真空吸塑成型机的操作.docx

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真空吸塑成型机的操作

真空吸塑成型机的操作方法虽然比较简单，但这种工艺所牵涉的因素却不少，要想取得合理优良的制品，有必要对这些因素进行了解，制定合理的控制过程。

在成型过程最主要的几个调控工作就是加热、真空、上下模的运动、冷却、脱模。

    一、加热的调控

        片材的加热是真空吸塑成型的最关键的工作之一，它的调控直接影响到成型的成败和制品的质量。

我们在这节内容里面将详细分析。

        在真空吸塑成型的过程中，对加热的热塑性片材的要求总结如下：

        ①每一生产运行、脱离样机以及已完成的制品中，要求材料表面的温度分布均匀。

大多数塑料的热成型温度范围较宽。

以HIPS为例，它的成型温度在130～200℃。

然而在挤塑片材时，如此大的温差应当避免，因为他们只能在最简单的成型过程中取得满意结果。

对于轮廓清晰度较高和表面结构二次成型的复杂制品，必须控制加热温度范围。

在均匀的材料表面温度下，大多数成型制品可成型的很完美。

        ②受热材料表面合理温差对某些成型过程是有必要的。

在不同高度的两个或更多泡形以及在同一成型领域内改变某一部位结构尺寸，可以利用温差。

        ③对较大面积的成型制品，拉伸比H：

W=1：

3以上，加热区系统控制的温差影响到壁厚的分布。

如果材料尺寸长度L和宽度W比加热器元件大三倍，加热器元件到材料的距离至少与加热器的宽度一致，加热区受变化温度的影响严重。

        ④如果加热时间决定生产周期，则片材应尽快加热。

当加热和成型共用同一工位（单工位），更是如此。

当加热和成型在不同工位实施时，冷却时间决定生产周期的长短。

那么，加热强度（以及加热器元件温度）与在成型工位的冷却时间相匹配。

        ⑤塑料加热需要的时间比冷却长得多，而生产时间又要短时，可在成型工位前，多装几个加热器。

        ⑥为获得高清晰度轮廓的制品，要将片材厚度方向全部均匀热透。

如果4～5mm的较厚的片材快速达到温度，则中心部分在升到成型温度前，表面会损坏。

        ⑦生产中从头至尾，加热效果必须自始至终保持一致。

大部分卷片送料吸塑成型机绝对需要对成型片材的均匀加热。

加热不必控制周期。

总加热时间等于1～3周期的总和。

因此加热器的长度至少是一个前移行程的两倍，且随加热周期数的增加而成倍地增加。

塑料不应发生热降解或是机械性损坏，这是所有加热系统应采用的。

      1．加热方法

    以下热塑性塑料的加热方法是当前吸塑成型厂普遍使用的：

辐射加热；接触加热；对流加热。

    ⑴辐射加热原理

        接触或对流热传导的能量由材料传导，然而辐射加热是通过电磁波传导的。

热传输红外线范围见表5-1。

  红外线被塑料片材吸收。

吸收率是片材厚度、颜色和光线波长的函数。

片材越厚,吸收度越大（图5-1） 。

  每种片材形式（型号，颜色等）都有自己的吸收曲线。

如果以在20μm的浅啮合为例，某一级塑料在给定波长下有100％吸收度，这对厚板来说，意味着光线已经在表面完全被吸收。

对其他波长范围，薄层吸收很少，但随片材壁厚的增加而增加，这表明，光线在某一波长范围内能透过片材表面，只有在某些厚度下被吸收。

没有一个物体（加热器元件）即使其表面温度均匀，也不会仅放射单一波长射线。

所有的光线放射体几乎覆盖了整个红外线的范围。

既然这样，某些波长的光线就可加热表面，其他波长透射到不同厚度上去，然而这些射线也能被重新反射或是没有对材料加热面透过片材。

加热元件类型之间的区别在于不同波长光线透射性能的分配。

加热元件的温度决定输出密度的最大值。

如图5-2所示，若三个加热元件等容，a、b、c曲线以下的三个面积在大小上相等。

表5-1波长和适用

波长

范围

波长

范围

0.2-0.4μm

紫外线

厘米级波段

雷达，电视

0.4-0.76μm

可见光

米级波段

无线电

0.8-1000.0μm

红外线

千米级波段

无线电

图5-1型号475K，蓝色849的聚苯乙烯片材在材料厚度分别为0.04mm、0.5mm和4mm时的红外吸收曲线（信息来源：

BASF）

图5-2加热元件能量输出的原理图（标准光谱输出分布）

a-陶瓷加热器700℃；b-合成氧化硅加热器，螺旋950℃；c-光辐射加热器2000℃

        可传递的热量取决于以下因素。

        ①热量随加热器元件温度函数（K）的四次方增加；加热器的最大温度取决于连通的负载。

加热器元件的温度越高，加热周期越短（图5-3）。

图5-3加热时间随距离片材200mm的陶瓷加热器加热元件温度函数的变化

（加热器模量温度600℃）

        ②加热器和片材之间的距离越小，可传递的热量越大。

加热元件和片材之间的距离越大，加热周期越长（图5-4）。

图5-4加热时间随加热器元件到片材距离函数的变化

（距离为200mm）

        ③可传递的热量和加热系统的稳定性随整个加热器区的辐射比的增加而增加。

成排的加热元件之间留下的缝隙处，应当架一个反射器。

然而，没有反射器能做到100％的反射。

此外，反射器易被污染，从而失去了反射作用

        ④放射式加热器的表面应该由含有高放射元素的材料组成。

        ⑤可传递的热量是材料放射元素的函数（塑料等级、颜色等）。

注意：

好的放射源也是好的吸收体。

不同等级塑料的吸收曲线应该与加热器的最大辐射波谱相匹配。

然而，这点很重要，理论学者也认为如此。

纵穿整个波长频带扩展的能量放射使材料加热，不同波谱范围内相应的总能量为加热结果所确定。

        一个单独的加热器的加热面积大小也是十分重要的。

加热器不只是把射线直接射到它以下的区域上，而是类似于没有反射器的光热灯泡，光线不能集中。

因此遮住加热面的边缘很重要。

就射线不被遮住或不能集中而言，片材表面的每一点都能接受来自整个加热器的射线。

然而，加热板内的加热元件关掉也会影响整个加热面。

最大的影响是加热元件下面的区域（图5-5）。

片材表面的温差在关闭了的冷却元件的中心位置之下达到最大，随他们向外散热而温差降低。

实际作用在约300角以后停止（图5-5）。

板式开关加热器元件从相邻处得到热量，根据其温度发出射线。

加热区与开关元件之间温差对加热区温度的影响见图5-6。

图5-5加热器对加热面积大小的影响

a侧视图；b俯视图

1-实际影响区；φ-辐射角；T-材料温度；

△T-用加热器标准级在材料上可取得的温差

图5-6关闭的陶瓷加热器温度随加热区温度函数的下降

l-陶瓷加热器FsR/2（Elestein），板中心加热器“OFF”；

2-陶瓷加热器FSR/2（Elestein），角加热器“OFF”

      如果加热板温度接近于600oC，中心处的一个加热器关掉，它将冷却约120℃。

为以这种方式用红外加热器加热塑料片材，故意保留较冷的小面积在原则上是可行的，但实际却受到限制。

许多模塑超出此方法，当冷却空气直接打到片材表面时，用铝片系统的遮住局部射线获得片材表面不同温度，比断开单个的加热器更有效。

然而这两种情况都需要专门的元件。

        加热器尺寸的大小影响加热效果。

典型的陶瓷和合成氧化硅的加热器元件尺寸为62mm×62mm、125mm×62mm、125mm×125mm（只有陶瓷）和250mm×62mm。

对这些一系列加热器的加热元件，框格尺寸62.5mm、125mm和250mm，在元件之间不留间隙就可固定安装。

装有测量直径约10mm石英管的卤加热器，可用长度约165mm以上。

这需要反射器，使射线从固定的一组加热器放射出来，从而获得较好的能量利用。

欲使用一组加热器均匀或不均衡地加热某一区域，加热器框在100mm×100mm以下是无效的。

较小加热器（例如62mm×62mm）的优势很难在实际应用中得到证实。

大于2000mm×1500mm的较大的加热器组，经证实应选择比125mm×125mm大的专用的加热器。

长期以来，窄加热器不适用于单工位机。

对自动卷片送料吸塑成型机，片材在加热器下成倍的输送，传送方向上的加热器的长度实际上是不重要的。

然而对于横向，至少两外侧和一中心的温度区是应当调节的。

对纵穿传送方向的自动卷片送料吸塑机加热器深度，测得有62mm，大机器有125mm，尺寸是充足的。

        控制电加热器元件

        电加热器元件的性能取决于热放射区的温度，而不是连接负载，只要后者能充分达到需要温度即可。

加热区的温度由一个或几个引导加热器元件（带有内置温差电偶的加热器）反馈控制时，这些引导加热器元件和同类加热器（开关并联）在连接负载、尺寸、质量和牌号方面应该尽可能等同。

热量损失也会类似。

        如果加热器元件放射的温度由输出调节器（%）控制，在每一供应环节中应当没有电压波动。

片材温度必须受监控，使初始废片料总量降低。

        如何获得均匀的加热区

        就理论上的理想状态而言，图5-8a展示了在边框高度为0时无限长加热体系的均匀加热。

图5-8b展示了用夹持边框的理想状况。

遵循以下原则，实际上可以接近这种理想状态：

        ①用铝反射器或者是含铝量为99.5％的镀铝遮住夹持框（图5-9）;

        ②加热反射器和边框反射器垂直且周围高度相等，铝夹持框不需要反射器；

        ③在加热器堤坝1上选择反射器高度，其垂直距离2尽可能小。

图5-8边缘处的热应用

a理想状态下的“无限制”加热和“无”夹持框加热；

b用夹持框加热片材时的现场状态

图5-9单工位机夹持框处夹住片材时的反射区

1-加热器堤坝式反射器；2-加热器堤坝到夹持框的距离；3-上框反射器；4-物料；5-下框反射器；6-下加热器上的反射器；7-上加热器到片材的距离；8-下加热器到片材的距离（取决于挠度）

        图5-10表示带有链传送的自动卷片送料吸塑成型机的反射区。

由于反射器绝不会100％反射加热射线并且距离2（图5-10）实际上常为20～100mm，外界的加热和对流损失应由较高加热器的温度弥补。

边缘上的加热器对外界损失的热量越多，中心处所用的热量就越多（图5-11）。

对自动卷片送料吸塑成型机上的均匀加热，以下因素很重要。

        ①片材传送带上的加热面必须适合反射器（图5-10）。

图5-10自动卷片送料吸塑成型机链传送道上的反射区

1一加热器堤坝式反射器；2一加热器堤坝的移动距离；3一链传送道上的反射器；4一物料；5一反射器下加热；6一上加热器到片材的距离；7一下加热器到片材的距离

图5-11均匀加热片

图5-11均匀加热片材时加热器上的不同温区，适于单工位机，片材加热时只通过一次器上的不同温区，适于单工位机，片材加热时只通过一次

1-温区1，加热器温度T1；2-温区2,加热器温度T2；

3-温区，加热器温度T3；顺序：

Tl＞T2＞T3

        ②在成型段，片材上的每一点（表面）应达到同一温度。

以下几种可能性是可利用的：

遮住加热器（图5-12b和图5-13b）或机器设置加热器转换开关。

图5-12展示了片材的不规则加热。

当加热器堤坝不能接近模具时，片材在进料冲程1不能完全被加热。

进料冲程1期间，在成型段之前遮住加热器，加热变得均匀（图5-12b）。

在片材横向