吸塑成型片材的热塑性塑料化学组成和结构

吸塑片材的热塑性塑料是一类在一定温度下具有可塑性,冷却后固化且能重复这种过程的塑料。热塑性塑料是一类应用较广的塑料,以热塑性树脂主要成分,并添加各种助剂而配制成塑料。在一定的温度条件下,塑料能软化或熔融成任意形状,冷却后形状不变;这种状态可多次反复而始终具有可塑性,且这种反复只是一种物理变化,称这种塑料为热塑性塑料。
包括PE,PVC,PP,PS,ABS等塑料。
  热塑性塑料是由分子链长度达到10-3mm的大分子(聚合物)组成的。这些大分子可以是线性的,比如说HDPE,也可以是支化的,如LDPE。大分子完全无序排列,我们称之为无定形热塑性塑料。均匀结构的大分子,比如线型聚乙烯或聚甲醛,能形成部分的规则排列,大分子按一定规则部分结晶,我们称之为部分结晶热塑性塑料。
  无定形和部分结晶热塑性塑料的区别,无定形热塑性塑料由于其不对称结构或大侧基,是不结晶的,在不进行改性和着色的情况下均是透明的。无定形热塑性塑料的使用温度应低于其玻璃化转变温度爪。部分结晶塑料含有分子链规则排列的区域,称之为结晶区。因为结晶作用,部分结晶的热塑性塑料通常是不透明的,并且透明度会随着结晶度的增加而减小。部分结晶热塑性塑料的使用温度在几和熔点Tm之间。
如果HDPE的片材被加热到晶体熔点以上,晶体将会熔融,片材将会全部变成无定形,进而透明起来。在冷却过程中,晶体会再次形成。对于许多部分结晶的热塑性塑料而言,结晶作用可以通过将成型的片材和模塑制品快速冷却而得到抑制,最终得到透明的制品(如PET瓶,透明的PET片材和透明的无规聚丙烯片材)。
  无定形热塑性塑料部分结晶热塑性塑料聚氯乙烯(PVC-U和PVC-P)高密度聚乙烯(HDPE)苯乙烯聚合物(PS/SB/SAN/ABS/ASA)低密度聚乙烯(LDPE)聚甲基丙烯酸甲醋(PMMA)聚丙烯(PP)聚碳酸醋(PC)聚酞胺(PA6/PA66/Pall/PA12)聚苯醚(PPE)聚甲醛(POM)纤维素衍生物(CA、CAB、CP)线型聚酷(PET、PBT)无定形聚酞胺(PA6一3一T)聚苯硫醚(PPS)聚矾(PUS)聚醚矾(PES)
  b部分结晶的1~2-工作温度;2~3-软化区(玻璃化转变温度Tg);3~4-成型温度区;11~12-无定形部分的软化区(Tg);12~13-工作温度区;13~14-结晶区的熔程(晶体熔融温度Tm);14~15-成型温度区;E-弹性模量,σ-强度;ε-热变形率
  PET片材的技术指标指标项目指标密度,g/cm31.38~1.42机械性拉伸强度,MPa断裂伸长率,X280光学性透明度,%雾度,%≥90≤5.0热特性适用温度,oC成型温度,oC-40~7575~85透气性水分透过率,g/(cm2•24•mm)氧氮透过率,mL/(m2•24h•MPa)0.2120
  透明的热塑性塑料是无定形的,但并非所有无定形的热塑性塑料都是透明的,比如说进行了着色和改性的无定形塑料就是如此。由于分子链部分有序排列,部分结晶热塑性塑料不再透明,根据结晶度不同,其透明程度也会不同。无定形和部分结晶的热塑性塑料有一个最高的工作温度范围,后面将会介绍。在低于玻璃化转变温度Tg时(以前称之为软化温度),热塑性塑料通常是非常脆(比如普通聚苯乙烯PS),热塑性塑料的刚性(模量E)和强度(σ)的会随着温度的升高而降低,但可变形性(ε)会增大。材料在最高工作温度时,还必须有足够的刚性。热膨胀系数在一定温度范围内可以认为是随温度线性增加的,后面将会介绍。
  当加热热塑性成型材料时,无定形和部分结晶的热塑性塑料会产生如下的差异。对于无定形热塑性塑料,温度升高到其玻璃化转变温度(软化点)时就可以真空吸塑成型了。所需要的热量与成型材料的种类和所使用的加工方法有关,真空成型时所需要的温度就比压力成型时所需要的温度要高。部分结晶的热塑性塑料绝不会完全结晶,分为无定形区和结晶区。当结晶度较低时,材料在温度低于结晶熔融区时就能进行真空吸塑成型,结晶程度高时,就需要更高一些的成型温度。
热塑性塑料这种现象是如何影响真空吸塑成型加工的呢?如果用部分结晶热塑性塑料制成的制件在高温下工作,或者说制件本身需要在高温下杀菌消毒,它就需要承受热-应力条件而不发生形变,这就需要在热加工过程中部分结晶区域被完全熔融,也就是说,这种成型材料需要选用足够高的真空吸塑成型温度。
  以部分结晶的聚丙烯热成型杯子为例,说明了不同的真空吸塑成型温度对制品成型后的外观和而后的高温消毒过程的影响。图中的各种不同现象可以作如下解释:聚丙烯的结晶熔融区大致为158~165℃,当真空吸塑成型温度低于158℃,结晶区不会完全熔融,它们就像一些小的塑性块一样,在成型过程中产生形变,但仍以固态形式保留在无定形的熔体中。只要再次加热(如高温消毒),杯子开始形变,这是因为结晶区的应力要想恢复到它最初的形状。
另一方面,若吸塑成型温度为163℃,结晶区会完全熔融,聚丙烯成型材料会变成无定形的,在一定条件下冷却,会形成新的不含应力的晶体,不会在121℃高温消毒的时候发生逆转,因此杯子的几何尺寸不会发生变化。从以上的分析可知,若真空吸塑成型制品在高温下使用,或要进行短暂的高温消毒,那么在材料真空吸塑成型的时候就最好使用较高的温度。对于部分结晶热塑性塑料,真空吸塑成型温度至少应该在晶体熔程范围的中间温度以上。如果用较高的温度成型,无定形热塑性塑料的形状改变也会减小。
在实际生产中,如果把这些因素都考虑进去的话,就会产生下面的问题:片材就会因为真空吸塑成型机器达不到所需要的真空吸塑成型温度而无法进行生产(通过机器时无法得到一个光滑平整的表面),或者是材料的熔体强度太低,会产生太大的熔塌,或者是因为材料与口模黏结得过紧。在加热和成型时易于结晶的热塑性塑料,如CPET是一个例外。CPET是含有结晶成核剂无定形的聚酯。作为一种热成型材料,CPET是完全无定形的,但在适当的工作条件下仍具有快速结晶的特性。其结晶速度与材料的成型温度有关,在170℃时结晶温度最大。CPET晶体的熔程是在255~258℃之间,无定形区的软化温度是在78~85℃,故下列条件可用于CPET的真空吸塑成型。
  真空吸塑成型温度为130~135℃,加热时间应尽可能短,尽量少发生结晶,使材料具有理想的可变形性。结晶度高不利于制品的精确度。真空吸塑成型模具必须加热到170℃。在真空吸塑成型过程中(0.6~0.7mm厚的片材用3.5~4s的时间),材料可以获得25%~30%的结晶度。成型后,制品在60℃下在另一个模具中冷却。CPET真空吸塑成型制品的最大长期工作温度为220℃,但是必须记住,能在如此高的温度下使用,制品的稳定性取决于结晶度。比如用CPET做成的容器,结晶度也仅仅只有25%~30%。
  溶出试验重金属(4%乙酸)(以Pb计)/10ˉ6<1
  蒸发残渣正已烷/10ˉ6<30乙醇/10ˉ6<30乙酸/10ˉ6<30蒸馏水/10ˉ6<30高锰酸钾消耗量/10ˉ6<10
  褪色试验65%乙醇阴性浸泡液(水,20%乙醇,4%乙酸,正已烷)阴性冷餐油或无色油脂阴性。
吸塑成型片材

公司专业生产: 环保型吸塑包装、电子托盘、透明折盒、泡壳、周转托盘等; 食品级BOPS、HIPS 、PET、PP等材质食品塑料包装; 其中我司专注生产的BOPS食品级包装盒,是当前食品行业优选绿色包装之一,其材质无污染、无毒无味、透明度高,符合国际食品、医药卫生标准。 公司已于2004年通过ISO9001:2008质量体系认证,2006年通过ISO14000环境管理体系认证,2007年通过QS认证、2010年通过ISO22000:2005食品安全体系认证(融合ISO9001:2008质量体系认证)。 

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