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华中科技大学硕士学位论文V法铸造 EVA塑料薄膜的评价与应用姓名王雷申请学位级别硕士专业材料加工工程指导教师叶升平20090529华中科技大学硕士学位论文摘要EVA 塑料薄膜是 V 法铸造技术的关键材料，曾由于延伸性能不够，一度阻碍了V 法铸造的发展。随着本世纪 V 法铸造的再度兴起，选择和制造适合于 V 法铸造的EVA 塑料薄膜成为影响其发展的焦点。在此背景下，本文对国内 EVA 塑料薄膜进行全面调研，获取薄膜样品，除国内数家薄膜企业生产的 EVA 薄膜外，还包括日本帝研化工株式会社生产的 V 法铸造专用薄膜。根据 V 法铸造对 EVA 塑料薄膜的各项性能要求，本文对薄膜样品的所有性能指标包括延伸性，热成型性，耐烘烤性，发气量等进行检测，得到实验数据，通过数据对比中外薄膜的性能差别，分析差别原因，为国内薄膜提出改进意见，并验证改进效果。同时，作者积极申请华中科技大学教学实验平台项目并获得经费审批，参与设计和完成 V 法铸造微型生产线。在该试验平台基础上，利用国内外几种薄膜进行覆膜浇注试验，通过覆膜和浇注试验来比较几种薄膜对造型过程和铸件质量的影响。根据所得的实验和检测结果，为了规范和统一国内 V 法铸造用 EVA 塑料薄膜的生产和应用，笔者为为武汉恒德科技有限公司起草和制定了该公司 V 法铸造用 EVA塑料薄膜的企业标准，通过了武汉东湖高新技术开发区质量监督局审批，为 V 法铸造用行业标准提供了参考意见。关键词 V 法铸造 EV A 塑料薄膜延伸性企业标准I华中科技大学硕士学位论文 Abstract The EVA plastic film is the key material of V-process casting, and once obstructed the development of V-process casting because of its inadequate elongation. For these years, V-process casting comes into vogue again for its lower cost and cleaner production, thus, the EVA plastic film is the focus. In this background, this paper investigates the domestic companies of EV A plastic film, and also a Japanese company. The samples of plastic film of these companies are gained for further research. According the requirement for EVA plastic film in V-process casting, the plastic film samples are all tested in different experiments, such as those of elongation, thermal forming, heat resistance etc. The data is to be analyzed to compare the differences among these films. Besides, this paper also applies the experiment platform in Huzahong University of Science and Technology, and finished the platform to test the all performance. Through the test, the comparison obviously shows the difference of the domestic and Japanese plastic films. To regulate and unify the production and application of EVA plastic film of V-process casting in China, and to guarantee the benign competition and product promotion, the author advanced several reference advices for industry standard of EVA plastic film, and these advices are applied in the company standard in Wuhan Hengde technology LTD., which shows feasibility of the industry standard. Keywords V-process casting, EVA plastic film, elongation, company standard II华中科技大学硕士学位论文 1 绪论1.1 选题背景1.1.1 V 法铸造真空密封造型（ The Vacuum Sealed Molding Process Casting）又叫负压造型，简称 V法铸造，被称为第三代造型方法，该工艺是 1971年春由长野县工业试验所与该县的秋田有限铸造公司合作研究成功的。这种造型工艺的最大特点是采用完全不含水分、粘接剂和其他附加物的型砂，利用塑料薄膜密封型砂抽负压造型 [1,2] ，用塑料薄膜经加热后在带有通气孔和抽气装置的模样上覆膜成型，放砂箱后填入干砂并振实，再覆一层薄膜密封砂箱，依靠真空泵抽出型内气体，在一定的真空度下砂粒之间失去相对运动从而使砂子得到紧实，形成所需的型腔 [3 ,4] ，即其工艺流程图为模样上覆膜（吸膜）→刷涂料→涂料干燥→加砂→振实→起模→下芯→合箱→浇注→落砂 [5] 。V法的工艺流程如 1-1图所示a b c d 1华中科技大学硕士学位论文 e f g h 图 1-1 V 法铸造流程图a 烘薄膜至软化 b 抽负压覆膜 c 加砂箱 d 填干砂并紧实 e 刮平砂表面并放置浇口杯f 释放抽气室负压后取模 g 合箱 h 浇注后取出零件1.1.2 V 法铸造的发展日本是 V法铸造的发源地， 1971 年日本长野县工业试验所和秋田株式会社合作研制成功了 V法铸造。 1971 年 12 月新东公司取得专利制造权，对 V法的基础工艺和设备进行共同开发 [6] ， 70 年代初 V法造型工艺传入美国、俄罗斯、德国、法国、前苏联等国家，自 V法造型工艺投入使用以来，用于生产工程机械配件、耐磨衬板件、汽车配件、浴盆、船用锚、铁路道岔、门窗、车床床身和钢琴弦排件以及栏杆、工艺美术品等 [7,8] 。中国自 20世纪 80年代开始引进此项技术，国内的上海、武汉、北京、沈阳和合肥等铸造界的科技人员对 V法铸造进行研究 [9]。其中，华中科技大学（原华中理工大学）曹文龙最先在国内从事 V法铸造的研究，从 1976年起，先后在武汉工程机械厂、解放军 3604厂和武汉重型机床厂合作，进行 V法铸造实验和应用，并荣获 1978年全国科学大会奖。1986年山海关桥梁厂，从日本新东公司进口的法造型生产线生产铁道道岔，年产万吨道岔铸件，至今还在运行； 1992年安徽安东铸造有限公司进口日本新东公司 V2华中科技大学硕士学位论文法造型线生产叉车平衡重。 1999年山西华翔集团公司引进日本新东公司 V法造型线生产出口平衡重铸件，年产量达 3万吨。表 1-1为我国 4家 V法企业其生产情况。表 1-1 我国引进国外 V法铸造设备和生产情况 [10]企业名称设备产地生产铸件引进年份产量 /万 t 安徽日立铸造有限公司日本新东叉车配重 1991 2.0 威玛（山东）铸铁锅炉有限公司中国设备锅炉片 1996 0.5 河南汝州天瑞集团铸造有限公司德国 HWS 摇枕侧架 2005 3.0 青岛堡立集团日本新东叉车配重 2005 2.0 双星机械总公司铸机公司 2005 年承接制造国内最大的一条 V法造型线，开中国大型 V法造型线之先河 [11]。 2007 年底，双星机械总公司攻克 7 项技术难题，应用 5项新兴技术专利，终于研制成功国内首条自主创新、拥有自主知识产权的大型 V法造型线，双星机械也因此走在了国内同行的前列。1.1.3 V 法铸造的优缺点V 法铸造作为第三代物理造型工艺，在很多方面有其他工艺所无法比拟的优点，包括（ 1）由于砂型表面覆盖光滑薄膜，负压使铸型硬度高，轮廓清晰，同时负压利于金属液充填和补缩，从而铸件质量好。（ 2）由于设备和材料消耗少，干砂可反复回收，铸件成品率高，使金属利用率高（铸钢件可提高金属的利用率在 20，铸铁件可达 25[12] ），因此节约成本。（ 3）设备简单，维护方便，对工人技能要求不高，易于管理。（ 4）真空泵对外抽气，空气污染少；无废砂处理，粉尘小，噪音小。虽然 V 法铸造有上文所提到的优点，但是由于自身存在一定的局限性，导致在80 年代和 90 年代发展有一定的停滞。期间，该工艺主要在以下几个方面困扰国内铸造企业（ 1）机械化困难。由于 V 法铸造的是靠负压来保证的，砂型必须始终与真空泵的负压管路相连接，因此砂型的移动受到一定限制；同时，负压供给有限，使造型数量受限，则生产量不容易上去。（ 2）薄膜延伸性不够。铸件要靠塑料薄膜成型和密封，而当时的塑料薄膜的延伸率和成形性有待改善，使铸件的结构受到限制，影响该工艺的扩大应用 [13] 。3华中科技大学硕士学位论文机械化问题通过引用国外设备已解决，尤其是 2007年底，双星机械总公司成功研制国内首条自主创新、拥有自主知识产权的大型 V法造型线，标志着我国的 V法铸造业可以完全摆脱国外进口 V法铸造生产线的历史。因此，塑料薄膜是 V法铸造的主要问题。受塑料薄膜延伸率，成型性的制约， V法铸造难于生产复杂铸件，限制了 V法铸造的广泛应用 [14,15] 。在某种程度上， V法铸造的关键是正确控制和使用薄膜。1.2 课题的意义和研究概况1.2.1 V 法铸造用塑料薄膜V法铸造对覆在木模上成型的塑料薄膜（即面膜）的性能要求包括（ 1）有良好强度和延伸性，保证薄膜有良好的成形能力，尤其是表面形状复杂的零件；（ 2）薄膜内无杂物和气泡，表面无伤痕，尽量避免加热和成型过程中有破裂；（ 3）热塑应力小，成型后弹性消失，薄膜保持成型形状，不会缩回原状；（ 4）不与木模和模板粘黏，易于脱模；（ 5）发气量少，无毒，生成有害气体少；（ 6）价格便宜。V 法铸造用塑料薄膜的最重要的性能是延伸性能。对几种常用的塑料薄膜即聚乙烯 PE，聚丙烯 PP，聚苯乙烯 PS，聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物 EVA，聚氯乙烯 PVC 等进行比较，各自的抗拉强度，破裂伸长率与温度的关系如图 1-2 所示。图 1-2 抗拉强度、破裂伸长率与温度的关系4华中科技大学硕士学位论文比较可以得出聚乙烯薄膜（ PE）的延伸能力差，聚丙烯薄膜（ PP）只有在较高的温度条件下（约 130℃）才具有好的延伸能力，聚苯乙烯薄膜（ PS）仅在 120℃左右才有较好的延伸能力，而聚乙烯醋酸乙烯共聚物薄膜（ EVA ）的延伸能力，在6080℃比较理想的。聚氯乙烯薄膜（ PVC）虽然具有比较好的延伸能力，但它在气化时会分解出氯化氢等有害气体 [16] 。因此， EVA成为 V法铸造用塑料薄膜的首选材料。1.2.2 EV A 塑料薄膜EVA，乙烯醋酸乙烯共聚物（ Ethylene vinyl acetate copolymer），它是由无极性、结晶性的乙烯单体（ C2H4）和强极性、非结晶性的醋酸乙烯单体（ CH3COOC2H3）在引发剂存在下经高压本体聚合而成的热塑性树脂 [17,18] 。与聚乙烯 PE 相比，由于分子链上引入了乙酸乙烯单体 VA ， EVA 结晶度降低，极性增强，其柔韧性、透明度、耐环境应力开裂性和耐低温性得到提高，但随之它的拉伸强度、硬度和熔点则有所下降。 EVA共聚物的极性还使其粘性增强 [19,20] 。一般来说， EVA 共聚物的物理、化学性能主要取决于分子链上 VA 的含量及产品的熔体流动指数 MI 。 MI 的大小对 EVA 树脂的机械性能、流变性以及 ESCR之间的依存关系相当明显 [21,22] 。表 1-2 、表 1-3 分别列出了不同 VA 含量和不同熔体流动速率对 EVA物性的影响。表 1-2 不同 VA 含量对 EVA 物性的影响VA 含量 / 9 12 15 18 25 28 熔体流动速率 /g.10min -1 2.0 2.5 2.5 2.5 3.0 3.0 拉伸强度 /MPa 21.0 21.0 22.4 23.1 26.6 29.4 断裂伸长率 / 675 800 850 850 900 900 软化点 / ℃ 167 193 188 199 188 171 表 1-3 不同熔体流动速率对 EVA 物性的影响熔体流动速率 /g.10min -1 3 6 25 43 110 151 拉伸强度 /MPa 29.40 24.50 11.20 9.80 5.95 5.60 断裂伸长率 / 900 900 900 900 900 900 软化点 / ℃ 171 155 127 110 90 88 5华中科技大学硕士学位论文从表 1-2、表 1-3可以看出， VA 的含量对 EVA 的物理力学性能影响很大；而在 VA含量一定的情况下，随着熔体流动速率的增加，拉伸强度、热性能及刚性也有较大的改变。 VA 含量高的产品通常用作粘合剂，而 VA 含量低的产品主要用作吹塑薄膜、挤出型材和注塑模塑材料；熔体流动速率较高的 EVA产品用于注塑，而用于型材挤出和薄膜吹塑等则选用低熔体流动速率的 EVA 产品 [23] 。EVA薄膜具有透明度高、抗冲击韧性好、热稳定性好、无毒、透气性好、低温下收缩率低等优点，可用做农地膜，包装膜、医用膜、层压膜、铸造膜等。农地膜的 VA 含量在 6～ 12，具有光透过率高，保温能力好，良好的耐老化性、防雾滴性等 [24] ；用作包装冰和冷冻食品的 EVA 冰袋树脂通常 VA 含量为 5～ 15，制造拉伸膜的 EVA通常 VA 含量为 10～ 20，医用薄膜一般 VA 含量为 9～ 28， VA含量为 18～ 28的 EVA 共聚物用做共挤出和层压薄膜，主要用在食品包装领域 [25] 。V法铸造用塑料薄膜的 VA含量通常在 1419， MI 的范围在 1.72.4g/10min，这种薄膜具有伸长率大，方向性小，热塑应力小，加热温度敏感性小，软化温度范围大等特点 [26] ，能够充分满足 V法铸造的需要，使其成为 V法铸造用塑料薄膜的理想材料。1.2.2 V 法铸造用塑料薄膜的发展由于薄膜成为 V 法铸造的瓶颈，自 V 法铸造发明以来，国内外也一直在研究改进该工艺的方法，据笔者的总结，改进主要是从薄膜材料和成膜方法和两方面来进行的。在薄膜材料方面，国内外一直在研究能满足 V法铸造的高延伸性的薄膜材料，日本在这方面的研究进展显著，日本曾研制出高延伸率的橡胶质薄膜，其室温下成型能力可达 56（传统薄膜烘烤后为 1.11.3） [27] 。另外国外还试制成功了赛纶（ Syrlyn），是一种离子聚合树脂薄膜，还有低密度聚乙烯薄膜（ LDPE）和可溶性尼龙等等 [28] ，这些材料都具有很好的延伸性和成型性。在薄膜成型工艺方面，有多种方法可以改进薄膜的成型能力，如（ 1）使用溶剂如喷水或水蒸汽软化薄膜，使其不用加热，真空负压就可能成型；（ 2）用粉末树脂喷涂到模样上加热成膜，粉末材料为聚乙烯，聚丙烯等；（ 3）将纤维素材料溶于挥6华中科技大学硕士学位论文发性有机溶剂形成溶液喷涂到模样上，溶剂挥发而留下纤维素薄膜 [29] 。我国也在很早就开始了这方面的研究，主要集中在喷涂成膜技术上。在 1981年华中工学院配制了二醋酸纤维素，用作喷涂成膜材料，硅橡胶做脱模剂，能够一次涂覆成型，并浇出图案和轮廓清晰的铸件 [30] ；在 1985 年研制出一种 VMP-1 型树脂，由醋酸乙烯酯（ VAc）和甲基丙烯酸酯（ MMA ）的共聚物、 PVAc和 PMMA 三者的共混物组成，对其脱模性，气密性，力学性能和热性能进行分析，并通过浇注试验，验证该方法也能很好的满足 V法铸造的要求 [31] 。 1998 年北京科技大学配制了快速成膜剂，喷涂成膜，膜厚约 0.400.60mm。用该方法浇注 Zn-Al 合金的空心圆柱体铸型，获得良好的铸件质量。该文作者认为，该喷涂的成膜配剂，可以替代 EVA薄膜应用于传统 V法无法覆膜的复杂有色金属件的 V法生产，特别是深宽比小于 2.39，大于 1.2的铸件 [32] 。另外，国内外也在探讨新型的 V法造型工艺来解决薄膜的限制问题，如结合消失模和 V法铸造的工艺而形成的真空实型铸造（ V-EPC）工艺，能提高铸件耐磨性，铸件组织更致密，适用于搅拌机叶片，耐磨机磨球等的铸造 [33] 。北京科技大学在 1998年尝试压力真空铸造（ P-V）工艺，指金属液在压力下冲入真空密封铸造，能生产轮廓清晰、尺寸精度较高、壁厚较薄的黑色金属铸件 [34, 35] 。虽然以上方法在试验阶段均能获得良好的效果，尤其是延伸率和解决复杂型腔成型方面。但是，这些方法在实际应用中存在操作复杂，费时，成本高等问题，使 V法铸造失去了批量生产的优势，因此这些成果始终未具备广泛推广的条件。1.2.3 V 法铸造用 EVA 塑料薄膜企业从 V法铸造发展至今，被广泛采用的塑料薄膜仍是传统的 EVA薄膜 [36,37] 。国内经过十几年的发展和探索，逐渐从喷涂成膜转向 EVA塑料薄膜的应用中来。到目前为止，国内 V法铸造 EVA塑料薄膜的生产企业已有 5 家，被铸造企业普遍使用的薄膜主要来自于武汉恒德科技有限公司，南京金永发塑胶制品有限公司和北京隆塑包装制品有限公司等。1. 武汉恒德科技有限公司武汉恒德科技有限公司是一家专业从事 V 法铸造 EVA 薄膜研发、生产、销售和7华中科技大学硕士学位论文技术服务的高新科技企业，先后为天津英昌钢琴、合肥 TCM 叉车、林德叉车、北京菲美特、陕西华翔、河南天瑞集团等数百家铸造企业提供产品和技术支持。该公司现有四条 EVA 负压铸造模生产设备，可生产宽幅 1 米至 2.8 米无中缝，展开达 5.6 米宽，厚度 0.08mm 至 0.35mm的各种型号铸造薄膜， 2007年年产达到 1300吨，满足了国内数百家 V 法造型企业不同需求。恒德公司不断改进基于 EVA 的 V 法专用塑料薄膜，其 VA 含量为 18 20，维卡软化点为 70℃ 。另外还添加山茶植物油提炼的外润滑剂等辅料，可防止粘膜。该公司为实验用提供的薄膜（以下简称恒德膜）数据如表 1-4表 1-4 恒德膜（ 0.080.25mm 厚）的特征EVA薄膜性能恒德薄膜横向 20.1 ～ 25.0 断裂强度（ MPa）纵向 19.7 ～ 26.0 横向 589 极限延伸率（％）纵向 717 2. 北京华盾包装制品有限公司北京华盾隆塑则是一家塑料包装材料专业生产厂家，引进国际水平的吹膜机组和国内一流的三层共挤吹膜机组生产各种薄膜、印刷、复合、分切及制袋等产品。该公司生产的铸造膜，厚度 0.10.25mm，宽度 8003000mm，造型成功率根据铸件尺寸的不同，已达到 9395，使用效果等于国外同类产品的质量水品。该公司为实验提供的薄膜（以下简称华盾膜）性能数据如下表 1-5 所示表 1-5 华盾膜（ 0.100.22mm 厚）的性能特征项目技术指标拉伸强度 Mpa（纵横向） ≥ 15 断裂伸长率（纵横向） ≥ 500 直角撕裂强度 KN/m （纵横向） ≥ 40 塑性变形率（纵横向） ≥ 75 3. 南京金永发塑胶加工制品有限公司8华中科技大学硕士学位论文该公司是国内最早引进国外技术从事 EVA功能型薄膜加工的合资企业，拥有三条进口流延挤出机和一条进口贴合机，能同时从事跨行业多品种的产品生产，产品包括 EVA夹胶玻璃胶片、 EVA太阳能电池组件封装膜， EVA-V 法铸造膜等。该公司提供 EVA-V 法铸造膜的最大宽幅可达 2.15m，厚度范围在 0.080.20mm，可根据客户使用全电脑在线监测控制的测厚系统，产品厚度误差控制在± 0.005mm之内，能有效保证膜的厚薄均匀性。该公司的薄膜（以下简称南京膜）的物理性能如下表 1-6 所示表 1-6 南京膜的性能特征检测项目产品厚度标准 0.15mm 产品厚度标准 0.11mm 极限延伸率，横向 /纵向 890/900 横向 /纵向 820/950 断裂强度， MPa 横向 /纵向 22.5/24.1 横向 /纵向 21.2/22.7 另外，根据该公司在上海是塑料研究所检测中心的检验报告，其生产的浴缸用膜（ 9）的拉伸强度为纵向 24.2MPa，横向 27.2MPa，断裂伸长率为纵向 716，横向 764； EVA 真空铸造膜（ 3）的拉伸强度为纵向 24.3MPa，横向 26.7MPa，断裂伸长率为纵向 824，横向 764。4. 日本帝研化工株式会社日本帝研化工株式会社生产的 EVA 塑料薄膜，国内有少数几家铸造企业在使用，如大连伊藤机工有限公司。薄膜为 0.05mm，密度 0.930.94g/cm3，软化点 6070℃，延伸率为 550800，破断强度 6080MPa50℃ ，热收缩率 3545（ 110℃），另外，塑性变形率 8590（ 50℃）。1.3 主要研究内容和目标随着国内外对 V法造型线的不断开发和探索， V法铸造的机械化生产已经走上轨道，尤其是我国拥有自主知识产权的大型 V法造型线的开发成功，我国的 V法铸造必将走上一个新的台阶。如何获得最适用于 V法铸造的塑料薄膜，以适应目前国内 V法铸造的不断向前发展，是当前 V法铸造的发展要求。因此，评价和验证现有的 V法铸造用塑料薄膜，推9华中科技大学硕士学位论文进其标准化的应用进程，成为本文的课题。本文的主要研究内容和目标包括1. V法铸造用 EVA塑料薄膜的测试本文基于全国消失模与 V法铸造技术委员会与武汉恒德科技有限公司的横向合作项目“ V法铸造技术公关与市场开发”，设计和完成一系列实验，包括设计和制造日本所采用的拉深箱进行薄膜的深拉成型测定，以及薄膜的断裂伸长率、耐烘烤性等特征的测试，对国内市场上现有的 V法铸造用 EVA 塑料薄膜进行检测，这些薄膜包括武汉恒德科技有限公司生产的 EVA真空铸造膜，南京金永发塑胶加工制品有限公司的 EVA铸造膜，以及日本生产的 EVA 薄膜等。根据试验得到的 V法铸造需要的相关参数的数据，并验证这些薄膜在实际生产应用中的可行性。2. V法铸造用 EVA塑料薄膜的实用性验证笔者申请到华中科技大学教学实验平台项目，并获得基金来设计和完成 V法铸造微型生产线。生产线设备完成后，即可用来覆膜造型，浇注铸件。分别通过覆膜造型的效果和浇注铸件的质量来对所测试的几种 EVA 薄膜进行评判和验证其实际应用中的实用性和区别。3. V法铸造用 EVA塑料薄膜的行业标准和企业标准通过上述实验结果和验证效果的对比，笔者将获得适合于 V法铸造的 EVA 塑料薄膜需要具备的性能，并量化为一定的指标。这些指标，将为 V法铸造企业选择 EVA塑料薄膜提供依据，也为 V法铸造专用的 EVA 塑料薄膜的行业标准提供参考意见。根据这些参考指标，笔者为武汉恒德科技有限公司制定了该公司的 V法铸造用 EVA 塑料薄膜的企业标准，并获得了审查组的审批。这些行业标准和企业标准的制定，能有效地促进 V法铸造用 EVA塑料薄膜的规范化和统一性，促使 V法铸造用 EVA塑料薄膜的生产企业为达到这些参数指标，不断改进生产工艺，提升薄膜性能，从而推动我国 V法铸造工艺的推广和发展。10华中科技大学硕士学位论文 2 V 法用 EVA 塑料薄膜性能测试引言根据 V法铸造对 EVA塑料薄膜的性能要求，本文将对薄膜的某些针对性指标进行检测，以甄别国内现有的几种 EVA 塑料薄膜在这些必要指标上的差别，从而为实际生产需要提供参考意见，也为我国 V法铸造用 EVA塑料薄膜的标准化提供制定依据。2.1 薄膜性能对比2.1.1 外观四种薄膜的外观差别是比较大的，基本上可以分别出来各自的差异恒德膜雾状，半透明，比较柔软，膜易揭开，不粘黏；华盾膜雾状，膜面有滑石粉，相对较硬，膜不易揭开；南京膜未经压印的膜透明，质软，两层间较粘；经压印的膜乳白色，不粘黏；日本膜透明，质软，如绸缎，顺滑，易揭开，不粘黏。2.1.2 厚薄均匀性厚薄均匀对 V法铸造用 EVA塑料薄膜来说是很重要的，厚薄一致性能保证薄膜的拉伸性能在薄膜各处一致，分别检测各薄膜，所得的厚薄偏差如表 2-1所示。表 2-1 几种薄膜的厚薄均匀性品种（ mm） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 绝对误差（ mm）相对误差（）0.08 0.08 0.09 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 ± 0.01 1.25 0.16 0.16 0.16 0.16 0.16 0.15 0.18 0.16 0.18 0.18 0.18 ± 0.02 4.38 恒德膜0.31 0.32 0.31 0.31 0.31 0.31 0.32 0.32 0.31 0.30 0.31 ± 0.01 0.65 0.16 0.17 0.16 0.16 0.16 0.15 0.15 0.16 0.16 0.17 0.15 ± 0.01 0.63 华盾膜 0.30 0.34 0.34 0.30 0.32 0.31 0.33 0.33 0.32 0.31 0.33 ± 0.04 7.7 0.06 0.06 0.07 0.06 0.06 0.06 0.06 0.07 0.06 0.06 0.06 ± 0.01 3.33 0.15 0.15 0.16 0.15 0.15 0.15 0.16 0.15 0.15 0.15 0.15 ± 0.01 1.33 南京膜0.30 0.31 0.31 0.30 0.29 0.31 0.30 0.29 0.29 0.29 0.30 ± 0.01 0.33 日本膜 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0 0 11华中科技大学硕士学位论文由上表可以看出， 0.050.10mm的薄膜中，恒德膜、日本膜和南京膜的觉得误差都比较小，尤其是日本膜，基本上厚度偏差为 0，恒德膜和南京膜的厚度偏差为±0.01mm。在 0.120.20mm的薄膜中，恒德膜的厚薄波动范围相对较大，偏离 0.16mm标准值的最大量为± 0.02mm，而华盾膜和南京膜的薄膜厚度波动比较小，波动范围在±0.01mm。在 0.30mm和 0.31mm的薄膜中，华盾膜的厚度波动范围很大，偏离 0.30mm标准值的最大量为± 0.04mm，恒德膜次之，厚度偏差为± 0.02mm，南京膜的厚薄一致性最佳，厚度偏差只有± 0.01mm。日本膜的厚薄控制得非常好，厚度精确；南京膜的厚度始终保持偏差在± 0.01mm的范围内，厚薄比较稳定；恒德膜在厚度小于 0.10mm和大于 0.30mm，即较薄和较厚的薄膜能保持厚度偏差在± 0.01mm，而介于之间的薄膜厚度则相对不够稳定，厚度偏差为± 0.02mm；华盾膜的厚度较不稳定，厚度偏差达± 0.04mm。综上所述，日本膜和南京膜的厚度比较稳定，恒德厚薄不稳定，华盾膜存在一定偏差。2.1.3 常温拉伸性能常温下的拉伸性能，主要是指其拉伸强度和断裂伸长率。拉伸强度是指材料产生最大均匀塑性变形的应力，在拉伸试验中，试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度，其结果以 MPa 表示。拉伸强度越大，变形阻力越大，则薄膜抗撕裂能力越大。断裂伸长率是指试样在拉断时的位移值与原长的比值。以百分比表示（）。断裂伸长率越大，则薄膜的极限变形能力越大，薄膜被拉伸长的范围越大，复制零件形状的能力也就越强。因此，薄膜的拉伸强度和断裂伸长率尽量大比较好。为了直接获得几种 EVA 塑料薄膜的拉伸性能对比，笔者对日本、武汉恒德和北京华盾以及南京的 EVA 塑料薄膜做拉伸强度和断裂伸长率的测定试验，以获得各自的实验数据。薄膜的拉伸强度在湖北省产品质量监督检验研究所测得。检测的主要设备为12华中科技大学硕士学位论文 GJFW930273 电子万能试验机和 GJLS930273 杠杆千分尺。测试标准为 GB/T 1040.3 2006 塑料，采用的试样形状如图 2-1。图 2-1 测试拉伸强度试样形状b1窄平行部分宽度 6mm± 0.4mm ；b2端部宽度 25mm± 1mm ；h 厚度≦ 1mm；L0标距长度 25mm± 0.25mm ；L1窄平行部分的长度 33mm± 2mm ；L 夹具间的初始距离 80mm± 5mm；L2总长≧ 115mm；r1小半径 14mm± 1mm ；r2大半径 25mm± 2mm。测试中使用的试样用冲刀冲切制备，由于 EVA 薄膜具有方向性，所以测试中，制备了其主轴分别沿纵向和横向的两组式样。对三种薄膜分别纵横向各取 5 个样品进行拉伸强度和断裂伸长率的测试，样品厚度为 0.16mm，得到数据如下表 2-2，表 2-3 所示。表 2-2 V 法铸造用 EVA 塑料薄膜的拉伸强度拉伸强度（横向， MPa）拉伸强度（纵向， MPa）样品编号 1 2 3 4 5 平均值 1 2 3 4 5 平均值恒德膜 0.16mm 20.5 21.0 22.4 18.6 19.0 20.3 20.3 21.6 20.7 20.5 24.0 21.4 华盾膜 0.16mm 19.5 24.0 25.5 23.6 15.6 21.6 25.9 22.9 24.3 24.8 22.8 24.1 南京膜 0.16mm 19.8 21.7 21.6 22.7 22.8 21.7 25.2 24.9 23.1 24.8 22.2 24.0 日本膜 0.05mm 24.9 23.2 23.4 24.0 22.6 23.6 27.7 29.1 29.0 24.3 26.9 27.4 13华中科技大学硕士学位论文根据上文可以看出，拉伸强度方面，国内三种薄膜即恒德膜，南京膜和华盾膜的拉伸强度相当，差别不大，也就是说，三种薄膜的抗拉深撕裂能力相似。和日本膜比起国内三种薄膜来要相对大一些，表现出更好的抗拉能力。表 2-3 V 法铸造用 EVA 塑料薄膜的断裂伸长率横向断裂伸长率，纵向断裂伸长率，样品编号 1 2 3 4 5 平均值 1 2 3 4 5 平均值恒德膜 0.16mm 670 825 803 618 764 753 930 988 846 801 894 893 华盾膜 0.16mm 652 778 826 913 612 757 1196 1019 1105 1132 892 1069 南京膜 0.16mm 789 794 727 835 763 780 870 898 895 880 966 900 日本膜 0.05mm 588 655 608 618 610 620 565 616 628 562 634 600 从断裂伸长率的结果来看，恒德膜与南京膜相似，华盾膜的横向断裂生产率与二者相当，但纵向延伸率大得多，也就是说方向性要大一些。日本膜表现出很小的方向性，但由于薄膜厚度较薄的原因，断裂伸长率相对较小，如果厚度同为 0.16mm的话，其断裂伸长率不会小于国内三种薄膜。综合比较来看，日本膜在拉伸强度和断裂生长率上依然有很大优势。而国内的薄膜，南京膜和恒德膜的方向性较小，断裂伸长率和拉伸强度相对较好，且南京膜优于恒德膜。另外，为了更直观的表现薄膜的极限延伸率的差别，笔者在车间现场做了一个小试验。分别在日本膜和武汉恒德膜两块薄膜上画等面积的圆，沿圆的边线将抽气管包裹住，对包裹好的薄膜里吹压缩空气，使薄膜吹胀直至破裂。通过等距离拍摄，截取薄膜胀破瞬间，获得两薄膜吹胀的最大体积，如下图 2-2a， b所示。a b 图 2-2 吹膜泡实验14a 恒德膜 b 日本膜华中科技大学硕士学位论文可以看出，日本膜吹出的气泡要明显大于恒德膜，表明常温下其延伸率比恒德膜相对要大，因此在覆膜成型过程中有优于恒德膜的成型潜力。2.1.4 热成型性能实际生产中，为了获得最大的延伸率，通常都是将塑料薄膜烘烤加热使薄膜软化至镜面后覆膜成型。因此，为了适应实际生产需要，我们有必要对薄膜的热成型性能进行比较。典型的测定薄膜热成型性能的实验是深拉成型，即在一定的宽高比的箱子内测定薄膜能完全拉深成型的极限深度，从而得到薄膜的拉深比。该实验最早是经日本采用的，在华中理工大学曹文龙教授 1980 年编写的真空密封造型一书中已有描述。为了测定几种薄膜的拉深比，笔者根据该书中提到的拉深箱的结构和现有条件，在导师和师弟帮助下，完成了该拉深箱的制作。拉深箱采用有机玻璃做开口箱体的四壁，箱体内轮廓为 380mm 380mm 630mm，壁厚为 12mm。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 5mm 厚铁板制成，外轮廓为 420mm 420mm 200mm 。抽气室上表面铁板中心均匀分布数孔，孔直径为 6mm。另外，在拉深箱上方 200250mm处，放置烘烤架。烘烤架是并排安装的 8 跟电阻丝加热管，加热功率为 4.2KW 。拉深箱的二维图与实物图 2-3a， b如下 [38] 拉深箱内，通过一定厚度的泡沫来调整薄膜拉深的深度，与薄膜接触的泡沫大小尺寸与箱体截面基本相同，泡沫板上钻小孔，保证负压吸薄膜过程通畅，使薄膜不因吸气不足而成型不完全。下层泡沫采用面积相对小的泡沫，只起到垫高，调整深度的作用，同时放泡沫时要注意，不致使箱底铁板上的抽气孔被堵而影响负压的大小。拉深箱的抽气室与外界的真空泵相连接，真空度为 0.04MPa，相当于 400mmHg的大气压。15华中科技大学硕士学位论文 a b 图 2-3 测定薄膜热延伸变形性