IMD热成型薄膜性能试验研究

肖露云 曾小军

摘 要： 本文以IMD热成型薄膜为研究对象，建立了IMD热成型薄膜在不同温度下的双轴拉伸试验装置。实验结果表明，在双轴拉伸试验中，不同温度下双向拉伸载荷与位移曲线变化情况具有一致性。实验处于150℃时，降温卸载后试样的拥有最小回弹率，试样无缺陷，因此该温度是模具的最佳成型温度。在实际生产中，考虑到加热、冷却的时间成本和温升的安全性，可将成型温度范围设定在120℃至150℃之间。

关键词： 双向拉伸;温度;当量弹性模量

IMD薄层材料对冲击强度、耐化学腐蚀性、耐磨性、成形性和高透明性都存在比较高的要求，对大型、深腔件要求更高。通常，IMD工艺中使用的PET材料成型性差，韧性低，不能在大面积覆盖件上生产薄膜。同时，由于PET是一种冷结晶材料，其成形后存在较为严重的变形，限制了其在大型、深腔件中的应用。具有优良综合性能的PC（刚度和韧性平衡，吸水率低，尺寸稳定性好，耐热性和耐低温性）已成为该领域的一种潜在材料，但PC具有应力小、耐磨损、阻燃性差等缺点。聚碳酸酯改性的PC虽然可以改善力学性能，但其透明性较差。因此，IMD技术的研究重点是检测薄膜材料的热塑性性能，以提高热成型质量。

1 实验系统

1.1 实验装置

为了进行双轴拉伸试验，参考了复合纤维材料与金属材料的双向拉伸实验方法。其中，双轴主动拉伸是指将单轴拉伸装置转移到水平方向和垂直方向，并分别控制水平方向和垂直方向上的力的双轴拉伸试验，该方法是单向拉伸实验的集成测试系统。但是它不符合实际拉伸过程中纵向和横向力的自由控制，无法再现真实工况。双向夹紧拉伸的实验方法是利用试件在水平面上的两个坐标轴方向上对试样进行拉伸，通过中心区域的应力施加载荷模拟实际工况。

本文参照双向夹紧拉伸方法建立了双轴拉伸试验台，如图1所示，图1a为试验系统的总体布置图和装置分析图，图1b为试验中使用的双轴拉伸装置。用于进行单向拉伸试验的通用试验机（RG4000）最大载荷为1000KN，精度为5‰，拉伸速度1～500mm/min，配备的加热箱可实现10～200℃的恒温控制。

1.2 实验过程

参考实际生产的成形温度范围，采用25℃、80℃、120℃、150℃、180℃5个实验温度，拉伸速度为50 mm/min的试验条件下，对薄膜样品进行了双向拉伸试验，为了记录效率和方便，试验从低温到高温温度。

双轴拉伸试验可分为两类：拉伸到断裂点和拉伸到断裂之前的极限点，这有助于观察薄膜边缘位置的變形和表面质量。将夹具放入加热箱，通过下连杆与试验机固定端连接，通过上连杆将压头与试验机横杆连接。移动压头接触膜样品后停止。把加热箱加热到一定的温度，保温10分钟。清零试验机数据读取器和操作侧的载荷和位移。点击开始按钮以一定的速度向上移动横杆。试验机通过力传感器和位移传感器采集数据，并通过线路图在软件中显示。如果测试机软件显示的实时负载突然从较高值大幅度下降，则发现薄膜样品已破裂，并在停止按钮上单击停止测试。打开加热器箱，将温度降至60℃，让横梁移动一定距离进行卸载。取下夹具并取出薄膜样品，贴上标签，放入样品袋中进一步分析，保存数据。

2 实验结果分析

图2显示了测试后的三个样品，从图中可以看出试样的表面颜色变浅，但没有白色区域的出现、随着拉伸高度的增加薄膜图案出现模糊等现象，因此样品的形状高度和表面质量最好在150℃的温度下。

双轴拉伸后，得到位移载荷图像。图3显示了试验机在不同温度条件下以50mm/min的延伸速度记录的荷载-位移数据的汇总。

图3显示随着温度的升高，PET薄膜的应力随着双轴拉伸而逐渐减小。温度在25℃至180℃时，曲线在拉伸早期具有近似线性的相对应力增加阶段，类似于单轴拉伸试验中的线性弹性阶段。在此阶段之后，荷载相对于位移的加速度将减慢，直到发生断裂且试验停止。

3 结论

（1）随着温度的升高，IMD薄膜的双轴应力逐渐降低，成型高度在150℃时达到最大值。

（2）当试验温度为150℃时，双向拉伸试验卸载后试样的回弹率最小，试样无缺陷。因此，150℃为最佳结成型温度。在实际生产中，考虑到加热和冷却的时间成本，以及温升的安全性等因素，模具温度范围可在120℃至150℃之间进行调整。

（3）在不同温度下的IMD薄膜双向拉伸实验，载荷和位移曲线表现出相同的变化关系。

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作者简介： 肖露云（1983—），女，汉族，湖北荆州人，本科，讲师，研究方向：材料成型及控制;曾小军（1982—），汉族，湖南邵东人，大专，中级，研究方向：工程材料。