V法在EVA塑料薄膜上的性能比较

V法铸造用EVA薄膜的性能主要有外观、厚薄均匀性、常温拉伸性能、热成型性能、耐烘烤性和发气量等。现对三种国产薄膜A、B、C和一种国外（日本）薄膜D的性能介绍如下。

1.外观

四种薄膜的外观差别是比较大的，其结果见表13-12。

表13-12 三种EVA薄膜的外观性能

2.厚薄均匀性

厚薄均匀性对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10种，所得的厚度偏差见表13-13。

表13-13 几种薄膜的厚度偏差

由表13-13可以看出，在厚度为0.05～0.10mm的薄膜中，A膜、D膜和C膜的厚度偏差都比较小，其中A膜和C膜的厚度偏差为0～+0.01mm，尤其是D膜，基本上厚度偏差为0。

在厚度为0.12～0.20mm的薄膜中，A膜的厚度波动范围相对较大，偏离0.16mm标准值的最大量为+0.02mm，而B膜和C膜的厚度波动比较小，波动范围为±0.01mm。

在厚度为0.30mm和0.31mm的薄膜中，B膜的厚度波动范围很大，偏离0.30mm标准值的最大量为+0.04mm，A膜和C膜的厚薄一致性最佳，厚度偏差只有±0.01mm。

显然，D膜的厚薄控制得非常好，厚度精确；C膜的厚度始终保持偏差在±0.01mm的范围内，厚薄比较稳定；A膜在厚度小于0.10mm和大于0.30mm时（即较薄和较厚的薄膜）能保持厚度偏差在±0.01mm，而两者之间的薄膜厚度则相对不够稳定，最大厚度偏差为+0.02mm；B膜的厚度较不稳定，最大厚度偏差达+0.04mm。

综上所述，D膜和C膜的厚度比较稳定，A膜厚薄不稳定，B膜存在一定偏差。

3.常温拉伸性能

常温拉伸性能主要是指薄膜的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（单位为MPa）。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越大越好。

检测薄膜拉伸强度的主要设备为GJFW930273电子万能试验机和GJLS930273杠杆千分尺。测试标准为GB/T1040.3—2006《塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条件》，采用的试样形状如图13-11所示。

图13-11 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 L₃—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试样。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，得到的数据见表13-14和表13-15。

表13-14 V法铸造用EVA塑料薄膜的拉伸强度

注：A膜、B膜和C膜的厚度为0.16mm，D膜的厚度为0.05mm。

根据表13-14可以看出，在拉伸强度方面，国产三种薄膜（即A膜、C膜和B膜）的拉伸强度差别不大，也就是说，三种薄膜的抗拉伸撕裂能力相似。与日本膜（D膜）相比，国产三种薄膜的拉伸强度要相对大一些，表现出更好的抗拉能力。

表13-15 V法铸造用EVA塑料薄膜的断裂伸长率

注：A膜、B膜和C膜的厚度为0.16mm，D膜的厚度为0.05mm。

从表13-15中断裂伸长率的结果来看，A膜与C膜相似，B膜的横向断裂伸长率与A膜和C膜相当，但纵向断裂伸长率大得多，也就是说方向性要大一些。日本膜（D膜）表现出很小的方向性，其由于薄膜厚度较薄（0.05mm），断裂伸长率相对较小，但如果薄膜厚度同为0.16mm，则其断裂伸长率不会小于国产三种薄膜。

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，而国产的薄膜中A膜与C膜的方向性较小，断裂伸长率和拉伸强度相对较好，巨C膜优于A膜。

另外，有人采用吹气法更直观地比较了不同薄膜的极限伸长率的差别。分别在D膜和A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，然后通过等距离拍摄，截取薄膜胀破瞬间，获得两薄膜吹胀的最大体积，如图13-12所示。

图13-12 吹膜泡试验

a）A膜 b）D膜

可以看出，D膜吹出的气泡要明显大于A膜，表明常温下其伸长率比A膜相对要大，因此在覆膜成型过程中有优于A膜的成型潜力。

4.热成型性能

实际生产中，为了获得最大的伸长率，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，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试验是深拉成型，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。该试验最早是日本人做的。我国有人采用有机玻璃制作拉深箱开口箱体的四壁，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，孔径为6mm。(www.xing528.com)

另外，在拉深箱上方200～250mm处放置烘烤架。烘烤架是并排安装的8根电阻丝加热管，加热功率为4.2kW。拉深箱的二维图与实物图如图13-13所示。拉深箱是通过一定厚度的泡沫来调整薄膜拉深的深度，与薄膜接触的泡沫尺寸与箱体截面基本相同，泡沫板上钻小孔，以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，不要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，真空度为0.04MPa。

图13-13 测定薄膜热延伸变形性能的拉深箱

a）二维设计图 b）实物图

伸长率与温度有一定的关系。如果烘烤温度不够或者烘烤后覆膜动作迟缓，使薄膜温度降低过多，则会在覆膜时产生褶皱；如果烘烤温度过高，将造成薄膜破裂。实践证明，将EVA塑料薄膜加热到60～80℃时成型最理想。在试验中观察到塑料薄膜烘烤后会逐渐形成镜面状态，待薄膜微微开始下垂即可抽负压拉深。

对A膜、C膜和D膜分别进行试验，薄膜拉深的试验结果见表13-16。

表13-16 薄膜拉深的试验结果

由表13-16可看出，用极限拉深深度比拉深箱的内壁宽度（B=380mm），即可得到不同厚度、不同类型的EVA塑料薄膜的极限拉深比K，即K=H/B，见表13-17。

表13-17 几种薄膜的极限拉深比

从试验结果（表13-17）可以看出，同一公司的薄膜，厚度越大，薄膜的极限拉深比越大，反之越小。另外，同等厚度的薄膜，厚度为0.06～0.08mm时，A膜与C膜相当；厚度为0.11～0.12mm时反而C膜比A膜多下10cm的深度；厚度为0.15～0.16mm时，两者的极限拉深比都超过了早先资料中提到的拉深比极限1.5。

5.耐烘烤性

耐烘烤性表示薄膜受一定热量而不剧烈变形甚至破裂的能力。在V法铸造中，一方面为了提高生产率，要求薄膜能在较短的时间内受热烘烤至镜面，另一方面要保证薄膜的物理性能，使之不致因迅速升温而受热破裂，或生成细孔使密封性得不到保证。

对几种EVA塑料薄膜在同一烘烤架下进行烘烤试验发现，自拉闸接入电源加热开始计时，2min30s时，A膜有小孔洞产生，巨随着加热的继续进行，细孔不断增大和增多，而B膜、C膜和D膜烘烤膜面均良好。

5min15s时，四种薄膜的烘烤情况如图13-14所示。此时，A膜已多处出现孔洞，并巨在烘烤架边缘有较大的破孔出现，下垂深度约为400mm；D膜依然完好，无任何微小细孔，并巨下垂幅度大，表现出良好的热延伸性能，下垂深度约为400mm，有利于覆膜；B膜在烤膜框边缘开始有破洞出现，并逐渐增大，但膜面中间并无孔洞，该洞有可能是因靠近烤膜架受热过大造成的，B膜面下垂深度250mm左右；C膜则表现出相当好的延伸性，膜面光滑透亮，无任何缺陷，下垂深度达400mm左右。

图13-14 薄膜的烘烤状况

a）A膜 b）B膜 c）D膜 d）C膜

6.发气量

铸型完成后，浇注金属液，高温的金属液使薄膜汽化分解。如果薄膜的发气量较大，将影响金属液的流动，引起铸件内气孔、气泡的产生；同时发气量太大会破坏型腔内外的压差，造成型腔的形状不稳定，从而影响铸件形状。因此，V法铸造中，薄膜的发气量应尽量小。

对A、B、C、D四种薄膜分别进行发气量试验，试验样品均为1g薄膜，采用智能发气性测试仪，测试温度为850℃。四种薄膜的发气量见表13-18。

表13-18 四种薄膜的发气量 （单位：mL/g）

从表13-18来看，A膜的发气量最小，D膜次之，B膜最大。为了控制浇注过程的稳定性，应首选A膜和D膜。

聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）的发气物为水蒸气、二氧化碳、甲烷、乙烷、苯和甲苯等，发气量为0.072mol/g。聚乙烯醇（PVA）的发气量为0.046mol/g，发气物由上述同样的气体组成。聚氯乙烯（PVC）的发气物还有盐酸气体，发气量为0.032mol/g，这是因为其密度大的原因。EVA醋酸气体的发气量为0.056mol/g。

7.综合性能比较

根据上述试验和已知数据，表13-19列出了四种薄膜的综合性能。四种薄膜的比较结果如下：

1）B膜的厚薄相对误差较大，方向性明显，同时发气量也较大，最重要的是极限拉深比小，即拉伸性能不佳，因此综合性能相对不如另外三种薄膜。

2）A膜的厚薄均匀性良好，方向性小，拉深比大，发气量最小，因此非常适宜于V法铸造，但缺点是耐烘烤性不够好，容易产生气孔，气孔使密封性达不到要求，造型无法完成。

3）C膜在其他方面表现都相当良好，但是由于薄膜黏性较大，尤其是0.05mm薄膜，两层之间很难撕开，在测试极限拉深比时接触到箱底面容易粘破，这会引起薄膜难以脱模的问题。

4）D膜的各项性能都较好，满足V法铸造的各项要求。不过由于D膜的单位重量的价格很高，是国产薄膜的2～3偌，因此我国的铸造企业大多从成本考虑还是选择国产薄膜。

表13-19 四种薄膜的综合性能

（续）

因此，为了促进V法铸造在国内的推广与发展，应该积极改进国产薄膜的性能，以满足国内企业对V法铸造用膜的要求。