行为;阳模成型制品比阴模成型制品的收缩会更小;在相同条件下,用相同片材真空吸塑成型的吸塑制品,其收缩率波动的最大范围为10%。提示:需要进行收缩测定的制品的测定部位或测定方法本身都应该进行选择,以确定在进行测试的时候不会发生形变,并且制品公差小于收缩值的10%是不可能达到的。
   4.成型片材的取向
  收缩率测试也会得到成型材料和制品中有关大分子取向的信息。如果材料发生高度取向,比如在挤出方向,这将会产生不该有的皱褶。对于纵向和横向距离相等的多型腔模具,在挤出方向上的皱褶要比横向的明显很多。 
  就真空吸塑成型而言,牵伸会产生另外一种大分子的取向。图3-6是用高抗冲击聚苯乙烯真空吸塑成型成的制品,它在径向上就很容易撕裂成条。这些条本身在径向上强度非常高,这是因为在真空吸塑成型时产生高度取向,使与牵伸垂直的方向强度大大降低,故在与牵伸平行的方向易发生撕裂。
  请注意,塑料在其取向方向强度非常高(如绳,包装带),但在垂直方向上强度非常弱。
  制品中发生取向通过以下方法证实:收缩率测试;从模塑制品中冲出一个圆片,然后测定al和bl,再将圆片放进炉子里加热。经过收缩后,得到尺寸a 2和b 2,如果必要的话,可以得到收缩率。若a2 << b2,则产生严重的取向。注意:在研究取向的时候,建议对成型材料进行收缩测试,以使制品中存在的取向不能被忽略。 $$分页$$
  5.片材的静电荷
  除了导电的成型材料,比如说掺人了抗静电剂、填充碳、电镀和镀膜材料而外,真空吸塑成型材料都会在下列过程中产生电荷:从卷筒上展开卷绕的材料;从叠放的材料中抽出;撕掉片材的保护薄膜;加热;冷却。静电荷的副作用较大的颗粒,比如说塑料的锯屑或锯粉会被带有静电的材料所吸引,会粘到材料的表面上。
        这种现象,特别是对于高质量的吸塑制品,将会产生次品,这可以通过如下方法来预防和减少:在另一个房间进行最后的机加工;对成型材料表面直接喷射离子化的空气;用导电的光滑的刷子清理成型材料。如果不用抗静电的材料进行生产,吸塑制品在成型加工后会吸收灰尘。一种简单但很有效的方法是用含有洗涤液的水冲洗。从根本上解决这个问题,必须做好防尘和防污染源的工作,实行无尘无污染化生产环境建设和管理。
  6.片材加热时的行为
  在加热热塑性塑料时,下列都是一些非常重要的影响因素:加热时间;膨胀量和凹陷量;成型温度下成型片材的强度;成型温度范围;成型片材厚度方向的温度梯度。
  ⑴加热时间的影响
  加热的方式会影响加热的时间,真空吸塑成型各项参数设置相同时,真空吸塑成型片材的加热阶段主要取决于:塑料的种类(如PS、HIPS、PVC、PP等)及其颜色;片材的厚度。因为塑料是热的不良导体,加热时间的增长超出成型材料厚度的增长,如果在整个加热过程中,在材料的两个表面以材料所能承受的最大温度进行加热(但不破坏材料),所需要的加热时间就会最短。
        在实际加工中,人们先用能获得的最大热能进行加热,然后逐渐减少热量输人。作为加热强度和加热时间的函数,用这种方法处理的任何一种成型片材的厚度方向都会产生温度梯度。如果在加热后或者成型过程中,成型材料的温度低于最低成型温度,要么将不可能进行真空吸塑成型,要么真空吸塑成型制品的质量将会非常差。如果不破坏材料的话,其内部的温度是无法测量的。因此就需要大量的实际经验,以便正确设置最佳的加热参数,如热量单位消耗和加热时间、现代的真空吸塑成型机器、基本设置和加热参数都实现了电脑控制。
  注意:横截面上温差小的成型材料,如缓慢加热的片材,就更容易模塑成型,制得的制品具有更好的力学性能。将片材加热到破坏区所得到的模塑制品。其力学性能差,壁厚分布不均匀。厚度小于2.5mm的片材可以单方向加热到所需要的时间;厚度超过2.5mm时,片材应该两面同时加热。增韧的聚苯乙烯(HIPS或SB)通常被当作参照物,也就是说如果HIPS的加热时间已知的话,那么其他塑料的加热时间可以通过乘以一个“材料因子”。
  ⑵膨胀量和凹陷量
  在真空吸塑成型机器上加热热塑性塑料,为了测定其凹陷量,必须知道塑料的线性热膨胀系数l,塑料的热膨胀量基本上是线性的,可以通过线性热膨胀系数l计算得到:加热产生的线性膨胀量
  式中△l―产生的热膨胀量,mm l1―材料在温度T1下的长度或尺寸,mm ;?λ―线性膨胀系数;T1―初始温度,通常为温度;T2―加热结束时的温度。上式仅适用于真空吸塑成型过程中的操作温度和低温情况。连续操作温度范围内产生的膨胀举例:
  ABS材料,
  线性膨胀量
  收缩量可以按下式简单计算:
  收缩量
  式中—收缩量,mm bl—机器加持框内的片材宽度或者是输送片材的宽度;△b—温差为T2 - T1时片材产生的线性膨胀,按上式的△l计算得到。注意:按上式计算收缩量时,没有考虑成型材料的内应力。例:
  线性膨胀量
  故,收缩量
  当在真空吸塑成型机器上加热热塑性材料,材料加热到成型温度以上时,将会产生下列情况。
  ①热塑性塑料片材膨胀,直到软化温度。②当超过软化温度(玻璃化转变温度),冻结的应力将会释放;高度取向的片材,如OPS或LDPE,在模框内及在达到软化点时主链伸展;另外一些材料,比如PP或PVC,继续膨胀直到它们达到成型温度。③当用接触平板加热时,膨胀会使接触的压力发生改变,在成型片材表面会产生黏结波浪(adhesion strechs)。④当进行辐射加热时,会产生两个问题。a.若片材未支撑发生凹陷,由自身重量产生的膨胀必须与热膨胀量相加。辐射加热可能会产生加热不足,或片材受热破坏。生产薄的PP材料时,在真空吸塑成型机上加热时,必须采用冻结应力的方法,否则,片材不发生熔塌是十分困难的。b.在成型材料用空气支撑以防止下垂凹陷的地方,为了保持其水平,会产生皱褶,若在凸起和凹陷部分存在明显的温差,将对模塑制品的质量产生负面影响。对于产生严重凹陷的成型材料,对其进行实际凹陷量的计算是不可能的。表3-10聚氯乙烯片材在真空吸塑成型中对温度要求
  片材加热温度模具温度辅助柱塞温度脱模温度130~140℃41~46℃60~149℃﹤50℃
  就热膨胀和凹陷而言,操作人员应该知道以下内容。
  ①凹陷是塑料材料种类与成型温度有关的函数,对于几乎所有的片材而言,都会有不同程度的凹陷;当订货的时候,如果有必要,需要询问相关内容。
  ②就聚丙烯而言,其与10% PE的共混物或填充的PP片材,都几乎不会产生凹陷,并且高收缩的片材在加热的时候就会表现出较少的凹陷。 $$分页$$
  ③带有空气支撑的片材的加热工艺中,PP片材要适当有一点凹陷,以便尽可能容纳膨胀起皱;如果加热的片材不能在加热期间或之后由空气支撑,除了线性膨胀而外,凹陷成为塑料材料的操作因素,凹陷与材料在成型温度下的强度有关,也与片材在生产过程中引入的内应力有关。
  ⑶成型温度范围成型温度范围决定于以下几方面。①在保证足够精度的情况下,材料能被模塑成型的最低温度。②最高温度是指材料不发生热损伤时的温度。热损伤可能由表面燃烧、颜色改变、过亮、气泡、表面裂开,或材料不能再加工(通过机器时表面不再光滑)。HIPS片材有80K宽的成型温度范围:加压成型时的成型温度120~150℃( 200℃);真空成型时的成型温度165 ( 140℃)~190℃( 200℃)。OPS材料仅有10K的成型温度范围;加压和真空吸塑成型的成型温度110~115℃(120℃)。OPS片材通常在实际生产中纯真空吸塑成型是很难控制好成型温度的,通常利用空压成型设备。附件表1列举出供参考的成型温度。真空吸塑成型片材加热的主要目的是使整个成型表面受热均匀。对于辐射加热而言,值得注意的是,在加热区的模框和模芯也要起到良好的作用。
  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。如果在未成型的片材上划有格子,在真空吸塑成型后,就可以对牵伸进行评价(见图3-9)。
  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,表3-2和图3-10表示其相互关系。
  名称面积牵伸①低(< 2 : l )中(2~3 )高(> 3 : l )推荐半径R / mm> 0.5s> ( 0.5~l ) s> 1.5s
  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。如果片材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。$$分页$$
        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。如图3-11所示,a表示薄片在真空吸塑成型时,随时间变化的温度曲线。这种情况下,表面温度一内部温度。b是厚片的温度曲线,其表面温度与内部温度不等。
  对于真空吸塑成型来说,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
        b厚片在真空吸塑成型时的温度随时间变化的曲线,适用于表面温度(连续方向)与芯部温度(断面方向)不等RT-室温,ET-软化温度(玻璃化转变温度几); Tu-成型温度;THmax-片材的最高加热温度;Tmax-对片材加热的最大温度;1-加热操作结束时间;2-成型开始时间(预拉伸、吹胀等);3 -成型时间;4-片材与模具充分接触时间;4~5-冷却时间;5-脱模时间
  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(表3-3)。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。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。 $$分页$$
  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(图3-14 ),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。$$分页$$
        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片材产品。
  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无定形聚酯片材(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。 $$分页$$
  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(附件表1):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。
  成型的条件和模具温度。
  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。
  成型的条件和模具温度。
  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°。
  后处理:冲压和切割时,钢模切割刀需加热至约130℃。CPET容器与覆盖膜的热封合,CPET罩与热合板的封合为180℃,2.5s。
  2.聚氯乙烯(PVC)
  聚氯乙烯
  早在1835年法国的Regnault首先发现氯乙烯单体,1872年,Ban mann又首先提出“氯乙烯单体在密封管内,在阳光的作用下,可得到白色粉末的聚氯乙烯”的重要论述。直到1930年,首先在德国工业化生产。日本于1939年才开始工业化生产聚氯乙烯。
 ①聚氯乙烯树脂的特点:
  聚氯乙烯是无毒、无臭的白色粉末,密度为1.40g/cm3,加入增塑剂和填料的聚氯乙烯塑料的密度1.15~2.00g/cm3。聚氯乙烯的力学性能取决于聚合物的分子量、增塑剂及填料的含量。聚合物的分子量越大,力学性能、耐寒性、热稳定性越高,但成型加工较困难;分子量低则与其相反。增塑剂的加入,它不但能提高聚氯乙烯的流动性,降低塑料化温度,而且使其变软。通常,在100份聚氯乙烯树脂中增塑剂量大于25份即变成软质塑料,伸长率增加,而拉伸强度、刚度、硬度等力学性能均降低;增塑剂加入量小于25份时为硬质或半硬质塑料,具有较高的力学强度。
  聚氯乙烯的耐寒性较差,尽管其脆化温度低于-50oC,但低温下即使软质聚氯乙烯制品也会变硬、变脆。 $$分页$$
  聚氯乙烯是无定型聚合物,它的玻璃化温度(Tg)为80oC左右,在此温度下即开始软化,随着温度的升高,力学性能逐渐丧失。显然,Tg是聚氯乙烯理论使用温度的上限。但在实际应用中,聚氯乙烯的长期使用温度不宜超过65oC。由于聚氯乙烯含氯量达65%,因而具有阻燃性和自熄性。聚氯乙烯的热稳定性差,无论受热或日光都能引起变色,从黄色、橙色、棕色直到黑色,并伴随着力学性能和化学性能的降低。
  聚氯乙烯具有良好的化学稳定性。它自身的溶解度参数(&)为19.1~22.1(MJ/m3),因而在溶解度参数较低的普通有机溶剂中的溶解甚低,耐大多数油类、醇类和脂肪类的侵蚀,但不耐用消费品芳烃、氯代烃、酮类、酯类、环醚和硝基化物,溶于环己酮、四氢呋喃、二氯乙烷等溶剂。
  聚氯乙烯具有较好的电性能,其电绝缘与硬橡胶媲美。
  ②PVC片材的特性:
  通常应用于真空吸塑成型的是硬质聚氯乙烯片材PVC-U(或称RPVC)
 长期以来,人们普遍认为聚氯乙烯的卫生性差,很少用于食品包装。但慢性毒性试验表明,工业生产的聚氯乙烯树脂本身是无毒的,它的卫生性问题主要是两个方面:一是树脂中残留的氯乙烯单体被证明对人体有害;使用的许多塑料助材剂尤其是热稳定剂大都有一定程度的毒性。不过,近年来,随着聚氯乙烯合成技术水平的提高,聚氯乙烯树脂中氯乙烯单体的含量己成功地降低到5/1000000以下,基本上解决了树脂中氯乙烯单体含量过高和问题;同时,通过无毒助剂的选用,合理的配方,是可以制得满足卫生要求的聚氯乙烯制品的。如近年来生产的无毒聚氯乙烯透明片材等,已广泛应用于食品包装。
  聚氯乙烯片材分为食品包装用(1994年我国通过了食品包装用聚氯乙烯硬片、膜的国家标准,标准为CB/T15267-94)和非食品包装用二种级别。此片材的性能特点:1、透光性好,光泽性优良,可制成各种颜色的透明片材;2、机械性能优良,冲击强度、硬度及刚性适宜,耐寒、耐热、耐候性;3、二次加工性能好,可热粘接;4、可以回收再加工应用; 5、印刷性能好,着色性能好;6、化学稳定性好,阻隔性能好,无毒无味、对霉菌、细菌有抵抗性。所以在包装中应用范围甚广,如经吸塑或压塑等二次加工成型为盆、盒、盘、杯等容器,用来包装食品,或成型为相应被包装商品外型的多穴泡罩,用来包装玩具、小五金、工具等,满足商品包装中、小包装要求。
  聚氯乙烯片材的另一重要特点是价格较便宜,若不是在焚烧外理这类垃圾时会二次污染环境的话,无疑它是最有竞争力的一种片材。
  挤出和压延PVC硬片通常选用PVC树脂SG6型或SG7型,其K值为65-60,聚合度850-630。作为食品包装材料用的PVC树脂,应符合国家标准GB4803-94,即要求树脂中的氯乙烯含量小于5mg/kg,1/2-二氯乙烷的含量要小于2mg/kg(乙烯法)或150mg/kg(乙炔法),若是一般性包装材料用片材则只需符合国家标准GB/T5761-93。
  食品包装用的PVC片材国家标准GB/T15267-94,片材宽度及极限公差:
  宽度<700mm者,一级品公差±2,合格品为+4 /-2
  宽度≥700mm者,一级品极限公差±2,合格品为±5
  ③PVC片材的真空吸塑成型条件
  聚氯乙烯片材在真空吸塑成型的最大拉伸比,因成型方法不同而异,各种成理方法的拉伸比如下:
  聚氯乙烯片材在真空吸塑成型中对模具设计参数包括转角圆半径、模型壁斜度、真空孔的孔径及孔数以及收缩率等的要求。真空孔置于凹橹棱角处,不宜平均分配。
  聚氯乙烯片材在真空吸塑成型中对加热温度、模具的温度、以及辅助柱塞温度要求。
  必须注意,应使加热充分深人到材料内部,加热不充分会在成型时使片材开裂。
  粘接采用溶剂基黏合剂和专门的PVC黏合剂。焊接可用各种焊接工艺,但高频焊接最好。后处理:当冲压和切割厚度大于lmm的PVC片材时,所需的力大于PS或PP。将PVC泡形罩封合到涂覆的纸板上时,封合温度约160℃,缝合时间2.5s;封合温度200℃,封合时间1.5s。对于全塑料罩形包装,采用热封胶涂覆PVC材料。
  专用复合片材PVC / PVDF、PVC / PVDF / PVC、PVC / PE、PVC / PVDC / PVC / PE、PVC / ABS、PVC / PA,也可将其金属化。
 3.聚丙烯(PP)
  聚丙烯
  1955年,意大利纳塔发表了他改进的齐格勒催化剂——三氧化钛-烷基铝合物,即齐格勒-纳塔催化剂。他使用该催化剂成功地将丙烯聚合成等规聚丙烯,并于1957年在意大利实现了工业化生产。此后,在世界范围内,聚丙烯的生产得到很快发展。
  ①聚丙烯树脂的特点:
  聚丙烯重量轻,密度为0.90-0.91g/cm3,是通用塑料中最轻的一种。聚丙烯的力学强度、刚性和耐应力开裂都超过高度聚乙烯,而且有突出的延伸性和抗弯曲疲劳性能,用它制成的活动较链经过7000万次弯曲试验,竟无损坏痕迹。聚丙烯具有优良的耐热性,长期使用温度可高达100oC~120oC,无载荷时使用温度可达150oC,聚丙烯是通用塑料中唯一能在水中煮沸,并能经受135oC的消毒温度的品种。
  聚丙烯的耐低温性能不如聚乙烯,脆化温度约为-10oC~-30oC(聚乙烯为-60oC)。低温甚至室温下的抗冲击性能不佳,低温下易脆裂是聚丙烯的主要缺点。聚丙烯在成型和使用中易受光、热、氧的作用而老化。聚丙烯在大气中12天就老化变脆,室内放置4个月就会变质,通常需添加紫外线吸收剂、抗氧剂、炭黑和氧化锌等来提高聚丙烯制品的耐候性。
  聚丙烯是一种非极性塑料,肯有优良的化学稳定性,并且结晶度越高,化学稳定性越好。除强化性酸(如发烟硫酸、硝酸)对它有腐蚀作用外,室温下还没有一种溶剂能使聚丙烯溶解,只是低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃对它有软化或溶胀作用。它的吸水性很小,吸水率还不到0.01%。 $$分页$$
  聚丙烯的电绝缘性能优良,特别是高频绝缘性很好,击穿电压强度也高,加上吸水率低,可用于120oC使用的耐热绝缘材料。
  ②聚丙烯片材的特性:
  聚丙烯片材一般都选用牌号的聚丙烯树脂,通常应用于真空吸塑成型是共聚丙烯树脂及改性聚丙烯材料。改性聚丙烯材料主要着重于以提高成型工艺性能、透明性及耐热性等,主要改性有以下几个方面。
  a改善聚丙烯片材的成型性能
  为改善聚丙烯片材的真空吸塑成型性能,最常使用的方法是采用聚乙烯(PE)对聚丙烯进行掺和改性。在聚丙烯中掺混少量(20%~30%)的低密度聚乙烯(PE),即可使聚丙烯熔融性能狭窄、片材加热时容易淌的缺点得以改善,可以使用普通的真空吸塑成型加工工艺。当然,加入聚乙烯后也会带来一些性能上的负面影响,例如刚性和耐热性产生一定程度的下降,在应用中空予考虑。
  b提高聚丙烯片材及其成型制品的透明性
  在聚丙烯中加入成核剂(透明剂)是提高聚丙烯片材及其成型制品透明性的有效途径。成核剂配入以后,在生产聚丙烯片材时,会产生大量的微细的结晶,减少乃至避免生产大型球晶,大型球晶的减少或消除,使聚丙烯的透明性明显改善。同时由于成核剂的作用,大量微细结晶的形成,使聚丙烯的洁净度提高。采用成核剂改性,在提高聚丙烯透明性的同时,其刚性也有改善。
 c改善聚丙烯片材的耐热性与刚性
  通过填充改性的方法,可以明显改善聚丙烯片材的耐热性与刚性。应用较多的填充剂是滑石粉、碳酸钙等,其中以滑石粉改性效果更为突出。加入30%~40%的滑石粉,制得的聚丙烯片材不仅刚性明显改善,其使用温度可提高到140℃以上,同时保持纯聚丙烯片材的优良的卫生性能及较佳的耐油性,且价格较为低廉。其成型制品可以适用于微波炉加热。
  ③PP片材的真空吸塑成型条件
  在真空吸塑成型工艺中,改性聚丙烯片材以配入(20%~30%)低密度聚乙烯(PE)的成型性能最佳。
  聚丙烯对成型条件的要求,模具脱模斜度:凸模2 o~3 o(最优为5 o),凹模1o~3 o(最优为5 o);成型温度:片材温度150~180℃,模具温度70℃~90℃;成型收缩情况:凸模0.02~0.03mm/mm,凹模0.03~0.04mm/mm。由于聚丙烯片材具有材料来源丰富、价格低廉,无毒、无味、透明性好、机械强度高等特点,因此将聚丙烯片材进行真空吸塑成型加工,制成各种包装制品广泛应用于食品、医药、机械零件、日用品等包装。目前市场上出现的聚丙烯包装制品,除了简便饭盒外,水朴、汤匙、碗、酱菜盒,各种土特产品包装盒、酸奶罐、托盘等也广泛进入市场。由于聚丙烯制品可微波炉加热,可在125℃条件下灭菌,所以广泛应用于即食加热的食品包装。此外,聚丙烯真空吸塑成型制品近年来在农业生产中也逐步得到应用,如育秧盘、育种杯等。
  粘接问题与PE一样,可以在预处理之后黏合;焊接用加热板和摩擦焊接非常成功。
  后处理:由冲模和修边模冲压时,切割间隙需5mm,材料温度过高,切割出现毛刺。封合时保持最小的变形量要有相应的措施,带有涂覆层的热封合,温度为150~180℃,封合时间为1s。
  专用复合片材PP/EVOH/PP、PP/PVDC/PP,填充PP/PP、PP/EVA、PS/PVDC/PE/PP、填充PP/PP/填充PP、EVOH/PP/PP、EVOH/PP/PP、PP/EVOH/PA、PA/PP、弹性改性PP材料(PP+EPDM)。
  4.聚苯乙烯(PS)
  聚苯乙烯
  聚苯乙烯的发现较早,1836年德国药剂师西蒙从一种天然的纺香树脂中得到一种挥发性油,称它为“styrol”,同时,他还发现如果让这种“styrol”受热或贮发几个月能转变成固体。这就是现在所说的苯乙烯单体及其聚合物——聚苯乙烯树脂。1930年德国法本公司将其工业化,1937年,美国开始商业性生产,现在聚苯乙烯已成为热塑性塑料中第四大品种,公次于聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯。 $$分页$$
 ①聚苯乙烯树脂的特点:
  聚苯乙烯是质硬、脆、透明、无定型的热塑性塑料,没有气味,燃烧时冒黑烟,密度为1.04-1.09g/cm3,易于染色和加工,吸湿性低,尺寸稳定性、电绝缘和热绝缘性能极好。
  聚苯乙烯的力学性能同制造方法、分子量大小、取向度以及所含杂质等有关、分子量大的力学强度高,分子量在5万以下拉伸强度限低,10万以上的其拉伸强度的改善就不明显了。分子量过高时成型困难,通常分子量控制在5~20万。聚苯乙烯的热性能与分子量大小,单体低聚物和其他杂质的含量有关。由于聚苯乙烯的力学性能与制件所承受载荷大小和承载时间有关,并随温度的升高明显下降,因而其最高使用温度不超过80oC。
  聚苯乙烯的透光率为87%~92%,其透光性公次于有机玻璃,折光指数为1.59~1.60。受光照射或长期存放,会出现变混浊和发黄现象。聚苯乙烯可溶解于许多溶剂中,如苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、邻二氯苯、酮类(除丙酮)、酯类和一些油类;一些酸、醇、油、润滑油与聚苯乙烯制品接触,可造成裂纹或部分溶解。
  聚苯乙烯的介电常数和分电损耗几乎不受频率(50~1×103Hz)的影响,只有在103Hz以上才开始变化,电性能极佳。
  此外,价格便宜是聚苯乙烯最大优势,但其性能上也有明显的不足。如:
  a性脆,其制品很容易跌碎;
  b耐热性较差,其热变形温度仅为70左右,长期使用温度一般不超过60;
  c防潮防氧性较差;
  d表面硬度较差,容易擦伤起毛,以至影响其表面粗糙度与透明性。
  为了改善聚苯乙烯性能上的缺陷,可以采用共混、共聚、拉伸等手段,开发出高抗冲、耐热、耐寒等多种片材。
  ②聚苯乙烯片材的特性:
  应用于真空吸塑成型的聚苯乙烯片材通常是以改性聚苯乙烯为主要原料的,分别为:透明的和耐冲击的,性能特点是
  a无毒、无臭、无味,可适用于食品的包装;
  b聚苯乙烯片材有杰出的光学性质,透光率可达97%以上,使商品具有精美的外观和对商品的可见度;
  c刚性强,相同尺寸下具有比聚丙烯和聚氯乙烯更高的刚度;
  d尺寸稳定性好,吸水性小,使用温度在-40oC~80oC;
  e二次成型性好,拉伸强度为60~85Mpa,断裂伸长度2~20%;
  f易于装涂、印刷;
  g对含水物质、酸、碱、盐、皂和洗涤剂等溶液呈惰性,不吸收肉类酯脂等,符合卫生要求,可回收利用,焚烧处理不会导致二次污染。对于聚苯乙烯片材未制订国家标准。聚苯乙烯毒性极低,全球卫生安全的塑料品种。
 ⑴高抗冲聚苯乙烯片材(HIPS)
  高抗冲聚苯乙烯片材不具有透明性,为了具有良好的外观,包装用片材通常配入钛白粉,制成白色片材,这种片材成型性能好,广泛应用于真空吸塑成型。
  由于丁二烯的混人,SB已不再透明,透明级的SB是要通过专门的改性(如,BASF的Styroux或Phillips Petroleum的K树脂)。由于HIPS的成型性能非常好,它被认为是真空吸塑成型的“参照塑料”。 $$分页$$
  高抗冲聚苯乙烯片材成型的制品主要的优点是抗冲击性能好,不易破裂。同时它具有良好的卫生性能,可直接接触食品,用于食品的包装。另一优点是可回收利用,焚烧时不产生危害环境的有毒物质,属环境友好材之一。
  高抗冲聚苯乙烯片材缺点是透明性差,不能提供透明的成型制品,另外它对氧气和二氧化碳的阻隔性较差。与普通PS相类似,有些方面较差。由于丁二烯的加人,HIPS比PS对老化更敏感,应遮蔽紫外线。
  国家行业标准对高抗冲聚苯乙烯片材(HIPS)的规格及技术要求等作了具体规定。高抗冲聚苯乙烯片材(HIPS)的要求如下:
  HIPS也可采用植绒、金属化、导电和其他改性方式。
  以溶剂(甲苯、二氯甲烷、丁基醋酸)中含有20 % PS为黏合剂的黏合工艺。通过热板、脉冲加热和超声波加热的焊接工艺。



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