熱成型工藝指南
蠕變（頂部）、真空成型（中部）和壓縮成型（底部）工藝。
最近，由于Abaris客戶對形成聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）芯提出的問題，熱成型硬質泡沫芯板引起了我的關注。在對PMI材料進行了一些研究后，我們找到了答案，并為客戶提供了解決方案。然后我們決定收集其他普遍使用的泡沫芯材料的數據，供我們內部使用。我們學到的一些東西在這里分享。
泡沫芯板可能很難熱成型，因為這些產品往往具有極低的傳熱系數（HTC- heat transfer coefficient）和較高的隔熱（R）值。這些性能受到泡沫密度和材料厚度變化的影響。密度越高，達到溫度所需的時間就越長，形成它所需的壓力也就越高。此外，當厚度太大時，材料不能在橫截面上均勻加熱，使其不太適合成型。由于這些原因，成形通常僅限于厚度≤25.4毫米（1.0英寸）的板材。任何比這更厚的都可能需要鑄造/模制成所需的形狀，用更厚的塊料加工，或選擇另一種芯材。此外，通常，熱成型的最小內彎曲半徑是芯厚度的兩倍（例如，25.4毫米（1英寸）的芯厚度需要50.8毫米（2英寸）的內半徑）
閉孔泡沫板容易吸濕。低密度泡沫芯通常比高密度芯吸收更多的水，因為表面孔的面積更大（表面空隙尺寸更大）。大多數制造商建議在成型前進行干燥處理，然后在疊層或粘合前進行受控儲存。此外，一些核心材料需要熱處理以盡量減少脫氣，尤其是在加工過程之后。調節泡沫大大降低了表面的化學活性，否則可能會在下一次操作中與用于粘合芯的樹脂或粘合劑發生負面反應。
并非所有泡沫芯材都是可成形的；然而，大多數制造商都規定了哪些產品可以成型，哪些不能成型。數據表可用于列出物理、機械和熱性能的選定配方，這些是開發良好熱成型工藝所必需的。每種類型芯的理想成型溫度略高于玻璃化轉變溫度（Tg），顯著低于熔融溫度（Tm）。
Airex（PVC和PET）芯材可熱成型，具有一系列芯材類型、密度和加工溫度，如表1所示。
表1. Airex芯的熱成型溫度。
Last-A-Foam（PU）FR-4300系列芯在制造商的產品選擇中被列為公司首選的熱成型配方。核心類型、密度和加工溫度見表2.。
表2. Last-A-Foam FR-4300系列芯的熱成型溫度。
Rohacell（PMI）泡沫芯材都是可熱成型的。核心類型、密度和加工溫度見表3.。
表3. Rohacell泡沫芯的熱成型溫度。
成型方法和工裝要求
熱蠕變成形
圖1. 這種方法使用砂袋在烤箱中加熱時將型芯成型為模具。
該方法在橫跨陰模的芯板上使用沙袋（或類似的加重方法），然后將其放入烤箱中加熱至成型溫度，然后用適當的砂袋冷卻（圖1）。這種方法也可以適用于使用帶有基礎工具和加重上部工具的匹配模具設置。
真空成型
圖2. 該方法使用柔性真空袋在烤箱或熱壓罐中加熱后將型芯形成模具。
真空成型可以在烤箱或熱壓罐中使用真空袋作為內部柔性膜進行（圖2）。一層輕質、可拉伸、透氣的材料用于將芯夾在袋內，并在工具和芯之間提供透氣路徑和滑動表面。在施加全真空之前加熱到成型溫度，如果適用于較厚或密度較高的材料，則施加熱壓罐壓力。
自適應模具的熱成型潛力
Adapa（丹麥奧爾堡）、Curve Works（荷蘭萊茵河畔阿爾芬）和bespline（加拿大魁北克舍布魯克）開發了可重構/適應性模具技術，為熱成型泡沫芯提供了額外的真空成型選擇。他們使用可根據CAD文件在幾分鐘內轉換的數字可重構表，實現了復雜彎曲結構的生產，而不會浪費傳統一次性模具的時間。這些模具是熱成型單曲和雙曲泡沫板和套件，例如，用于生產迪拜未來博物館的內部大廳，以及波士頓造船廠等生產造船廠。
壓縮成型
圖3. 該方法使用預熱的芯板放入壓機中的匹配模具組中，對芯進行熱成型。
用于形成復雜形狀以達到精密公差，壓縮成型使用安裝在低壓壓力機中的加熱金屬匹配模具組。在放入模具之前，將泡沫板加熱到其成型溫度并保持適當的時間。這是通過將多區熱風爐直接放置在壓機上完成的。然后，在從模具中取出之前，將芯冷卻到穩定的溫度（圖3）。
在嘗試全面的熱成型工藝之前，建議讀者嘗試他們打算使用的實際芯材（類型、密度和厚度），并確定成功成型材料所需的理想成型溫度和壓力。這可以通過使用按比例縮小的蠕變成形裝置來實現，在該裝置中，芯部由塊支撐，在中心稱重并加熱直到下垂。這將為開發正式的熱成型工藝提供一個良好的起點。
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注：原文見，《 Guidance for the thermoforming process 》 2024.7.17
楊超凡 2024.7.18
