IMD熱成型薄膜性能試驗研究

肖露云 曾小軍

摘 要： 本文以IMD熱成型薄膜為研究對象，建立了IMD熱成型薄膜在不同溫度下的雙軸拉伸試驗裝置。實驗結(jié)果表明，在雙軸拉伸試驗中，不同溫度下雙向拉伸載荷與位移曲線變化情況具有一致性。實驗處于150℃時，降溫卸載后試樣的擁有最小回彈率，試樣無缺陷，因此該溫度是模具的最佳成型溫度。在實際生產(chǎn)中，考慮到加熱、冷卻的時間成本和溫升的安全性，可將成型溫度范圍設(shè)定在120℃至150℃之間。

關(guān)鍵詞： 雙向拉伸;溫度;當(dāng)量彈性模量

IMD薄層材料對沖擊強度、耐化學(xué)腐蝕性、耐磨性、成形性和高透明性都存在比較高的要求，對大型、深腔件要求更高。通常，IMD工藝中使用的PET材料成型性差，韌性低，不能在大面積覆蓋件上生產(chǎn)薄膜。同時，由于PET是一種冷結(jié)晶材料，其成形后存在較為嚴重的變形，限制了其在大型、深腔件中的應(yīng)用。具有優(yōu)良綜合性能的PC（剛度和韌性平衡，吸水率低，尺寸穩(wěn)定性好，耐熱性和耐低溫性）已成為該領(lǐng)域的一種潛在材料，但PC具有應(yīng)力小、耐磨損、阻燃性差等缺點。聚碳酸酯改性的PC雖然可以改善力學(xué)性能，但其透明性較差。因此，IMD技術(shù)的研究重點是檢測薄膜材料的熱塑性性能，以提高熱成型質(zhì)量。

1 實驗系統(tǒng)

1.1 實驗裝置

為了進行雙軸拉伸試驗，參考了復(fù)合纖維材料與金屬材料的雙向拉伸實驗方法。其中，雙軸主動拉伸是指將單軸拉伸裝置轉(zhuǎn)移到水平方向和垂直方向，并分別控制水平方向和垂直方向上的力的雙軸拉伸試驗，該方法是單向拉伸實驗的集成測試系統(tǒng)。但是它不符合實際拉伸過程中縱向和橫向力的自由控制，無法再現(xiàn)真實工況。雙向夾緊拉伸的實驗方法是利用試件在水平面上的兩個坐標軸方向上對試樣進行拉伸，通過中心區(qū)域的應(yīng)力施加載荷模擬實際工況。

本文參照雙向夾緊拉伸方法建立了雙軸拉伸試驗臺，如圖1所示，圖1a為試驗系統(tǒng)的總體布置圖和裝置分析圖，圖1b為試驗中使用的雙軸拉伸裝置。用于進行單向拉伸試驗的通用試驗機（RG4000）最大載荷為1000KN，精度為5‰，拉伸速度1～500mm/min，配備的加熱箱可實現(xiàn)10～200℃的恒溫控制。

1.2 實驗過程

參考實際生產(chǎn)的成形溫度范圍，采用25℃、80℃、120℃、150℃、180℃5個實驗溫度，拉伸速度為50 mm/min的試驗條件下，對薄膜樣品進行了雙向拉伸試驗，為了記錄效率和方便，試驗從低溫到高溫溫度。

雙軸拉伸試驗可分為兩類：拉伸到斷裂點和拉伸到斷裂之前的極限點，這有助于觀察薄膜邊緣位置的變形和表面質(zhì)量。將夾具放入加熱箱，通過下連桿與試驗機固定端連接，通過上連桿將壓頭與試驗機橫桿連接。移動壓頭接觸膜樣品后停止。把加熱箱加熱到一定的溫度，保溫10分鐘。清零試驗機數(shù)據(jù)讀取器和操作側(cè)的載荷和位移。點擊開始按鈕以一定的速度向上移動橫桿。試驗機通過力傳感器和位移傳感器采集數(shù)據(jù)，并通過線路圖在軟件中顯示。如果測試機軟件顯示的實時負載突然從較高值大幅度下降，則發(fā)現(xiàn)薄膜樣品已破裂，并在停止按鈕上單擊停止測試。打開加熱器箱，將溫度降至60℃，讓橫梁移動一定距離進行卸載。取下夾具并取出薄膜樣品，貼上標簽，放入樣品袋中進一步分析，保存數(shù)據(jù)。

2 實驗結(jié)果分析

圖2顯示了測試后的三個樣品，從圖中可以看出試樣的表面顏色變淺，但沒有白色區(qū)域的出現(xiàn)、隨著拉伸高度的增加薄膜圖案出現(xiàn)模糊等現(xiàn)象，因此樣品的形狀高度和表面質(zhì)量最好在150℃的溫度下。

雙軸拉伸后，得到位移載荷圖像。圖3顯示了試驗機在不同溫度條件下以50mm/min的延伸速度記錄的荷載-位移數(shù)據(jù)的匯總。

圖3顯示隨著溫度的升高，PET薄膜的應(yīng)力隨著雙軸拉伸而逐漸減小。溫度在25℃至180℃時，曲線在拉伸早期具有近似線性的相對應(yīng)力增加階段，類似于單軸拉伸試驗中的線性彈性階段。在此階段之后，荷載相對于位移的加速度將減慢，直到發(fā)生斷裂且試驗停止。

3 結(jié)論

（1）隨著溫度的升高，IMD薄膜的雙軸應(yīng)力逐漸降低，成型高度在150℃時達到最大值。

（2）當(dāng)試驗溫度為150℃時，雙向拉伸試驗卸載后試樣的回彈率最小，試樣無缺陷。因此，150℃為最佳結(jié)成型溫度。在實際生產(chǎn)中，考慮到加熱和冷卻的時間成本，以及溫升的安全性等因素，模具溫度范圍可在120℃至150℃之間進行調(diào)整。

（3）在不同溫度下的IMD薄膜雙向拉伸實驗，載荷和位移曲線表現(xiàn)出相同的變化關(guān)系。

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作者簡介： 肖露云（1983—），女，漢族，湖北荊州人，本科，講師，研究方向：材料成型及控制;曾小軍（1982—），漢族，湖南邵東人，大專，中級，研究方向：工程材料。