热成型工艺指南
蠕变（顶部）、真空成型（中部）和压缩成型（底部）工艺。
最近，由于Abaris客户对形成聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）芯提出的问题，热成型硬质泡沫芯板引起了我的关注。在对PMI材料进行了一些研究后，我们找到了答案，并为客户提供了解决方案。然后我们决定收集其他普遍使用的泡沫芯材料的数据，供我们内部使用。我们学到的一些东西在这里分享。
泡沫芯板可能很难热成型，因为这些产品往往具有极低的传热系数（HTC- heat transfer coefficient）和较高的隔热（R）值。这些性能受到泡沫密度和材料厚度变化的影响。密度越高，达到温度所需的时间就越长，形成它所需的压力也就越高。此外，当厚度太大时，材料不能在横截面上均匀加热，使其不太适合成型。由于这些原因，成形通常仅限于厚度≤25.4毫米（1.0英寸）的板材。任何比这更厚的都可能需要铸造/模制成所需的形状，用更厚的块料加工，或选择另一种芯材。此外，通常，热成型的最小内弯曲半径是芯厚度的两倍（例如，25.4毫米（1英寸）的芯厚度需要50.8毫米（2英寸）的内半径）
闭孔泡沫板容易吸湿。低密度泡沫芯通常比高密度芯吸收更多的水，因为表面孔的面积更大（表面空隙尺寸更大）。大多数制造商建议在成型前进行干燥处理，然后在叠层或粘合前进行受控储存。此外，一些核心材料需要热处理以尽量减少脱气，尤其是在加工过程之后。调节泡沫大大降低了表面的化学活性，否则可能会在下一次操作中与用于粘合芯的树脂或粘合剂发生负面反应。
并非所有泡沫芯材都是可成形的；然而，大多数制造商都规定了哪些产品可以成型，哪些不能成型。数据表可用于列出物理、机械和热性能的选定配方，这些是开发良好热成型工艺所必需的。每种类型芯的理想成型温度略高于玻璃化转变温度（Tg），显著低于熔融温度（Tm）。
Airex（PVC和PET）芯材可热成型，具有一系列芯材类型、密度和加工温度，如表1所示。
表1. Airex芯的热成型温度。
Last-A-Foam（PU）FR-4300系列芯在制造商的产品选择中被列为公司首选的热成型配方。核心类型、密度和加工温度见表2.。
表2. Last-A-Foam FR-4300系列芯的热成型温度。
Rohacell（PMI）泡沫芯材都是可热成型的。核心类型、密度和加工温度见表3.。
表3. Rohacell泡沫芯的热成型温度。
成型方法和工装要求
热蠕变成形
图1. 这种方法使用砂袋在烤箱中加热时将型芯成型为模具。
该方法在横跨阴模的芯板上使用沙袋（或类似的加重方法），然后将其放入烤箱中加热至成型温度，然后用适当的砂袋冷却（图1）。这种方法也可以适用于使用带有基础工具和加重上部工具的匹配模具设置。
真空成型
图2. 该方法使用柔性真空袋在烤箱或热压罐中加热后将型芯形成模具。
真空成型可以在烤箱或热压罐中使用真空袋作为内部柔性膜进行（图2）。一层轻质、可拉伸、透气的材料用于将芯夹在袋内，并在工具和芯之间提供透气路径和滑动表面。在施加全真空之前加热到成型温度，如果适用于较厚或密度较高的材料，则施加热压罐压力。
自适应模具的热成型潜力
Adapa（丹麦奥尔堡）、Curve Works（荷兰莱茵河畔阿尔芬）和bespline（加拿大魁北克舍布鲁克）开发了可重构/适应性模具技术，为热成型泡沫芯提供了额外的真空成型选择。他们使用可根据CAD文件在几分钟内转换的数字可重构表，实现了复杂弯曲结构的生产，而不会浪费传统一次性模具的时间。这些模具是热成型单曲和双曲泡沫板和套件，例如，用于生产迪拜未来博物馆的内部大厅，以及波士顿造船厂等生产造船厂。
压缩成型
图3. 该方法使用预热的芯板放入压机中的匹配模具组中，对芯进行热成型。
用于形成复杂形状以达到精密公差，压缩成型使用安装在低压压力机中的加热金属匹配模具组。在放入模具之前，将泡沫板加热到其成型温度并保持适当的时间。这是通过将多区热风炉直接放置在压机上完成的。然后，在从模具中取出之前，将芯冷却到稳定的温度（图3）。
在尝试全面的热成型工艺之前，建议读者尝试他们打算使用的实际芯材（类型、密度和厚度），并确定成功成型材料所需的理想成型温度和压力。这可以通过使用按比例缩小的蠕变成形装置来实现，在该装置中，芯部由块支撑，在中心称重并加热直到下垂。这将为开发正式的热成型工艺提供一个良好的起点。
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注：原文见，《 Guidance for the thermoforming process 》 2024.7.17
杨超凡 2024.7.18
