热成型小贴士（行业新闻与知识）-
随着热成型工艺的发展，热成型产品的外装饰性多层膜越来越多地用作商业、建筑、汽车和航空应用中的镀层及其替代品，使成品具有高质量的外观。
随着IMF（模内成形）工艺的不断发展，我们有必要研究全聚合物层压结构（其中所有层都是聚合物）的起皱现象，来弥补该领域的研究短板。
在热成型期间层压材料的双轴拉伸能释放内部的热应力，从而消除表面皱褶。
将膜直接铺设在具有简单几何形状的热成型成品部件上，或者层压在片状基底（由金属或塑料制成）上，然后通过模内成形（IMF）技术变形为更复杂的形状。然而，在IMF工艺期间（特别是当使用高光泽装饰层压板时），辐射加热会产生起皱现象，这是缺陷很难防止。褶皱是由层压件层之间的应变不匹配导致的，不匹配的原因是层之间的热膨胀会达到不同的程度。
到目前为止，研究表明，全聚合物层压材料中起皱的振幅和波长都具有时间依赖性。这与弹性结构（例如金属箔）的自发性非常不同。此外，粘性或粘弹性模型已经被用来描述皱褶的机械行为并且解释了皱褶的时间依赖性演变。然而，目前并没有模型考虑到加热速率的影响，这是一个重要的参数，因为在聚合物加工过程中，加工温度往往很高。
因此，我们的研究的目的是检测温度（特别是加热速率）对装饰性聚合物膜基材的层间皱褶的影响，同时希望确定一种用于这种材料的真空热成型的优选方法，来防止起皱的发生。具体地，我们研究了由加拿大3M公司提供的一种汽车级遮蔽膜（FBO），它由聚乙烯 – 聚丙烯（PE-PP）共聚物作基层，聚酯材料作外层。此外，我们使用丙烯酸基压敏粘合剂将膜粘附到厚度为505μm的PP基底上。
在我们研究的第一部分，我们使用专门设计的台式单元（BTU）热成型机来研究起皱现象。该设备由夹持组件联接的辐射加热单元和吹气单元组成。我们将FBO / PP层压板安装在吹气单元中，然后以选定的加热速率（45-85℃/分钟）将其加热到特定温度（120-180℃）。我们的结果表明，不管BTU的加热速率是多少，当层压板温度超过135°C时，膜表面总是会产生褶皱（见图1）。但是，褶皱的强度根据操作条件的不同而不同。该温度阈值介于PE膜和PP的热转变温度之间（分别为120和160℃，通过动态力学分析确定）。此外，当膜层压到不锈钢上时，阈值与起皱时的温度相同。这些结果表明，薄膜控制了这种膨胀效应。
图1 遮光膜/聚丙烯（FBO / PP）层压板的起皱光学图像，图示分别代表以70℃/分钟的速率加热至（a）135℃，（b）140℃，（c）150℃，（d）160℃，（e）170℃和（f）180℃。 A和λ：皱纹的振幅和波长。比例尺为1000μm。
我们使用3D表面轮廓仪来测量我们样品上皱褶的波长和振幅。我们发现（参见图1），这两个参数随着层压板温度的增加而增加，并且在更高的加热速率下皱褶变得更强烈。这种现象在图2中也有体现，图2表示了褶皱的振幅和波长随着系统温度的升高而遵循S形发展趋势。这种趋势的性质与我们从层压板的光学应变测量中确定的热膨胀的三个不同阶段有关。热成型设备通常以与我们研究中相同的加热速率运行，甚至更高。因此，由相似的装饰层压材料制成的制件都将出现皱褶，除非能够减轻热应力。因此，在我们工作的下一阶段，我们对FBO / PP层压材料进行双轴拉伸，以这种方式，我们能够抵消皱褶的压缩热应力，从而控制不良现象。我们发现，应用双轴应变，相当于产生皱褶的临界压缩应变，足以消除所有的扭曲。然而，一旦去除了所施加的应变，就会再次出现皱褶，并且需要更大的施加应变来永久地去除皱褶。
图2 四个FBO / PP样品（以45、55、70和85℃/ min的速率加热的样品）的振幅变化（顶部）和波长变化（底部）作为温度（左）和时间（右）的函数图像。Expt：实验的。
为了扩展我们的方法，使其适用于真空热成型机（来自Belovac Inc.），需要在夹持组件下方安装波纹管。真空箱因此被封闭，使得压缩氮气可以施加到安装层压片的凸出部分。我们测试了两种不同的方法来抵消形成皱纹的压缩应变。第一种方法是等温膨胀法（IBM），在进行膨胀之前将样品加热到高温。第二种方法是动态凸起法（DBM），在加热样品的同时对其进行连续应变。我们在两种方法中应用了相同的应变，但它们之间的区别在于，在IBM中的皱褶形成之后，膜才被拉伸，而DBM是在加热期间进行连续拉伸，从而防止了皱褶的形成。我们的两种不同方法（以及常规真空成型）产生的层压样品的图像显示在图3中。根据颜色测量，原始的FBO / PP样品和任何热成型法成型的样品没有太大的差异。然而，通过标准成形技术和IBM生产的样品，光泽度测量结果（在入射角为20°和60°处）显著较低。在IBM样品中，皱褶在视觉上不明显，但当我们剥离膜时在衬底上可见微弱的变形。 DBM样品显示出没有变形的光滑的“A类”成品表面。此外，我们观察到该样品的光泽度有非常小的降低，但均保持在60单位的光泽度以上。
图3 使用（a）常规真空成型，（b）等温膨胀法和（c）动态膨胀法热成型的FBO / PP层压样品的图像。插图显示了（i）顶部样品表面，（ii）35°倾斜的顶部表面，（iii）层压体的背侧和（iv）PP基体的可见部分，其中膜已经被部分剥离。
总的来说，我们研究了FBO/ PP层压板热成型过程中的皱褶形成。我们在许多不同的温度和加热速率下进行了装饰膜测试，并且通过三种不同的成型方法（常规真空成型，IBM和DBM）将我们的发现应用于热成型工艺。我们发现只有在DBM期间双轴拉伸才能保持成型产品的A级表面光洁度。我们的两种新方法（即IBM和DBM）都可用于除去层压板上的皱褶。在我们正在进行的研究中，我们已经转向使用形状记忆聚合物作为装饰膜，因为它们表现出了更好的抗皱性。
发布时间: Nov-06-2017