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熱成型加工過程中需考慮的塑料材料的熱性能方面較多,包括材料的熱變形溫度、軟化溫度范圍、熱態(tài)力學(xué)強(qiáng)度、比熱容、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、熔融熱、熱擴(kuò)散系數(shù)和熱穩(wěn)定性等。
熱變形溫度是熱成型加工中需考慮的重要的溫度條件,理論上成型過程中材料內(nèi)部溫度上限不能高于材料本身的無負(fù)荷熱變形溫度,否則成型過程中制件自身重力就會破壞制件。
對于大型制件一般采用1.82MPa下材料的熱變形溫度作為加工時的溫度,而對于小型制件則一般按0.46MPa負(fù)荷下的材料的熱變形溫度作為熱成型上限溫度。實(shí)際成型中由于塑料片材的表面溫度高于內(nèi)部溫度,因此工藝控制溫度往往比材料的熱變形溫度高得多。表2—2是常見塑料板(片)材的熱成型加工溫度。
熱成型過程中材料的溫度下降很快,需要材料在較寬的溫度范圍都能保持適當(dāng)?shù)娜犴g性、可塑性和彈性,才能保證最終制品邊角部分的完整性。材料還需要具有較高的熱態(tài)力學(xué)強(qiáng)度,否則熱態(tài)下一經(jīng)牽伸就會厚薄嚴(yán)重不均,這就要求用于熱成型的熱塑性塑料分子量不宜過低。另外,可通過在分子鏈中引入強(qiáng)極性基團(tuán)或交聯(lián)結(jié)構(gòu)限制分子鏈的相互滑移,提高材料的熱成型加工性能。
材料的比熱容反映單位質(zhì)量材料升高單位溫度所需要的熱量,根據(jù)片材的比熱容和密度大小可以計算成型時加熱器需要提供的有效熱量。塑料的熱導(dǎo)率都比較低,厚壁制品熱成型過程的預(yù)熱階段可能會出現(xiàn)表面已熔化、起泡甚至分解,而內(nèi)部尚未軟化的現(xiàn)象,因此在選材上應(yīng)考慮采用熱導(dǎo)率較高的塑料品種,工藝上也應(yīng)考慮采用雙面加熱或遠(yuǎn)紅外加熱等加熱方式。
實(shí)際生產(chǎn)中,加熱階段塑料的熱膨脹可以不予考慮,但冷卻階段的尺寸收縮卻不能忽略。在制品含有金屬嵌件或需要將塑料制品嵌入金屬容器中時,都應(yīng)考慮到塑料的收縮率大于金屬。采用陽模成型時,塑料由于收縮緊貼在模具表面,陽模難以拔出,在成型熱膨脹系數(shù)較大的材料如聚烯烴和聚氯乙烯(pvc)等時尤其要注意這一點(diǎn)。