4.3 亚克力材料的性能及加工工艺

4.3 亚克力材料的性能及加工工艺

4.3.1亚克力材料的热塑性能

亚克力是一种热塑性材料,热塑性能是指在一定的温度条件下,材料能够软化或熔融成任意形状,在冷却之后形状不发生改变,这种状态可多次反复而始终具有可塑性,并且这种反复只稳定于物理变化。亚克力材料的耐热性能并不突出,但热塑性能十分优良。在一般条件下,它的热变形温度约在96℃(1.18Mpa),热软化温度约在104℃,维卡软化点约为113℃,但最高连续使用温度却可以随着工作条件的不同在65℃-95℃之间改变,流动温度约为160℃,热分解温度高于270℃,有较宽的熔融加工温度范围。

不同品质的亚克力材料在不同的加工环境下热变形、热软化温度也会有所不同,在实际操作中超过90℃就可以对亚克力材料进行形变处理,然后冷却凝固即可。加热后的亚克力材料具有优良的可塑性,可以随意改变造型,并且不会改变其通透性。亚克力材料具有优良的稳定性,能够使在一定温度范围内反复加热与塑形中保持材料的原有模样不被损耗或破坏,待其冷却到常温后,亚克力材料的硬度、色彩也不会因为加热而变化。

使用热风枪、火枪、烘箱等传统加热工具便能对亚克力材料进行加工,根据制品的大小与加工条件可选择不同的工具进行加工。亚克力材料在常温下无毒,但在高温燃烧下会散发出有毒物质,亚克力材料的熔点在140℃,此时便会产生有危害的挥发性有机物,亚克力材料的燃点220℃,在不完全燃烧下会产生一氧化碳,具有毒性。因此最好选择在通风条件良好的地方制作,条件允许可使用热风枪对其进行形变处理,热风枪可以较好控制温度,减少产生毒性物质。体积较大的亚克力在制作中可使用火枪加工,火枪的优点在于便携,且加热速度快,但其火焰温度较高且不易控制,亚克力材料容易受热燃烧,需在通风条件好的地点进行加工。安全稳定地加工亚克力材料对温度要求较为苛刻,加热温度稳定在安全区间,其产生的热形变时间也较为短暂,需要在软化时快速进行工艺操作,以保证在亚克力材料重新冷却凝固前完成加工。

在热加工时亚克力材料会因为过度加热膨胀,使分子间产生空隙,渗入气体导致气泡的产生,最终损坏材料的通透性。若要追求完全通透的效果,保证亚克力材料外观的稳定性,在加热的过程中要注意对温度进行严格控制,时刻关注亚克力材料的软化情况,软化则停止继续加热。

亚克力浇筑板的板材热塑性好、强度高,在热加工时对软化的亚克力材料急速降温凝固不易开裂,因此在热加工后可以使用冷水使材料快速降温定型,也可以在整体加热中对局部材料进行降温固化定型。在连续的制作中,可以使用热风枪等定温加热工具让材料处于软化变形的边界,通过自然的降温与热风枪加热,不断对材料造型进行调整塑造。

4.3.2亚克力热加工处理工艺

(1)自由塑造

自由塑造是使用手工直接成型,将亚克力材料加热软化,使用工具对材料进行弯曲变形处理,在加工中使用加热工具对需要变形的位置进行局部加热,待其发生软化后,使用镊子、钳子、湿布等辅助工具,对材料进行塑形,同时可以使用耐高温工具对其进行肌理塑造,或嵌入其他材料。加工完成后使用凉水降温或是自然降温可定型。这一方式的优点在于实际动手操作的空间较大,作品具有工艺制作感,并且方便快捷,可依照自己的需求随时调整,满足复杂性较高的加工需求。但是制作成品的效果、细节精准度需靠作者自身把控,批量的制作生产较为困难(图5)。

(2)模具成型

图5 亚克力自由塑造

热加工模具成型有两种主要方式,一种方式是将亚克力材料加热到熔点使其变成液态再进行塑型,这种成型方式可以实现对于高难度立体设计的需求,但成本较高、实现难度较大,需要在工厂进行操作。通过模具可以批量定制相同的造型,精度高适合标准化商业生产。另一种方式是将材料放在模具上加热使其软化,然后挤压成型,再降温冷却定型,但由于亚克力材料软化后流动性较差,对于细节表现的能力较差,且二次加热塑形易产生形变,所以模具成型可结合自由塑形进行抽象性、意象性的制作。在模具的制作方面可使用石膏进行翻制,由于石膏在高温加工过程中会产生损耗,在制作模具时需多准备模具备用。批量化制作可使用金属模具进行加工。亚克力热加工模具成型让漆艺在批量化制作方面有着探索可能性(图6)。

4.3.3亚克力切割雕刻处理工艺

亚克力材料具有适合切割和雕刻的硬度,切割雕刻是亚克力材料最主要的加工方式之一,应用十分广泛。亚克力材料常见的原料形式是板材,既耐冲击又可打磨、抛光、黏合,基于这些属性可以利用数控钻头、激光来进行切割与雕刻,也可以使用手工进行操作。利用激光加工可以在亚克力板材的表面进行浮雕与切割,透过雕刻纹理可以在平面中营造出层次感。数控机床也可以对亚克力板材进行准确的镂空雕刻与切割。亚克力的强度较高,在手工制作上,可以使用切割机、钻孔机、打磨机等对亚克力材料进行手工切割、雕刻、打磨制作,但在制作过程中需注意对不需要加工的地方进行保护,防止光滑的亚克力板材被刮花。

图6 亚克力模具成型

4.3.4亚克力胶水黏合

除了热加工粘连亚克力,在加工中也可以使用黏合剂对亚克力进行粘连。由于亚克力材料的分子密度较大并且表面光滑,一般黏合剂难以粘连牢固。在工业领域有三氯甲烷、四氯乙烷、无水酒精与石炭酸等量混合液等专用黏合剂。为了保证黏合的强度,这类材料的黏合原理都是通过溶解材料本身以实现黏合,因此会对亚克力材料本身产生破坏并且影响其通透性。因此为了保证材料的完整性,可选用专门的亚克力胶水进行黏合,亚克力胶水固化需要借助自然光紫外线,避免直接吹风,否则会使粘接面的边沿因黏合剂的快速挥发而发白影响美观。还可以使用烷氧基乙基瞬干胶俗称403胶,黏合过程中可以避免白化现象并且黏合得十分牢固,但在黏合时间上需要5-10分钟,固定时间较久。日常常用的α-氰基丙烯酸乙酯胶水俗称502胶,在黏合速度上较快,但是容易留下胶痕,泛白现象严重,需要控制好使用剂量。在加工中根据需求合理选择黏合剂进行制作。

4.3.5亚克力与大漆的结合工艺

亚克力材料与大漆的结合是漆艺家们关注的重点。漆艺家们对于新材料进入漆材料的态度往往是较为谨慎的,由于大漆具有涂物的特性,需附着在其他材料表面,被附着物的表面需经过粗糙化处理,否则干燥后的漆膜容易脱落。与其他材料的结合的稳定性是漆艺制作中考虑的重点。亚克力板材由于表面光滑,大漆难以直接附着,为了使大漆和亚克力材料较好地结合,在髹漆前需要进行胎体表面粗糙化处理,增加大漆的附着面积以增强二者的结合强度。

图7 亚克力材料理表面粗糙处理

图8 亚克力材料与大漆结合

在工艺上可使用砂纸打磨、喷砂、热加工制作粗糙肌理等方式进行加工。砂纸打磨适合在表面相对平整的亚克力上进行操作,但在打磨后亚克力表面粗糙泛白,透明性下降。使用喷砂工艺可以对造型复杂的器型进行处理,方便快捷,但其对作品的尺寸有限制,需根据喷砂操作空间的尺度进行制作。热加工制造粗糙肌理是在亚克力材料热软化时,使用工具在其表面印制肌理,制造表面起伏,待冷却后固化便可留下粗糙肌理,相比砂纸打磨与喷砂,通过热加工制作的粗糙肌理对于亚克力材料透明质感的损害相对较小。

完成表面处理与成型加工制作后,可以选择裱布刮灰或者直接髹漆,直接髹漆需薄涂一层较稀的大漆作为底漆,加强上层漆在亚克力材料上的附着。裱布刮灰则与传统漆工艺的流程相同,但在制作过程中需注意亚克力的薄厚度与强度,控制髹漆打磨的力度。

在实践中,经过处理的亚克力板具有较好的粗糙度,可以与亚克力较好地结合,髹漆过程也较为方便可控。亚克力性质稳定、坚硬,大漆干燥后收缩导致胎体变形的问题在亚克力材料中受影响较小。因此,亚克力可以作为一种良好的入漆材料,在未来的探索中具有巨大潜力(图7、 图8)。