热成型说课讲解

第十章热成型

10-1概述10-2热成型的方法10-3热成型设备及模具10-4工艺因素分析10-1概述

一、热成型原理

是利用热塑性塑料片材为原料（有挤出片材、压延片材）的二次成型技术，它先将片材裁切成一定尺寸和形状的坯件，再将坯件夹在框架上，加热到软化温度，即弹塑性状态，然后施加压力使坯件弯曲和延伸，在达到一定的型样后使其冷却定型成为敞口薄壳形制品。热成型过程中对坯件所施加的压力，在大多数情况下是靠抽真空和压缩空气在坯件两面所形成的压力差，但也采用各种形式的机械压力或液压力。热成型又叫吸塑成型。二、热成型的产品

适应性很广，如一粒小药片的包装、一次性使用的饮料杯、各种商品的仿型包装、冰箱内胆、汽车和游艇的外壳部件、化工容器直到一个室内游泳池的成型，都可用热成型方法制造。热成型产品特点

1.制品壁厚与表面积之比小，绝对壁厚也小。2.热成型的制品都是半壳体（内凹和外凸），深度受到一定限制。直径与深度比在1：1为理想，1：1.5为限界。3.不能成型结构复杂的制品，壁厚均匀度差，边角废料多。热成型汽车部件三、热成型原料

目前用于热成型的塑料有聚苯乙烯及其改性品种、PMMA、PVC、ABS、PE、PP、PA、PC、PET等。热成型始终以高效、经济等优势在塑料成型方法中占有一席之地。10-2热成型的方法

目前生产中采用的热成型方法有数十种，最基本的方法有6种。一、差压成型1、2、3、4二、覆盖成型三、柱塞助压成型四、回吸成型1、2、五、对模成型1、2六、双片热成型双片热成型设备10-3热成型设备及模具热成型过程：片材夹持、片材加热、成型、冷却、脱模。成型设备分手动、半自动、自动。按供料方式分连续进料和分批进料。

挤出机供料连续热成型一、片材的夹持设备

在整个成型过程中，保持片材牢固的夹持是非常关键的。根据热成型是否连续，可有框式夹持和输送链式夹持机构。二、片材的加热系统

片材的加热也很关键，关系到成型的成败。加热器有热板、加热棒、烘箱、红外灯还有液浴等。加热板的热源有电、油、过热水、蒸汽等。现代化的加热大都采用红外线辐照方式。红外线的辐照功率与加热器的温度、辐照密度、片材和加热器的距离、片材吸收辐射线的性能有关。

一般加热器的温度控制在370～650℃，加热器与片材之间的距离可调节在8～30cm范围，加热功率密度根据所选用的塑料材料而定，如表，部分塑料材料所需加热功率密度功率密度/W·cm-2

塑料种类1.5～3.0聚氯乙烯，改性聚苯乙烯3.5～5.0聚乙烯，聚丙烯≥5聚碳酸酯，聚砜三、真空系统和压缩空气系统

真空系统由真空泵、真空储罐、管路和阀门组成。真空系统的真空度应能达到0.07～0.09MPa。真空储罐的容量至少应为最大成型室容量的2.5倍。

压缩空气系统由空气压缩机、储压罐、管路、阀门组成。压缩空气机的额定排气量通常为0.05～0.3m3/min，压力范围为0.6～0.7MPa，实际使用时一般不超过0.35MPa。四、冷却系统

冷却系统有内冷和外冷，

内冷是依靠模具内设冷却盘管，通冷却水，进行冷却；

外冷则是用风冷和水雾等冷却。通常金属模具用内冷，非金属模具用外冷。有时也采用内冷和外冷相结合的方式，快速冷却。五、模具

根据热成型方法可知，热成型模具有三种基本形式：阴模、阳模和对模（极少数的自由成型可不用模具）。热成型模具材料的种类有很多，可分金属材料和非金属材料，如钢、铝、木材、石膏、塑料（酚醛、还氧、聚酯、氨基等）。模具材料的选择主要依据是其预期用途和预期寿命。选材和模具设计时注意几点1.

制品表面质量要求较高的一面与模具表面接触、贴合，这也是单模成型时选择阴模或阳模的依据；2.

单阴模成型时，制件底部是壁厚最薄的区域；

单阳模成型时，制件壁厚最小的区域是制品的侧边，制件顶部壁厚近似等于成型用片材的初始厚度。3.

为了便于脱模，无论是何种形式的模具都应有一定的脱模斜度。但比较而言，单阴模可采用的脱模斜度小于单阳模。4.

采用单阴模成型时牵伸比（模腔深度与宽度的比值）通常不超过0.5，否则会使制件壁厚分布过分不均匀，还会使片材受到过分拉伸。采用单阳模成型时牵伸比可较大，如果采用柱塞助压成型牵伸比可更大。5.

为避免产生内应力，模具的拐角应有充分的圆弧过渡，过渡的圆弧半径最好大于或等于片材厚度，同时不小于1.5mm。6.

作为气体进出的通道，热成型的模具上通常开有气孔。气孔直径随所成型片材种类和厚度而变化，确定的总原则是既保证气体通行顺畅、高效。又不会由于气孔的存在给制品质量特别是外观质量造成不利影响。例如，成型软质PVC和PE薄片时，气孔的直径约为0.25～0.6mm；成型硬而厚的片时则可大到1.5mm。如果气孔直径过大，会使成型制品表面出现赘物。为解决这一问题，可将气孔道做成锥形，靠近模具的一侧直径小，另一侧直径大。也可将通气孔做成长而窄的缝形。7.热成型制品会产生较大的收缩率（约为0.2%～0.9%），在进行模具设计时要考虑。10-3热成型工艺因素分析

一、加热在热成型过程中，坯件是在热塑性塑料的弹塑性状态的温度范围内拉伸造型，所以成型前必须将坯件加热到规定温度。一般坯件的加热时间占整个成型时间的50～80%，而加热温度的准确性和各处温度分布的均匀性将直接影响成型操作的难易和制品的质量。1、加热温度

应使塑料在此温度下既有很大的伸长率又有适当的拉伸强度，保证坯件成型时能经受高速拉伸而不致出现破裂。

降低温度虽然能缩短成型时间和节省能源，但是温度过低时所得制品轮廓不清晰、尺寸稳定性差；

加热温度过高，会造成聚合物的降解，从而导致制品变色和失去光泽。

加热坯件的原则

加热的温度下限应以片材在牵伸最大区域不发白或不出现明显的缺陷为度；

上限温度则是片材不发生降解和不会在夹持架上出现过分下垂的最高温度。一般热成型过程中，加热的坯件要经过转换工位，要有一些降温，尤其是壁薄的坯件和传热系数比较大的坯件，散热现象比较严重，所以坯件的加热温度要稍高于成型温度。2、加热均匀性

保证坯件在加热过程中均匀升温：首先选用片材厚度均匀，厚度公差通常不应大于4～8%，若厚度公差大，就要延长加热时间，使坯件各部分都要“热透”；再是由于塑料的导热性差，会造成一面温度达到要求而另一面温度仍然很低；再继续加热会使一面温度过高，表面降解。可以采用两面加热的方法，或采用高频加热和远红外加热。3、加热时间

主要由塑料的品种和片材的厚度决定。一般加热时间随塑料的导热系数增大而缩短，随塑料比热和片材厚度的增大而延长。但都不是简单的直线关系。合适的加热时间要由实验或参考经验数据来定。加热时间与片材厚度的关系（以PE为例）片材厚度/mm0.51.52.5加热到121℃所需要的时间/s183648单位厚度加热时间/s·mm-1

362419.24、加热对制品壁厚的影响

特殊情况下，为适应拉伸时坯件变形的特点，各部分随模具的型样不同拉伸不同，壁厚会因拉伸不同而有差别。为了解决此问题，可采用的办法：用绝热纸剪成花板，特意将拉伸时变形较大的部位遮蔽，使这部分在加热时少受热辐射，加热后的温度比其它部位低，就可使其拉伸时变形量小，使厚度与其它部位均匀一致。

5、坯件下垂问题

用夹持架夹持的坯件，周边被固定，在加热时会出现下垂现象，原因是热膨胀和熔融流动，大幅度的升温可使非取向的坯件各向上的尺寸增加1～2%，熔融流动的大小与塑料熔体粘度高低有关。出现下垂后给工艺控制造成困难。解决坯件下垂问题的办法：采用有一些定向的片材，在加热时有一定的收缩可以克服下垂现象。但所用片材的定向程度不能过大，否则会由于坯件内应力过大而使成型发生困难。此外，模具和柱塞也应根据不同塑料而采用适当的温度，见表。各种塑料片材的成型条件和热膨胀系数二、成型

对成型的基本要求是：使所得制品的壁厚尽可能均匀。1、成型过程中的拉伸

拉伸速度的大小依赖于坯件的温度，温度低的坯件，由于变形能力小，应采用低的拉伸速度；相反拉伸速度高，就要采用高温坯件。由于成型时坯件会散热降温，所以薄型坯件的拉伸速度要快于厚坯件。造成热成型制品壁厚不均匀的主要原因：

一、成型时坯件各部分被拉伸的程度不同。

二、拉伸速度的大小，也就是抽气、充气的气体流率或模具、夹持框和预拉伸柱塞等的移动速度的不同。

对于深的制件，一般都要用预拉伸（气胀）热成型的方法，首先使坯件经过抽真空或通压缩空气形成预伸泡状物，此泡状物的壁厚应接近制品底部的厚度，因为一旦柱模或柱塞与塑料接触，其拉伸的程度就会很小；另外泡状体达到要求后应保持几秒钟，调整壁厚均匀性。2、成型时分子定向问题

由于制品各部位和各方向拉伸程度的不同，所以出现的分子定向程度也会不同，使制品存在各向异性。定向程度大的方向或部位，拉伸强度、总伸长率、抗裂能力等都会增加。具有分子定向的制品尺寸稳定性也比较差。但是如果单向拉伸的数值和双向拉伸的差值保持在一定范围内，各向异性程度就不会太大。提高坯件的温度和较低拉伸速度都会降低定向程度。与所用片材品种与牌号、坯件的厚度和温度有关，一般来说，聚合物大分子链刚性大、分子量高、存在极性基团的塑料片材，需要较高的成型力；坯件较厚和温度较低时，也要采用较高的成型力。3、成型力的大小三、成型物的冷却与脱模1、冷却时间：坯件经拉伸造型获得制品所要求的型样后，必须在成型压力下继续冷却一定时间，才能在解除压力后保持已获得的型样。冷却不足，制品从模腔内或模面上脱出后将发生变形；过分冷却，不仅使成型设备的生产效率降低，而且往往会由于成型物的收缩而紧包在阳模上，使脱模发生困难。2、冷却方式：对于薄壁制件在自然条件下冷却，一般只需很短时间就可以脱模；对于壁厚制件，就要采用附加的冷却措施，由于塑料的导热性差，在模内冷却就要很长时间，常用模内通水冷却、风扇降温和压缩空气喷枪冷却，这三种措施可单独使用，但组合使用效果更好。3、允许的降温速率：与塑料的导热性和成型物的壁厚有关，降温速率过快会在制品中产生大的内应力，在制品的高度拉伸区域，会由于降温过快而出现微裂纹。4、制品的修整：批量大的制品修整用专用设备；批量小的制品用手工修整切除废边和将边缘修整光滑。5、脱模：一般热成型的脱模比较容易，除