塑料工程师学会北京分会

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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。

在工业生产中，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。这些膜使成品具有高质量的外观，同时也不会引起安全问题（与挥发性有机物相关）或高制造成本。至于膜的使用，我们可以将其直接铺设在具有简单几何形状的成品部件上，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。随着IMF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。

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....