片狀模塑料（SMC）常見制品缺陷及改善方法

章建忠，陸 琦，劉 陽，張 鑫，杜家奎，楊 萌，周 鈴

（巨石集團(tuán)有限公司，桐鄉(xiāng) 314500）

0 前言

片狀模塑料（SMC）是以熱固性樹脂為主要原料，加入增稠劑、低收縮劑、脫模劑、填充劑等助劑，并采用短切纖維（通常有玻璃纖維或碳纖維）增強(qiáng)的片狀原料。其主要加工特點(diǎn)是：（1）成型溫度較低（120~200 ℃），整個(gè)模壓過程溫度保持不變；（2）成型壓力較低，且保壓時(shí)間可根據(jù)制品厚度確定；（3）固化完全在模具內(nèi)完成，制品收縮率低，表面狀態(tài)好，一般無需進(jìn)行涂覆、鍍金屬處理［1-3］。

近年來SMC因其具有加工使用方便、制品尺寸較為精確、制品表面光潔和價(jià)格適中等優(yōu)勢(shì)而被廣泛用于建筑、室內(nèi)裝飾、汽車和軌道交通、工業(yè)運(yùn)輸和存儲(chǔ)、電器設(shè)備等諸多領(lǐng)域［4-6］。筆者在巨石集團(tuán)從事多年SMC用玻璃纖維產(chǎn)品的研發(fā)工作，在SMC樣板制備的過程中對(duì)常見的缺陷產(chǎn)生原因及解決方案有一定的研究，現(xiàn)僅對(duì)此進(jìn)行探討，并著重從玻璃纖維性能和制品成型工藝匹配性的角度，提出缺陷的改進(jìn)建議。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

脫模劑：F-57 NC型脫模劑，AXEL公司；

SMC片料：SQC-DCH-G，華美新材料有限公司。

1.2 主要設(shè)備

四柱液壓機(jī)：THP71-100，天津天鍛瑞豐壓力機(jī)制造有限公司；

試驗(yàn)用平板模具：520 mm×460 mm×309 mm，臺(tái)州市黃巖傾誠模具有限公司；

模具溫度控制機(jī)：AEOT-20T-18，奧德機(jī)械有限公司。

1.3 成型工藝流程

用SMC制備樣板的主要工藝流程見圖1：

圖1 SMC樣板制備工藝流程

2 制品缺陷及改善方法

2.1 模腔未充滿

模腔未充滿是最為常見的制品缺陷之一，通常見于成型工藝探索的初期［7］。原因主要有5點(diǎn)：（1）SMC片料加入量偏少，加壓后雖充分鋪展仍無法填充模腔；（2）鋪料面積太小或成型壓力太低，加壓流動(dòng)后無法到達(dá)模腔邊緣；（3）成型溫度過低，片料未能充分軟化流動(dòng)；（4）下模溫度過高或壓機(jī)閉合時(shí)間太長，片料在模具完全閉合前已有預(yù)固化，加壓后無法流動(dòng)；（5）片料放置時(shí)間過長或固化體系不合適導(dǎo)致片料粘度過高，甚至已部分提前固化，加壓后也無法流動(dòng)至模腔邊緣。相對(duì)來說，模腔未充滿的缺陷改善方式較為簡單，只要明確原因做出針對(duì)性的改進(jìn)即可。

2.2 內(nèi)部開裂或翹曲

內(nèi)部開裂的缺陷通常見于壓制厚板的過程中，呈現(xiàn)層次分明的結(jié)構(gòu)，使得樣板的剪切強(qiáng)度大為降低［8］。有兩種解決辦法：一是可通過減小加料面積使得流程增加，以便各層的纖維之間更好地交織；二是降低成型溫度或者增加片料中的低收縮劑（LSA），盡量避免樣板層間存在過大的應(yīng)力［9］。

翹曲主要是由于在硬化和冷卻過程中的不均勻收縮導(dǎo)致，可將制品在夾具中冷卻或者在片料中添加LSA。另外上下模具的溫差過大有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致翹曲，而在一些超大型制件中，由于特別長的流程引起纖維的明顯取向，也容易產(chǎn)生翹曲，可做相應(yīng)調(diào)整。

2.3 表面多孔或鼓泡

表面多孔或鼓泡的缺陷也十分常見，嚴(yán)重影響制品的外觀以及力學(xué)性能［10］。其直接原因通常是空氣未能在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)有效排出。主要由以下因素導(dǎo)致：（1）片材剪切邊太長、樹脂糊粘度太大或纖維浸穿性能不夠，導(dǎo)致玻纖未能充分浸潤，存在大量干絲，從而使得片材中夾雜過多的空氣，無法及時(shí)排出；（2）加料面積太大，表面空氣因流程太短而在加壓過程中無法排出；（3）固化太快，空氣排出后表面流動(dòng)性差，無法彌補(bǔ)表面缺陷。根據(jù)上述分析，需要針對(duì)性檢查片材內(nèi)纖維浸潤是否良好，通過試驗(yàn)優(yōu)化加料面積和固化時(shí)間即可解決上述問題。

另外，片料的發(fā)干或發(fā)軟均會(huì)導(dǎo)致表面多孔的產(chǎn)生，需要在片料儲(chǔ)存和熟化過程中多加注意，將粘度控制在合理的范圍內(nèi)。除此之外，片料內(nèi)脫模劑（硬脂酸鋅等）的比例過高時(shí)也容易產(chǎn)生表面多孔的缺陷，需要視實(shí)際情況優(yōu)化。

2.4 粘模

粘模指的是制品難以脫模，某些部位粘在模具上，強(qiáng)行鏟下后造成整個(gè)制品表面嚴(yán)重缺陷。通常產(chǎn)生該缺陷的原因有：（1）模具溫度太低或固化時(shí)間太短，片料固化不充分。（2）片料儲(chǔ)放不當(dāng)，聚苯乙烯大量揮發(fā)導(dǎo)致片料發(fā)干發(fā)硬。（3）模具表面太粗糙或清理不到位。針對(duì)上述原因采取適當(dāng)調(diào)整模具溫度或固化時(shí)間、密封保存片料并減少備料時(shí)間、及時(shí)清理模具表面的方式可以有針對(duì)性改善。另外，使用新模具或長期未用的模具需要經(jīng)開模處理，頭幾模使用外脫模劑也是避免粘模的有效方式。

2.5 表面流動(dòng)線或發(fā)暗

模具溫度太低容易造成表面流動(dòng)線（即表面上有局部波紋）或者是表面發(fā)暗沒有光澤，其原因主要是低溫?zé)o法使片料充分均勻流動(dòng)。另外加壓不夠或者保壓時(shí)間過短也容易造成這樣的表面缺陷。當(dāng)然，表面發(fā)暗也可能與模具表面有關(guān)，宜采用表面鍍鉻的模具。

3 玻璃纖維的選擇

上述對(duì)缺陷的分析和改善建議主要是從成型工藝的角度出發(fā)的，下面筆者基于多年來研發(fā)SMC用紗的經(jīng)驗(yàn)，談一下如何選擇恰當(dāng)?shù)牟＠w以匹配SMC工藝［11-12］，從而減少缺陷的產(chǎn)生。

首先，需要結(jié)合樹脂糊的粘度和玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的設(shè)計(jì)來選擇恰當(dāng)?shù)牟ＡЮw維，以滿足浸透和浸穿性能的需求。只有玻纖和樹脂糊的匹配性滿足了浸透和浸穿的需求，片料中的玻纖才能被完全浸漬，否則產(chǎn)生的干絲極容易在模壓時(shí)造成制品表面產(chǎn)生大量氣孔和鼓泡（如2.3節(jié)中所述）［13］。通常來說硬挺度較高、浸透速度適中或較慢的玻纖適合樹脂糊粘度高、玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)高和厚度大的片料制備。筆者所在團(tuán)隊(duì)曾成功研發(fā)過一款硬挺度高達(dá)180-190 mm的SMC用紗，用以滿足北美客戶玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%~50%、樹脂糊粘度40000 cP以上的需求。

其次，要根據(jù)制品性能需求的側(cè)重點(diǎn)來選擇合適的玻璃纖維。例如以巨石玻纖產(chǎn)品為例：（1）針對(duì)表面質(zhì)量要求較高的衛(wèi)浴制品，宜采用亞鐵含量較低、易于單絲化的442K和410J等產(chǎn)品，模壓后的制品不易出現(xiàn)綠色的玻纖紋。（2）針對(duì)表面光滑度要求較高的A級(jí)表面制品，宜采用流動(dòng)性好、不易單絲化的456產(chǎn)品，制品表面不易出現(xiàn)波紋狀缺陷。（3）針對(duì)力學(xué)強(qiáng)度要求較高的結(jié)構(gòu)件，宜采用浸透速度較快、單纖維直徑較小的448產(chǎn)品，制品不易產(chǎn)生層間裂紋，樹脂和玻纖的結(jié)合較為堅(jiān)固?？傊?，只有采用合適的玻纖浸潤劑才能賦予玻纖獨(dú)特的性能，從而減少“不期望缺陷”產(chǎn)生。

最后就是從玻纖的單纖維直徑和分束工藝（影響根數(shù)）進(jìn)行選擇。如果說玻纖產(chǎn)品牌號(hào)的選擇決定了玻纖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，那么對(duì)單纖直徑和根數(shù)的調(diào)整則是為了滿足高端定制化客戶需求的“形”。有時(shí)對(duì)根數(shù)的調(diào)整能夠起到意想不到的作用。例如筆者曾開發(fā)了根數(shù)增加的456產(chǎn)品，很好地滿足了客戶對(duì)于玻纖流動(dòng)性的需求，制品波紋明顯減少且力學(xué)強(qiáng)度有了明顯提升。

4 結(jié)語

總的來說，制品缺陷的產(chǎn)生與成型工藝息息相關(guān)，參數(shù)的調(diào)整需要不斷試驗(yàn)摸索。當(dāng)然，不可否認(rèn)的是，纖維產(chǎn)品的選擇也是極為關(guān)鍵的，纖維和成型工藝的匹配性對(duì)制品性能同樣有決定性作用。另外，要模壓成滿足客戶要求的制品，還必須從片料的制備及儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)加以嚴(yán)格的控制。