壓塑工藝及模具設(shè)計
——上篇 塑料壓制成型第七講 壓制塑料質(zhì)量控制及缺陷分析（二）

洪慎章

(上海交通大學塑性成形技術(shù)與裝備研究院，上海 200030)

（接上期）

7.2 塑件成型工序的質(zhì)量控制

塑料制件的成型工序，是產(chǎn)品質(zhì)量直接產(chǎn)生和形成的階段。經(jīng)過鑒定符合質(zhì)量標準的新產(chǎn)品，正式投產(chǎn)后能否達到質(zhì)量標準，制造出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，這在很大程度上取決于制造部門的技術(shù)能力，以及制造過程的質(zhì)量管理水平。從大量的統(tǒng)計資料看出，目前產(chǎn)品的質(zhì)量問題，大部分都產(chǎn)生于制造過程。加強制造過程的質(zhì)量管理，是保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，是質(zhì)量管理的“中心環(huán)節(jié)”。全面質(zhì)量管理要求在不合格品（廢、次品）產(chǎn)生之前發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，防止不合格品產(chǎn)生，這就要求進行工序質(zhì)量控制。在塑料制件的成型過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的工藝因素很多，但概括起來，就是生產(chǎn)過程的六大因素（簡稱5MIE）：人（Man）、機器設(shè)備（Machine）、原材料 （Material）、操作方法（MeThod）、測量（Measurement）和環(huán)境（Environment）。

生產(chǎn)過程的六大因素，在成型工序中同時對工藝過程產(chǎn)生影響。它們對產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生綜合作用的過程，也就是產(chǎn)品質(zhì)量的產(chǎn)生和形成過程。因此，工藝過程本身也有個質(zhì)量問題，即工藝質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量就取決于工藝過程的質(zhì)量，決定于過程中各質(zhì)量因素的變化。生產(chǎn)實踐證實，塑料制件成型工藝過程中原材料的質(zhì)量、預處理和準備，模具結(jié)構(gòu)的正確性和應(yīng)有精確度的保持，成型設(shè)備的性能，成型工藝條件及環(huán)境，以及操作方法和測量方法等，相互之間錯綜復雜地變化著，影響著工藝質(zhì)量，但是有規(guī)律可循的。

7.2.1 壓制成型工藝過程

熱固性塑料壓制成型工藝過程，如圖219所示。

7.2.1.1 塑料的準備

（1）塑料質(zhì)量檢查 由塑料工廠進貨的塑料，運到塑料成型工廠后有一個貯存過程。在貯存過程中，應(yīng)注意吸濕性、貯存溫度、貯存時間及貯存場地等問題。成型前應(yīng)該了解塑料的品種、牌號、粒度（均勻度）、貯存期，并觀察塑料質(zhì)量有無變化。

（2）預壓（壓錠）預壓是成型的準備工作之一。塑料進行預壓后再成型有多優(yōu)點，但也不是所有制件在壓制模成型前都需要進行預壓。

塑料經(jīng)預壓后便于加料，使加料腔體積減小，改善了勞動條件，有利于型腔充填，提高了生產(chǎn)率和成型質(zhì)量。

（3）預熱 為了去除塑料中的水分和揮發(fā)物，提高塑料的流動性和制件的塑化均勻性，改善填充性，降低抗成型壓力，縮短壓制模閉模時間，加快固化速率，改善塑件外觀和電性能，有時在壓制成型前將塑料進行預熱。根據(jù)塑料的品種、牌號、壓錠情況及其特性等，選定預熱溫度和時間，以獲得最大的流動性，從而獲得最佳的成型效果。

圖219 熱固性塑料壓制成型工藝過程

7.2.1.2 壓制成型工藝過程

壓制成型工序為加料、閉模、排氣、固化、脫模、模具清理等步驟。如塑料制件上有嵌件需在壓制成型時封入的，則應(yīng)在加料前將嵌件清理好，并在模具中安放固定。壓制成型工序應(yīng)以降低材料、能量和設(shè)備的消耗，縮短成型周期，減小成型壓力，而又能得到質(zhì)量合格的塑料成型制件為準則。采取預壓、預熱、放（排）氣、提高模具溫度等，均有助于成型質(zhì)量的提高。

（1）嵌件準備和安放 嵌件應(yīng)去銹、脫脂、清洗，根據(jù)需要預熱到規(guī)定溫度，一般小型嵌件可不經(jīng)預熱。嵌件安放時應(yīng)注意方向、位置和數(shù)量，固定要可靠。操作時防止損傷模具。

（2）稱量及加料 塑料加料時的稱量方法有重量法、容量法和計數(shù)法三種。加料是往模具內(nèi)加人規(guī)定量的塑料。模具型腔數(shù)多于6個時，應(yīng)利用專門加料裝置（工具）進行加料。

（3）閉模 加料后進行閉模。當凸模未觸及塑料前應(yīng)快速閉合，以縮短成型周期，避免塑料過早固化或過多降解。凸模觸及塑料時放慢閉合速度，以免在流動性差或較熱的局部塑料上先期形成高壓，使模具中的嵌件、活動型芯或型腔遭到損壞。速度放慢還可使模具中的空氣充分排除，避免粉料被空氣帶出而造成缺料。但速度不能過慢，一般閉模時間為10 s至數(shù)十秒。

（4）放（排）氣閉模后，按成型要求在適當?shù)臅r機將模具短時間微放開，使塑料和型腔中的水氣和揮發(fā)氣體放出。放氣可縮短固化時間，提高制件性能和外觀質(zhì)量，避免氣泡、分層等缺陷。放氣的次數(shù)和時間，根據(jù)需要確定，通常1～3次，每次時間為幾秒至20 s不等。

（5）保壓（固化）塑料在放氣之后必須在一定的壓力、溫度條件下保持一定時間，使樹脂的縮聚反應(yīng)進行到要求的程度，即使制件達到要求的物理力學性能。固化時間取決于塑料的類型、制件厚度、預壓、預熱、模具溫度及成型壓力。固化時間過長，會造成塑料“過熱”，樹脂交聯(lián)度過高，密度增大，收縮增加，內(nèi)應(yīng)力較大，甚至產(chǎn)生內(nèi)部破裂，脆性增大，性能下降，而且生產(chǎn)率低。固化時間過短，塑件“欠熟”，制件性能達不到規(guī)定的技術(shù)要求。

（6）開模（抽芯、脫模）開模時，應(yīng)先旋出螺紋型芯和抽出側(cè)型芯，然后用推出機構(gòu)的推桿脫模。脫模時，應(yīng)保持塑件平穩(wěn)推出。熱固性塑料制件如因冷卻而產(chǎn)生翹曲，則可放置在與模具型腔相似的定型裝置中加壓冷卻。

（7）清理模具、涂脫模劑及模具預熱 塑料制件取出后清理模具上的污物、飛邊、溢料。清理時，用較軟材料的工具（銅刀、銅刷），以免損傷模具。用壓縮空氣吹凈模具和液壓機工作臺面。按工藝需要在型腔有關(guān)部位涂刷脫模劑。將壓制模具置于液壓機工作臺上預熱，進行下一輪壓制成型循環(huán)。

（8）清理塑件 按工藝規(guī)定清理塑件上的飛邊，然后轉(zhuǎn)入后處理工序或包裝入庫。

7.2.2 成型工藝的控制因素

熱固性塑料的壓制成型工藝過程是，樹脂由線型或支鏈型大分子轉(zhuǎn)變?yōu)榻宦?lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的體型分子的過程。在加熱后塑化流動充滿模具型腔，且黏度不斷增大，最后變?yōu)椴蝗懿蝗坌缘乃芰现萍?/p>

熱固性塑料壓制成型工藝過程的控制因素，主要是壓力、溫度和時間。

7.2.2.1 成型壓力

成型壓力是指壓制成型時，為使塑料充滿型腔和進行固化而由液壓機對塑料所施加的壓力。

成型壓力的作用為：促使塑料流動以充滿整個型腔；使塑料變得密實；克服樹脂在縮聚反應(yīng)中放出的低分子物及塑料中其他揮發(fā)物所產(chǎn)生的壓力，避免制件出現(xiàn)腫脹、脫層等缺陷；使模具緊密閉合，塑料制件尺寸穩(wěn)定，形狀固定，減小飛邊，并防止制件變形。

通常，塑料的流動性越小，固化速度越大，則所需成型壓力越大。壓縮率高的塑料比壓縮率低的塑料需要更大的成型壓力。預熱的塑料所需的成型壓力比不預熱的小。在一定范圍內(nèi)提高模具溫度，有利于成型壓力的降低。制件厚度越大，所需的成型壓力也越大；一般情況下，制件厚度每增加10 mm，所需增加的成型壓力約為1～1.5 MPa。制件的密度隨成型壓力的增大而增加，但成型壓力增至一定程度后，密度增加即屬有限。成型壓力不足，會使制件增加產(chǎn)生氣孔的機會。

7.2.2.2 成型溫度

成型溫度是指成型時所規(guī)定的模具溫度，但是并不等于模具型腔內(nèi)塑料的溫度。

成型溫度越高，壓制周期越短。溫度過高使塑料中的有機物分解，同時塑料外層因先受到模具的高溫而很快固化，在內(nèi)層開始固化時產(chǎn)生的揮發(fā)物排不出來，而使制件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。開模時導致制件發(fā)生腫脹、開裂、變形或翹曲。溫度過高時，形狀復雜、壁薄、深度不大的制件，有時不能順利充滿整個型腔；還可能引起色料變質(zhì)，制件顏色暗淡。

成型溫度過低，生產(chǎn)周期延長，塑料固化不足，制件表面光澤差，物理力學性能不良。

7.2.2.3 成型保持時間

熱固性塑料在模具中成型時，在一定的溫度和壓力條件下需保持一定的時間，才能充分交聯(lián)熟化，成為性能良好的塑料制件。

成型保持時間與塑料類型（樹脂種類、牌號、揮發(fā)物含量等），制件的形狀和厚度，模具結(jié)構(gòu)，成型規(guī)范（壓力、溫度及是否排氣）及塑料是否進行預壓、預熱等有關(guān)。

保持時間過短，塑料“欠熟”，制件物理力學性能差，外觀無光澤，易變形和翹曲。適當增加保持時間，一般可使制件收縮率減少，耐熱性能略有提高，物理力學性能也有增加，但介電性能則可能下降。

保持時間過長，塑料“過熟”，降低了制件的性能和生產(chǎn)率，多消耗了熱能。一般在生產(chǎn)中，成型保壓時間應(yīng)在不影響制件性能的原則下盡量縮短。成型壓力、成型溫度和成型保壓時間，這三大成型工藝控制因素，都需根據(jù)塑料品種、制件壁厚和形狀以及模具結(jié)構(gòu)來恰當?shù)倪x定。實踐中在選定成型條件時，可從壓力、溫度和時間三者中先固定一個條件，然后再變化其他兩個條件（一般經(jīng)驗為先選定成型壓力），通過試驗找出最佳成型條件。

為了易于了解這些關(guān)系，表57列出了壓制塑件質(zhì)量與成型條件的關(guān)系。

表57 壓制塑件質(zhì)量與成型條件的關(guān)系

表58 壓制成型條件缺陷分析及解決措施

7.3 壓制塑件缺陷的產(chǎn)生原因及解決措施

表58列出了壓制成型制件時，容易產(chǎn)生的一些成型缺陷及其解決措施。

續(xù)表