第十一章热成型

1、第十一章热成型|概 述|热成型方法分类|热成型设备及模具|热成型的工艺控制|热成型材料及工艺选择主 要 内 容第一节 概述 热成型是一种以热塑性塑料板材和片材为成型对象的二次成型技术，其法一般是先将板材裁切成一定形状和尺寸的坯件，再将坯件在一定温度下加热到弹塑性状态，然后施加压力使坯件弯曲与延伸，在达到预定的型样后使其冷却定型，经过适当的修整，即成为制品。 热成型过程中对坯件施加的压力，在大多数情况下是靠真空和引进压缩空气在坯件两面形成气压差，有时也借助于机械压力或液压力。一、热成型的工艺特点适应性强制件应用范围广生产设备投资少生产效率较高二、工艺局限性 1、热成型只能生产结构简单的半壳型制品

2、，而且制品壁厚应比较均匀（一般倒角处稍薄），不能制得壁厚相差悬殊的塑料制品。 2、热成型制品深度受到一定限制。一般情况下容器的深度直径比（H/D）不超过1。 3、制件的成型精度较差，相对误差一般在1%以上。 4、热成型所用的原料需预成型为片材或板材，成本较高，制品后加工较多，材料利用率较低。三、热成型材料 目前热成型工艺所用的片材或板材种类主要是聚苯乙烯及其改性品种、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯以及聚对苯二甲酸二乙酯等。作为原料的片材或板材用挤出、压延或浇铸方法制造。四、热成型制品实例五、热成型设备最早的热成型机热成型设备吸塑热成型高速全自动真空包装机型号ZXBZ中国广

3、东(港惠)振兴塑胶机械有限公司SE-600450型塑料气压热成型机 系根据Q/NK02.01-93塑料气压热成型机标准而设计制造的。用于各种热塑料片材的热成型加工，特别适用于新颖环保材料BOPS片材的热成型，广泛用于食品、医药、器皿、工艺美术、五金电器等的衬垫、内外包装和日用装饰及其他日用塑料制品的生产。 本机主要用于连续高效生产一次性塑料餐饮具，既可用塑料硬片成型也可用塑料降解片材成型，制品有冷饮杯，酸奶杯杯，冰淇淋杯、快餐盒，豆腐盒，方便面碗等，同时也可以生产医药、轻工、纺织、旅游、玩具等行业有关塑料包装制品。第二节 热成型方法分类一、简单成型方法1、真空成型 依靠真空力使片材拉伸变形。真

4、空力容易实现、掌握与控制，因此简单真空成型是出现最早，也是目前应用最广的一种热成型方法。常用的真空成型方法主要有自由真空成型，空腔成型和覆盖成型三种。（1）自由真空成型（free forming）图11-1 自由真空成型图11-2 自由真空成型时壁厚变薄的现象特点：制件表面光洁度高适合于透明制品制品外形简单拉伸比（H/D）小（75% ）(2)空腔成型（cavity forming）图11-3 空腔成型特点：|制品与模腔贴合的 一面质量高。|模腔侧面与底面交界处最薄。|制品深度小。(3)覆盖成型（drape forming）|与模腔贴合面质量高|阳模侧面与底面交界处最薄图11-4 覆盖成型2、气

5、压成型 气压成型采用压缩空气作为成型动力，空气压缩泵提供的压力可以达到0.7Mpa以上，真空在片材两侧所能形成的压力一般仅0.010.03Mpa 优点：成型精度高，制件表面质量近似于注塑制品；成型速度快。 缺点：由于压力较高容易制件的发泡及夹层结构；机械及模具耐压要求高；冷的压缩空气会造成制件表面提前硬化。适用制品类型：成型制件较高（模具深度较大）制件表面具有精细花纹或带加强筋制件负隅部分为锐角制件的拉伸强度较大（如双向拉伸聚苯乙 烯，有机玻璃，聚碳酸酯等）制件生产批量大（效率高）(1)气压模具成型（2）无模气压成型3、真空-气压复合成型 真空和气压成型从本质上看都是利用气压差进行的成型方法。

6、在实际应用中往往两种方法同时使用 ， 比 较 简 单 而 普 通 的 有 受 限 片 材 压 力 成 型（trapped sheetpressure forming）和双片热成型（twinsheet forming）。（1） 受限片材压力成型特点：|成型速度最快。|加热效率高，成型过程能量损失小。|适合于复杂，薄壁及取向度高的制品。图11-5 受限片材压力成型（2）双片热成型 两片材在半合模的框架上夹紧、加热吹针插入两片材之间送气打开两半合模的抽气门进行抽气，使片材贴合于两半合模内 特点：成型快、壁厚均匀、可以制作双色和厚度不同的制品 抽气门4、机械加压成型 机械加压成型（mechanical

7、thermoforming）是依靠机械压力使预热片材弯曲和延伸(1)单模成型机械加压制弧形板带状加热器加热有机玻璃旋转体单阳模制作方法弧形板单阴模成型旋转体单阳模制作方法（）图11-7 旋转体单阳模制作法（）（2）对模成型对模成型特点： 对模成型中的压力是机械压力，可大于压缩气体和真空力，因此，对模成型制件可以较复杂，而且其表面还可成型出较精细的刻字或刻花等图案。此外，对模成型制件还具有复制性和尺寸准确性好等优点。二、有预拉伸成型法 简单热成型方法有两个突出的缺点：一是片材的拉伸强度不能太大，因而不适合深腔制品的生产；二是所得制品的壁厚均一性差，制品中常存在强度上的薄弱区。采用先将预热片材进行

8、预拉伸再真空或气压成型的方法，就能够较好地克服以上缺点，从而方便地制得壁厚较均匀的深腔热成型制品。根据预拉伸作用方式一般可分为柱塞预拉伸成型、气胀预拉伸成型和真空预拉伸成型三种。1.柱塞预拉伸气压成型2.柱塞辅助真空成型3.气胀预拉伸真空成型4.气胀覆盖成型|阳模成型中最精密 的一种|壁厚均匀5.反向柱塞拉伸辅助成型特点|空腔成型方法中最精密的一种|壁厚均匀|可精确控制制品任何断面厚度6.真空预拉伸反向回吸三、特殊热成型 实际生产中，除了采用以上两大类基本热成型方法外，还发展出以下几大类较特殊的热成型方法。如滑动成型（slipforming）、弹性隔膜成型、原体成型、固相压力成型（solid-

9、phase pressureforming）、挤出热成型以及其它热成型。1、滑动成型（slip-forming）型坯可在成型过程中滑动适合于厚壁，大深度制品2、弹性隔膜成型（a） 隔膜成型是一种复合材料成型方法，即将预浸的复合材料层压后放置于模具上，通过一种特制隔膜的辅助作用经过抽真空和加热等方法，将层压件压向模具，形成所需形状。弹性隔膜成型（b）弹性隔膜液压成型|可以有效地缓冲并均匀分散传递成型力（尤其是液压成型）。|允许使用更大的成型动力适合于厚壁制品。|由于橡胶耐热性差，易老化而失去弹性，一般隔膜能保持50个成型周期。|液压成型的缺点在于需防液体渗漏，而且必须定期更换橡胶隔膜。3、原体成

10、型 原体成型法广泛应用于制品的粘体包装，而包紧制品的本身就起到了模具的作用。原体成型（b）载体成型原体成型（c）热收缩膜包装成型|生产热收缩膜时，用一定的工艺流程在薄膜内形成很大的残余应力，在室温下使之处于凝滞状态；当加热到高弹态时，这些残余应力将导致薄膜剧烈的收缩。其具体过程是将包装品用热收缩薄膜包起来，再置入热成型箱内加热后，薄膜开始收缩便紧包住包装品。4、固相压力成型（solid-phasepressure forming） 在这种热成型法中，热塑性片材不加热至片材软化达到几乎流动而呈可成型状态的正常程度。塑料片材仍保持其呈固态的程度。 主要应用于熔体强度较低、加热软化点与熔点接近的塑料

11、如聚丙烯。 缺点在于成型后残余应力较大。PP适合于采用固相压力成型（SPPF）原因： 聚丙烯结晶度较高，而其加热软化点与结晶相的熔点又很接近。若高于熔点进行熔相热成型（165-175），熔相片材由于熔体强度较低，不能保持片材平直，因此聚丙烯熔相热成型较为困难。但由于聚丙烯具有独特的可拉伸性能，在晶体熔点以下，聚丙烯可以顺利地成型而无撕裂或破碎现象，很适合于采用固相压力成型5、挤出-热成型（1）直接使用树脂，简化了贮存和备料，并大大节约了材料成本。（2）边角料少。绝大多数容器热成型要产生40%-50%的废边角料，复合工艺可直接把废边角料粉碎后掺混加入挤出机重新使用。（3）挤出片材未完全冷却即趁热

12、成型，降低了能耗。（4）减少了塑料受热次数，有利于保持材料性能。（5）挤出片材未冷却到完全结晶就进入热成型工序，可提高热成型制品的质量，壁厚比较均匀。（6）挤出机的调整立刻可以从成型制品上得到反映，可很快达到最佳操作条件。（7）不存在更换片卷的停机等候，热成型机利用效率较高。占地少，节省劳动力。图11-8 挤出-真空成型6、其它热成型弯曲卷筒卷边和翻边扩口成波热收缩管异型管件的成型（1）板材的弯曲|大批量生产几何尺寸严格的制品常采用阴模-阳模弯曲成型方法。|阳模预热后加热型坯，逐渐下压弯曲型坯。|类似于模压成型1-型坯 2-阳模 3-模板（2）管材的弯曲 在管内灌入黄砂，两端封闭后放入烘箱中，

13、加热至塑料管软化，取出，放在弧面形木上弯曲，冷后倒出黄砂即得弯曲管。也可将外径稍小于塑料管内径的金属软管放进待弯曲的塑料管内以代替黄砂，加热与弯管操作基本相同，经冷却定型后，抽出金属软管即可。（3）异型材的弯曲 将异型材插入金属软管或组合式套环内，放入油浴中均匀加热使型材软化，再把金属软管或组合式套环嵌入弧形模框中冷却定型后，将异型材抽出即可。 现在比较流行的塑钢门窗上部的弧形框通常就是采用挤出硬质PVC异型材而后弯曲成型的。（4）卷筒（5）成波（6）环状波纹管（7）螺旋波纹管 螺旋波纹管是用将薄壁直管在一特殊的热模中，以一定的旋转速度通过而制得。（8）热收缩管 将管坯置于特殊的加热装置中，加

14、热到一定的温度并恒定一段时间后，用一定压力的气体（氮气或压缩空气）进行吹胀，并在保持压力的情况下，迅速冷却定型，即得热收缩管。 热收缩管在加热状态下发生收缩，从而紧贴在管材或棒材外壁起到保护作用。 应用于电线连接、焊点的绝缘保护、电线的末端处理、电阻、电容的绝缘保护、电线的标志和结束、金属管、棒的防锈防蚀、天线保护等。（9）冷成型 用热塑性塑料板材在玻璃态和结晶状态拉伸成型容器类制品，在工业上称冷成型。该办法是借助于金属加工中板材冷冲压法发展起来的新方法，其主要特点是型坯在低于玻璃化温度（非结晶型塑料）或低于熔融温度（结晶型塑料）下成型。型坯在室温下或加热到2040，低于玻璃化温度或熔融温度，

15、将其周边固定在夹紧装置上，用阳模施以成型压力，进行成型。减少或完全取消了型坯的加热工序，也没有冷却阶段。用冷成型法制得的产品厚度精度和壁厚均匀性都优于热成型法。 冷成型与热成型相比，成型温度低，能耗小，工艺过程简单，但成型制品内应力较大第三节 热成型设备及模具一、成型机种类及其结构1、成型机分类概述 大部分热成型作业都要在成型机上进行，成型机的种类很多。目前，全世界有50多个国家的厂商生产各种规格型号的热成型机，通常以夹紧装置的最大尺寸和最大成型深度作为热成型机的主参数。2、成型机种类及结构（1）单片供料热成型机（2）片卷供料热成型机（3）连接在生产线中的专用热成型机（1）单片供料热成型机 适

16、于不易成卷的厚片及板材的热成型，特别是大型制件的生产。1）单工位热成型机 片材进入成型机之后，在同一位置先后进行加热、成型、冷却，取件等操作，所以，所设置的加热装置、模具台、柱塞、冷却装置等，均以片材夹持框为中心。 2) 多工位热成型机 工位热成型机，主要是双工位和三工位，以三工位热成型机为例：第一工位是取件和片材夹持，第二工位加热，第三工位成型，周而复始单工位热成型机双工位热成型机旋转式四工位热成型机旋转式三工位热成型机（2）片卷供料热成型机（3）连接在生产线中的专用热成型机二、辅助设备加热设备夹紧设备成型动力系统冷却装置控制系统1、加热设备 热塑性塑料片材和薄膜的热成型过程，主要工序之一就

17、是型坯加热。电加热的持续时间和质量取决于加热器的结构，辐射表面的温度传热的热惯性，型坯与加热器间的距离，辐射能吸收系数，加热器表面的特性以及材料的热物理性能。常用的加热器有电加热器、晶体辐射器和红外线加热器。2、夹紧设备 塑料型坯成型时，型坯被固定在夹紧装置上。在热成型的通用型和复合型的热成型机上多采用便于固定各种尺寸片材的夹紧装置。有的是整个热成型机配一套夹紧框架。 对成型滑移性较大的型坯，要求夹紧力能在比较宽的范围内调节，为此，采用两个包胶辊，用弹簧相互压紧，并配有压力调节装置。3、成型动力系统 热成型动力多采用真空或气压，或者二者同时兼用。真空系统由真空泵、储气罐、阀门、管路以及真空表等

18、组成，气动系统可由成型机自身带有压缩机和储气罐和由车间主管路集中供给。成型机需要压力为0.40.5MPa的压缩空气，各种热成型机广泛采用活塞式空气压缩机。4、冷却装置 为了提高生产效率，热成型制品脱模前常需进行冷却。理想的情况是制件与模具接触的内表面和外表面都冷却，而且最好采用内装冷却盘管的模具。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热成型制件的外表面。 生产中若采用自然冷却可以获得退火制件，有利于提高制件的耐冲击性。用水冷却虽然生产效率高，但制件内应力较大。5、控制系统 控制系统一般包括对挤出、热成型、整饰等过程中的各个参

19、数和动作进行控制。控制方式有手动、电气-机械自动控制、电脑控制等。三、模具 热成型模具是决定热成型制件形状和尺寸的最直接的成型设备。 约有95的制件热成型需用模具。 按结构特征分，热成型模具有三种基本形式，即阴模、阳模和对模。 在热成型中，模具是影响产品质量、生产效率和成本的关键。1、设计真空成型模具注意点(1) 牵伸比应控制在一个极限范围内。(2) 为避免产生内应力，模具的转角处应有充分的圆弧过渡。其曲率半径不能太小，最小不应小于片材的厚度。(3) 制件在拔模方向应有一定的斜度，以利于制件脱模，阴模的脱模角可为0.51，阳模为23(4) 在制件较薄部位，最好设计加强筋，以增加刚性(5) 热成

20、型模具上通常都开有气孔作为排出气体的通道。2、模具基本参数的确定表11-1第四节 热成型的工艺控制一、加热 片材的加热是关系到成型能否顺利进行的关键工序，首先要了解所加热塑料的加热功率密度及其它物理性质。 其次，要选取合适的加热方式。尽量减少片材加热的时间和提高片材加热后温度的均匀性。加热厚片材时，最好采用双面加热、预热或用高频加热 对于吸湿性较强的，或对水份限制较严格的塑料，加热前应该干燥。二、成型1、成型温度 一般用直接观察的办法可大致确定成型温度范围和最低成型温度，以保证在最大拉伸区域内不发白或不出现明显缺陷为准，而最高成型温度则以片材不发生降解和不会在夹持架上出现过分下垂的为宜。 可以

21、通过改变加热距离和时间来调节成型温度。为了获得最短的成型周期，通常成型温度都偏于下限值。2、牵伸比 牵伸比为成型最大深度与宽度之比，一般表示为H/L(或D)，H为深度，L为宽度，D为直径。 牵伸比不宜过大，实际生产中选用牵伸比时以不超过1/3为宜。 为了增大牵伸比(深拉)，确保制品断面厚度的均匀性，可采用预拉伸的办法。3、成型速度 成型速度即是指片材的牵伸速率，提高成型速度可以缩短成型周期，对提高生产率是有利的。 成型速度过大会因为流动不足而使产品在偏凹(或凸)的位置出现厚度过薄的现象，甚至被拉穿而成为废品。但过小的速率又会因片材的先行冷却而出现裂纹。 成型温度较低时，应选择较大的成型速度 薄

22、型片材的牵伸一般都应快于厚型的4、模具温度 模温高时，制品表面光泽度高，轮廓清晰，但成型周期延长。 适当的模温还可减小制品的内应力，减少制品拉伸皱痕。三、冷却脱模 冷却分内冷和外冷两种，它们既可单独使用也可组合使用，这应根据制品的需要而定。通常大多采用外冷却。 必须将成型制品冷却到变形温度以下才能脱模。 脱模剂的常用品种有硬脂酸锌，二硫化钼和有机硅油的甲苯溶液等。第五节 热成型材料及工艺选择一、材料选择1、材料种类 从广义上讲，所有热塑性塑料都适合于热成型加工。但实际上判断一种材料是否适用于热成型加工还需从材料的热性能，机械性能和聚集态结构等方面具体考虑。 热成型加工过程中需考虑的材料的热性能

23、方面较多。热性能：热变形温度热态力学强度软化温度范围比热导热系数热膨胀系数熔融热热扩散系数热稳定性（1）热变形温度 理论上成型过程中材料内部温度上限不能高于材料本身的无负荷热变形温度，否则成型过程中制件自身重力就会破坏制件。对于大型制件一般可采用1.82Mpa下材料的热变形温度作为加工时的温度，而对于小型制件则一般按0.46Mpa负荷下的材料的热变形温度作为热成型上限温度。实际成型中由于塑料片材的表面温度高于内部温度,因此工艺控制温度往往比材料的热变形温度高得多。（2）热态力学强度 材料还需具有较高的热态力学强度，否则热态下一经牵伸就会厚薄严重不均，这就要求用于热成型的热塑性塑料分子量不宜过低

24、。另外可通过在分子链中引入强极性基团或交联结构限制分子链的相互滑移，提高材料的热成型加工性能。（3）软化温度范围 热成型过程中材料的温度下降很快，需要材料在较宽的温度范围都能保持适当的柔韧性，可塑性和弹性，才能保证最终制品边角部分的完整性。软化温度范围宽有利于成型控制。（4）比热材料加热量、加热功率及加热时间的计算依据（5）导热系数 塑料的导热系数都比较低，厚壁制品热成型过程的预热阶段可能会出现表面已熔化，起泡甚至分解，而内部尚未软化的现象，因此在选材上应考虑采用导热系数较大的塑料品种，工艺上也应考虑采用双面加热或远红外线加热等加热方式。（6）热膨胀系数 实际生产中，加热阶段塑料的热膨胀可以不予考虑，但冷却阶段的尺寸收缩却不能忽略。在制品含有金属嵌件或需要将塑料制品嵌入金属容器中时，都应考虑到塑料的收缩率远大于金属。（7）热扩散系数 热扩散系数是用来计算热成型过程冷却时间的，因为热片材的冷却所需时间正比于材料厚度，反比于热扩散系数。热扩散系数可用以下方式表述： 热扩散系数= 导热系数/(密度X比热)（8）热稳定性 热成型同挤出、注塑等成型工艺相比，加工温度低很多，一般可以不考虑材料的热稳定性问题，但在热稳定性较差的PVC等材料制作厚壁制品时，也需注意避免片材表面过热分解。（9）其他因素 对于吸湿性较强的或对水分限制要求较