V法铸造用EVA吹塑膜与流延膜的热成型性能及各向异性比较
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２０１０年第３期 ２０１０年 ６月 铸造设备与工艺 ＦＯＵＮＤＲＹ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
・消失模与Ｖ法铸造・
Ｖ法铸造用ＥＶＡ吹塑膜与流延膜的
热成型性能及各向异性比较
高明。李倩．叶升平 （华中科技大学国家模具重点实验室，湖北武汉４３００７４）
摘要：ＥＶＡ薄膜是Ｖ法铸造最为关键材料。ＥＶＡ薄膜的成型工艺主要为吹塑膜与流延膜二大类。流延膜 与吹塑膜最大区别在于薄膜的纵向和横向特性不同。本文在热成型箱实验中设置泡沫栅栏，模拟薄膜在复杂铸 造模具上的覆膜过程，研究栅栏的高度及栅栏间的距离对薄膜成型性能的影响：针对这两种薄膜的各向异性，分 别作了横向和纵向成型的对比研究。实验结果揭示了吹塑膜和流延膜的不同的热成型性及其各向异性特点。 关键词：流延膜；吹塑膜；热成型；各向异性，Ｖ法铸造 中图分类号：ＴＧ２４９．９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７４—６６９４（２０１０）０３—００２７—０４
Ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ
Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ＥＶＡ Ｂｌｏｗｉｎｇ Ｆｉｌｍ ａｎｄ ＥＶＡ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｆｉｌｍ ｉｎ Ｖ－ｃａｓｔ
ＧＡＯ Ｍｉｎｇ，ＬＩ Ｑｉａｎ，ＹＥ Ｓｈｅｎｇ－ｐｉｎｇ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｄｉｅ＆Ｍｏｕｌｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＨｕｓｔ，Ｗｕｈａｎ Ｈｕｂｅｉ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＥＶＡ ｆｉｌｍ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ Ｖ—ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＥＶＡ ｆｉｌｍ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｌｏｗｉｎｇ ａｎｄ ｃａｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｓｔｉｎｇ ｆｉｌｍ ａｎｄ ｂｌｏｗｉｎｇ ｆｉｌｍ ｉｓ ｔｈｅｉｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｎｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｂｕｂｂｌｅ ｆｅｎｃｅｓ ａｒｅ ｓｅｔ ｉｎ ｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｓｔ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｉａｍｉｎａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃａｓｔｉｎｇ ｍｏｌｄ ｏｆ ｆｉｌｍｓ ａｎｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｅｎｃｅ ｈｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｅｎｃｅｓ ｏｎ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｉｌｍ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｆｏｒｍｉｎｇ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ ｆｏｒ ｔｈｅｉｒ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈｅｉｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍｉｎｇ ａｎｄ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｓｔｉｎｇ ｆｉｌｍ，ｂｌｏｗｉｎｇ ｆｉｌｍ，ｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍｉｎｇ，ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ，Ｖ－ｃａｓｔ
真空密封造型法也称负压造型法或减压造型 法．国外取真空英文Ｖａｃｕｕｍ字的字头，而简称为
Ｖ法，起源于日本。它是利用塑料薄膜抽真空使干砂
成型，所以誉为第三代造型法，即物理造型。由于它 不使用黏结剂，落砂简便，使造型材料的耗量降到 最低限度，减少了废砂，改善了劳动条件，提高了铸
件表面质量和尺寸精度，降低了铸件的生产能耗。 是一种很有发展前途的先进的铸造工艺。其铸造过
程如图１所示。薄膜式Ｖ法铸造的最大特点，也是 其主要材料之一，主要源于以下二点：①Ｖ法铸造
通过薄膜来实现砂型的制作，故其在热态下综合性 能的好坏直接决定了砂型的质量和复杂程度：②薄 膜与型砂表面砂粒及铸造用涂料直接接触，间接对
铸件的表面质量产生很大的影响。所以塑料薄膜的
选用成了Ｖ法铸造生产的关键。
收稿日期：２０１０—０３—１１ 作者简介：高明（１９８９一），女，华中科技大学材料成型及控制工程系 大三学生。 ｇ）合箱 ｈ）浇注后取出零件 图１ Ｖ法铸造工艺流程简图
・ ２７ ・
铸造设备与工艺 ２０１０年第３期
随着Ｖ法铸造应用程度的不断加深，应用领域
日益扩大，对铸造用塑料薄膜性能特别其是热成型 成型性的要求越来越高。所谓成型性是指薄膜加热 烘烤到一定温度时，薄膜在模样上吸覆而不发生破
裂时所具有的能力。乙烯一醋酸乙烯酯共聚物（Ｅ—
ＶＡ）塑料薄膜由于其软化点低，成型性能好，能够在 比较复杂的模具表面成型等特点，在Ｖ法铸造中被
广泛采用。近几年ＥＶＡ薄膜在国内市场的需求日 益突出，国内许多公司对薄膜的材料和生产工艺进
行了大量研究，希望可以进一步提高薄膜的综合性 能。
ＥＶＡ薄膜的生产工艺分为吹塑成型和流延成 型二种。吹塑成型（图２）是将熔化树脂经挤压通过
环形吹膜口吹胀成环状薄膜，经成型牵引．再经几 道滚轮滚平的成型方法。
图２ 吹塑膜成型示意图 流延成型 （图３）是将熔 融塑化的热成
型塑料通过２
个以上的平行 异向旋转辊筒
间隙，使溶体受 到辊筒挤压延 展、成型而成为
具有一定规格尺寸和符合质量要求的连续片状制
品，最后经自然冷却成型的方法。
冷却辊 生产工艺的 不同直接导致吹 塑膜和流延膜性
能上的差异。在 实际生产中针对
复杂程度不同的 模具采用何种薄
膜及如何覆膜已 图３流延膜成型示意图 成为生产企业所 关心的重要问题。为此，本课题对现今Ｖ法铸造中
常用的两种ＥＶＡ薄膜——吹塑膜和流延膜的热成
型及各向异性进行了研究和比较，希望能够对Ｖ法 铸造中各生产企业提供一些指导性的意见。
１试验条件及方法
１．１试验材料及设备 试验选用材料：厚度为０．１２２ ｍｍ的流延ＥＶＡ
膜和厚度为０．１２５ ｍｍ的吹塑ＥＶＡ膜。泡沫栅栏为
・２８ ・ 泡沫聚苯乙烯材料切割而成。 试验设备：热成型箱（外轮廓４２０ ｒａｍ￣４２０ ｍｍ￣
２００ ｍｍ，内轮廓为３８０ ｍｍ￣３８０ ｍｍ￣６３０ ｍｍ，壁厚 为１ ２ ｍｍ），箱体固定在真空抽气室上方．四壁与抽气 室上表面密封良好。抽气室用５ ｍｍ厚铁板制成，铁
板中心均匀分布数孔，空的直径为６ ｍｍ；烘烤架是并 排安装的８根电阻丝加热管，加热功率为４．２ ｋＷ，放
置在箱上方２００ ｍｍ～２５０ ｍｍ处（参见图４）；
１．２试验原理 热成型性是指薄膜加热烘烤到一定温度时，薄 膜呈现镜面时．薄膜在模样上吸覆而不发生破裂时
所具有的成型能力。薄膜的热成型性能不仅与传统 拉伸系数（极限拉伸深度与拉伸箱的内壁宽度的比
值）有关还与拉伸时覆膜面积有关。本试验设置新 的指标：热成型面积比Ｋ＝Ｓ／Ａ，Ｓ为泡沫底板在栅栏
间的面积， 为５加上栅 栏的侧面积之和。
试验中所用材料即 流延膜与吹塑膜的原料
相同．都为ＥＶＡ薄膜，但 成型工艺的不同使得生
产出来的薄膜的内应力 分布各不相同。本试验分
别比较二种不同的薄膜 覆膜成型结果．并以此为 依据判断薄膜内部内应 图４烘烤箱和透明热成型箱
力的宏观表现．由此分析薄膜工艺对薄膜造型方面 的影响及其相关使用环境。 ｌ＿３试验准备 将泡沫板逐块放成型进箱内，垫高到需要的高 度。经过多组试验，本试验决定固定成型深度，即控
制最上层的与成型箱截面积相同大小的泡沫板距箱 口高度日为２３０ ｍｍ，应注意不要堵塞箱底的真空抽
气孔。制作两块ｈ￣ｌ￣ｂ＝ｌＯ０ ｍｍ￣３８０ ｍｍ￣３２ ｍｍ的泡 沫栅栏用于试验中并放最上层泡沫板上．同时裁剪 若干张４２０ ｒａｍ￣４２０ ｍｍ的薄膜。整个试验二维设
计简图５。
实验方案一 实验方案二
图５试验的二维设计图 ２０１０年第３期 高明，李倩，叶升平：Ｖ法铸造用ＥＶＡ吹塑膜与流延膜的热成型性能及各向异性比较 铸造设备与工艺
１．４试验过程（薄膜热成型） 将薄膜平铺在箱的上表面，用铁夹把薄膜固定
在箱的上边沿，使薄膜平铺。用烘烤架加热薄膜，直 到其表面软化至镜面状态后开启真空抽气设备对 箱内进行抽负压而使薄膜下拉，观察能否覆膜成
型 通过调整栅栏数目和栅栏之间或栅栏与箱壁之间 的距离达到调整热成型面积比的目的。试验方案一：
设置栅栏数目为２，栅栏问中心距离 为１２０ ｍｍ、１００
ｍｍ．所对应的热成型面积比Ｋ分别为０．３０６和 ０．２５４：试验方案二：栅栏中心距箱壁一侧距离 分 别为１２０ ｍｍ、１００ ｍｍ，所对应的热成型面积比ｎ分
别为０．５１０和０．４５６。将两种膜分别按照以上试验方
案进行试验．并对每组设定的参数分别做一组横向 和纵向的对比试验。观察不同热成型面积下的薄膜
覆膜情况，比较两种膜的热成型和各自的各向异性。
２试验结果与分析
２．１试验数据结果记录 其中，表１为试验方案一的试验结果，表２为
试验方案二的实验结果。
表１试验方案一数据 ＥＶＡ流延膜（Ｏ．１２２ ｍｍ） ＥＶＡ吹塑膜 ：０．１２５ ｍｍ） Ｌ／ｍｍ 纵向 横向 纵向 横向 １００ 未成型 未成型 未成型 未成型 １２０ 成型 未成型 未成型 未成型
注：此中￡均指两栅栏之间的中心线距离
表２试验方案二数据
ＥＶＡ吹塑膜（０．１２５ ｎｌｍ） ＥＶＡ吹塑膜（Ｏ．１２５ ｉｎｌｌ１） Ｌｌｍｍ 纵向 横向 纵向 横向 ｌｏｏ 成型 未成型 成型 未成型 ｌ２０ 成型 未成型 未成型 成型
注：此中，Ｊ均指栅栏与箱壁之间的距离
２．２流延膜横向与纵向的热成型比较 图６为表观厚度为０．１４２ ｍｍ实际厚度为 ０．１２２ ｍｍ的流延膜在中心距Ｌ＝１２０ ｍｍ的２个栅
栏上的覆膜情况，此时的热成型面积口比为０．３０６。 通过图６可以明显看出，流延膜在横向方向上
基本未覆膜．存在明显的桥接现象但膜并未破损： 而相比之下．流延膜在纵向上则成功覆膜且无任何
圆角现象出现。 改变栅栏之间的距离 ，发现当Ｌ＝ＩＯ０ ｍｍ即
热成型面积比０为０．２５４时．纵向覆膜过程出现圆 角，膜无法完全贴合侧壁导致成型失败。横向覆膜 ａ）流延膜横向覆膜情况（未成型） ｂ）流延膜纵向覆膜情况（成型） 图６流延膜在ａ＝Ｏ．３０６时覆膜成型情况
在两个栅栏的情况下都无法成功进行。
通过上述比较可以发现，流延膜存在明显的各 向异性即纵向的热成型远远高于横向．二者的热成
型面积差百分比 （６＝两者之差／横纵向）出现差异时 的ａ＝ｌ１．８４％。
２．３吹塑膜横向与纵向的热成型比较 图７为厚度为Ｏ．１２５ ｍｍ的吹塑膜在一个栅栏 且￡ －－１００ ｍｍ．热成型面积比 为０．４５６时的横向 与纵向覆膜成型情况。
一一
ａ）吹塑膜横向覆膜情况（未成型） ｂ）吹塑膜纵向覆膜情况（成型）
图７吹塑膜在ａ＝０．４５６时的覆膜成型情况
由图７可以看出，此时的吹塑膜横向未成功成
型且左侧存在严重的桥接现象：而纵向却完好无损 地成功成型。继续改变 至１２０ ｍｍ即ａ＝０．５１０，发 现此时横向能够成功成型。
分析可知，吹塑膜也存在着与流延膜相同的各 向异性，但其纵向与横向之间的６＝１６．９９％，略小于
