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

（巨石集團有限公司，桐鄉 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）增強的片狀原料。其主要加工特點是：（1）成型溫度較低（120~200 ℃），整個模壓過程溫度保持不變；（2）成型壓力較低，且保壓時間可根據制品厚度確定；（3）固化完全在模具內完成，制品收縮率低，表面狀態好，一般無需進行涂覆、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、制品表面光潔和價格適中等優勢而被廣泛用于建筑、室內裝飾、汽車和軌道交通、工業運輸和存儲、電器設備等諸多領域［4-6］。筆者在巨石集團從事多年SMC用玻璃纖維產品的研發工作，在SMC樣板制備的過程中對常見的缺陷產生原因及解決方案有一定的研究，現僅對此進行探討，并著重從玻璃纖維性能和制品成型工藝匹配性的角度，提出缺陷的改進建議。

1 實驗部分

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 主要設備

四柱液壓機：THP71-100，天津天鍛瑞豐壓力機制造有限公司；

試驗用平板模具：520 mm×460 mm×309 mm，臺州市黃巖傾誠模具有限公司；

模具溫度控制機：AEOT-20T-18，奧德機械有限公司。

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：（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，加壓流動后無法到達模腔邊緣；（3）成型溫度過低，片料未能充分軟化流動；（4）下模溫度過高或壓機閉合時間太長，片料在模具完全閉合前已有預固化，加壓后無法流動；（5）片料放置時間過長或固化體系不合適導致片料粘度過高，甚至已部分提前固化，加壓后也無法流動至模腔邊緣。相對來說，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性的改進即可。

2.2 內部開裂或翹曲

內部開裂的缺陷通常見于壓制厚板的過程中，呈現層次分明的結構，使得樣板的剪切強度大為降低［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也會導致翹曲，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，也容易產生翹曲，可做相應調整。

2.3 表面多孔或鼓泡

表面多孔或鼓泡的缺陷也十分常見，嚴重影響制品的外觀以及力學性能［10］。其直接原因通常是空氣未能在恰當的時間內有效排出。主要由以下因素導致：（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性差，無法彌補表面缺陷。根據上述分析，需要針對性檢查片材內纖維浸潤是否良好，通過試驗優化加料面積和固化時間即可解決上述問題。

另外，片料的發干或發軟均會導致表面多孔的產生，需要在片料儲存和熟化過程中多加注意，將粘度控制在合理的范圍內。除此之外，片料內脫模劑（硬脂酸鋅等）的比例過高時也容易產生表面多孔的缺陷，需要視實際情況優化。

2.4 粘模

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

2.5 表面流動線或發暗

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

3 玻璃纖維的選擇

上述對缺陷的分析和改善建議主要是從成型工藝的角度出發的，下面筆者基于多年來研發SMC用紗的經驗，談一下如何選擇恰當的玻纖以匹配SMC工藝［11-12］，從而減少缺陷的產生。

首先，需要結合樹脂糊的粘度和玻纖質量分數的設計來選擇恰當的玻璃纖維，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，否則產生的干絲極容易在模壓時造成制品表面產生大量氣孔和鼓泡（如2.3節中所述）［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、玻纖質量分數高和厚度大的片料制備。筆者所在團隊曾成功研發過一款硬挺度高達180-190 mm的SMC用紗，用以滿足北美客戶玻纖質量分數40%~50%、樹脂糊粘度40000 cP以上的需求。

其次，要根據制品性能需求的側重點來選擇合適的玻璃纖維。例如以巨石玻纖產品為例：（1）針對表面質量要求較高的衛浴制品，宜采用亞鐵含量較低、易于單絲化的442K和410J等產品，模壓后的制品不易出現綠色的玻纖紋。（2）針對表面光滑度要求較高的A級表面制品，宜采用流動性好、不易單絲化的456產品，制品表面不易出現波紋狀缺陷。（3）針對力學強度要求較高的結構件，宜采用浸透速度較快、單纖維直徑較小的448產品，制品不易產生層間裂紋，樹脂和玻纖的結合較為堅固。總之，只有采用合適的玻纖浸潤劑才能賦予玻纖獨特的性能，從而減少“不期望缺陷”產生。

最后就是從玻纖的單纖維直徑和分束工藝（影響根數）進行選擇。如果說玻纖產品牌號的選擇決定了玻纖的質量分數，那么對單纖直徑和根數的調整則是為了滿足高端定制化客戶需求的“形”。有時對根數的調整能夠起到意想不到的作用。例如筆者曾開發了根數增加的456產品，很好地滿足了客戶對于玻纖流動性的需求，制品波紋明顯減少且力學強度有了明顯提升。

4 結語

總的來說，制品缺陷的產生與成型工藝息息相關，參數的調整需要不斷試驗摸索。當然，不可否認的是，纖維產品的選擇也是極為關鍵的，纖維和成型工藝的匹配性對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存等環節加以嚴格的控制。