片材进料 / 辊式进料
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高分子材料大家都不陌生，橡胶、塑料、纤维这三大高分子材料早已被各位老司机们玩出许多花样。
可能很多CMF萌新不太明白，高分子材料的名称从何而来呢？
有过高中化学基础的同学想必还记得聚合链这个概念，当几百万的有机物结构单元通过化学键（分子间的胶水）结合在一起时，就成为了拥有独特的性能的材料。这种材料统称为高分子，因为结构单元太多了，导致其相对分子质量很高。
简单的说，我们称呼一个人为胖哥，是因为它体重相对于平常人更高，高分子也一样，相对分子质量太高，所以我们叫它高分子。
在高分子领域的分类上，分子量未达1000者称为低分子，介于1000到10000者称为准高分子或寡聚合体（Oligomer），大于一万以上者称为高分子（Polymer）。一般常用来做成型加工的塑料，其分子量大约在10000到100000之间，而分子量低于一万的寡聚合体则常用来做纺织用树脂、涂料、接着剂、合成树脂等。
有机高分子材料作为生活中必不可少的一员，其加工方法很多。军团之前也写过一篇关于高分子材料加工的工艺：吹塑成型，链接在文末，感兴趣的童鞋可以去点击一下。
这次军团又给大家带来一个关于高分子材料的成型工艺：热塑成型。
热塑成型，又称热成型，是其核心原理很简单，即将热塑性塑料片材加热至软化，在压力环境下，采用适当的模具或夹具进行加工，而使其成为制品的一种成型方法。
片材进料 / 辊式进料
热塑成型进料方式有两种：片材进料和辊式进料。
片材进料
片材通常被切割成适当尺寸以便手工装载。一般用于重型产品应用，例如托盘，浴缸，淋浴盘和行李。
辊式进料
型材由来自辊轴的成卷材料提供。它有时被称为“in-line”过程，因为它是在连续操作中进行热成型，修整和堆叠等一系列操作。
以上两种进料方式被广泛用于生产各类包装，从一次性食品包装，到重型可回收运输包装都可以用热成型进行生产。一些典型的例子包括透明塑料包装，壳式包装，化妆品包装，饮料杯和箱包。热塑成型也可以用来生产照明设备，浴缸和淋浴设备，花盆，标志，自动售货机，小型和大型储罐，摩托车整流罩，汽车的内饰，飞机和火车相关设备，消费电子产品外壳和头盔等。
真空成型 / 压力成型 / 柱塞辅助成型 / 双片材热成型
热塑成型的工艺有四种：真空成型、压力成型、柱塞辅助成型和双片材热成型。
真空成型
真空成型是一个简单的过程，并为其它成型技术基础。真空成型也是这些片材成型方法中最简单和最便宜的。将一片热塑料吹入气室中，然后吸到工具的表面上。它是一个单面工具，所以只有塑料的一面将受到其表面的影响。在压力过程成形中，热的软化片材被压入模具中。更高的压力意味着可以模制更复杂的细节，包括表面纹理。对于相对体积小的物件，该过程能够生产类似于注塑的效果。
首先将一片材料加热至其软化点。但要注意的是每种材料的软化温度是不同的，例如，聚苯乙烯（PS）的软化点为127-182℃，PP为143-165℃。某些材料，如HIPS具有较大的操作窗口（即它们可成形的温度范围），这使得它们更容易热成型。将软化的塑料片材吹进气室，使其以均匀的方式拉伸，然后气流反向，将材料在大约14磅/平方英寸的压力下，通过真空吸到模具表面上。为了有助于空气的流动，气流通道一般设计模具中，它们位于凹槽附近，以尽可能有效地利用空气。
压力成型
在压力成形中，受热软化的塑料片被压入模具中。高强度的压力意味着可以塑造更复杂的表面和细节，包括表面纹理。其产能与注塑相似，比较低。
压力成形与真空成形相反，在大约100psi的空气压力下，将板材模制在模具的表面上。这意味着可以实现更高水平的细节表现。模具上的表面细节将以比真空成形精确得多。表面光洁度也可以更精确地控制，因此功能性是很独特的。
柱塞辅助成型
上述两个方法可以在表面形成比较浅的几何形状。而对于加工表面要求凹凸较深的型材时，就要用到柱塞辅助成型，其塞子的作用是将软化的材料推入凹槽，使其均匀拉伸。
塞辅助成形不仅具有阳模成型的好处，即软化的片材可以吹入气室中使其均匀地延伸，同时能将片材覆盖到阴模中产生局部拉伸。液压塞在板材成形之前会均匀推拉板材，对于深型材可以确保具有足够的壁厚进行加工。否则，材料在抽出气体贴合模具时将撕裂。当空气被抽出时，片材贴合模具轮廓，此时液压塞缩回。
双片材热成型
双片材热成型将上面这些工艺的特性与中空部件的生产相结合。实质上就是两片材同时热成型，并在它们在仍有温度时粘合在一起。这种复杂的工艺比常规的热成型更昂贵。
在双片材热成型中，两个热成型板材会被夹紧，形成封闭的薄壁产品。该产品的两面都能进行热成型加工，不像之前单面的加工工艺。首先夹具将片材转移到加热室中，升高到软化温度，然后上下模具闭合，吸出空气让板材热成型。其中，两个片材是单独热成型的，一旦产品完全形成，它们就被模具夹紧。来自热成型的残余热和长时间接触使得他们紧密粘合。这种粘合具有与母体材料类似的强度。
较典型双片材热成型有吸塑包装（气泡包装），就是很多朋友拿到手上就想捏爆的气泡垫，它也是通过热成型制成。材料在真空成型机的辊上连续生产，并且机器将材料层压，以将空气密封到单个泡罩中，为包装物品提供保护性缓冲。
给设计师的tips
热成型最理想的产品是表面浅层纹理且壁薄的产品，深度超过直径的设计通常不实用。
如果采用插塞辅助成形的方法可以使材料在模具表面上更均匀地拉伸。
有时模具的表面必须设计出纹理，用来协助空气流动，避免气穴形成。这些纹理称为“开放纹理”。
片材进料成型中，用于加工的板材一般是5毫米至12毫米。
辊式进料成型中，材料厚度是有限的，大致为o.1毫米至2.5毫米。
热成型过程中，材料会先受热膨胀，再冷却收缩，收缩率最高高达2%。不同的材料有不同程度的收缩率：例如，ABS将收缩0.6%，而HDPE则为2%。所以设计时通常推荐2°的吃水角。
材料延伸时温度会很高，高温将造成材料成型后，更加起伏和不规则的表面。因此，设计时必须注意避免尖锐的角和三面角。不然将导致边角太薄从而成为受力薄弱点。
关于材料和成本
几乎所有的热塑性材料都可以用热塑成型加工，最常见的是ABS、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）（包括PETG，是PET改性乙二醇）、聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）、高抗冲聚苯乙烯（HIPS）和高密度聚乙烯（HDPE）。
成本方面，模具成本不定，主要取决于零件的尺寸、复杂度和数量。
而压力成型的模具比真空成型贵百分之三十到五十，但总体仍要比注塑模具便宜。
热塑成型另外一个考虑的成本是所选择的工艺和材料厚度。片材进料成型过程通常每分钟能生产1-8件。而辊式进料成型更快，在多腔工具中，每分钟可以生产数百个产品。因为辊式进料成型是自动化的，而片材进料成型一般都是手工去装配的，所以片材进料成型还增加了劳动力成本。
关于成型工艺我们已经聊到了吹塑成型、热塑成型，工艺系列文章军团将持续更新下去，下次我们聊旋转成型、注塑成型，希望能对大家有帮助。
前不久军团推出了吹塑成型技术，有兴趣的童鞋可以点下方图片回顾一下。
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