章建忠，陆 琦，刘 阳，张 鑫，杜家奎，杨 萌，周 铃
（巨石集团有限公司，桐乡 314500）
片状模塑料（SMC）是以热固性树脂为主要原料，加入增稠剂、低收缩剂、脱模剂、填充剂等助剂，并采用短切纤维（通常有玻璃纤维或碳纤维）增强的片状原料。其主要加工特点是：（1）成型温度较低（120~200 ℃），整个模压过程温度保持不变；
（2）成型压力较低，且保压时间可根据制品厚度确定；
（3）固化完全在模具内完成，制品收缩率低，表面状态好，一般无需进行涂覆、镀金属处理［1-3］。
近年来SMC因其具有加工使用方便、制品尺寸较为精确、制品表面光洁和价格适中等优势而被广泛用于建筑、室内装饰、汽车和轨道交通、工业运输和存储、电器设备等诸多领域［4-6］。笔者在巨石集团从事多年SMC用玻璃纤维产品的研发工作，在SMC样板制备的过程中对常见的缺陷产生原因及解决方案有一定的研究，现仅对此进行探讨，并着重从玻璃纤维性能和制品成型工艺匹配性的角度，提出缺陷的改进建议。
1.1 主要原材料
脱模剂：F-57 NC型脱模剂，AXEL公司；
SMC片料：SQC-DCH-G，华美新材料有限公司。
1.2 主要设备
四柱液压机：THP71-100，天津天锻瑞丰压力机制造有限公司；
试验用平板模具：520 mm×460 mm×309 mm，台州市黄岩倾诚模具有限公司；
模具温度控制机：AEOT-20T-18，奥德机械有限公司。
1.3 成型工艺流程
用SMC制备样板的主要工艺流程见图1：
图1 SMC样板制备工艺流程
2.1 模腔未充满
模腔未充满是最为常见的制品缺陷之一，通常见于成型工艺探索的初期［7］。原因主要有5点：（1）SMC片料加入量偏少，加压后虽充分铺展仍无法填充模腔；
（2）铺料面积太小或成型压力太低，加压流动后无法到达模腔边缘；
（3）成型温度过低，片料未能充分软化流动；
（4）下模温度过高或压机闭合时间太长，片料在模具完全闭合前已有预固化，加压后无法流动；
（5）片料放置时间过长或固化体系不合适导致片料粘度过高，甚至已部分提前固化，加压后也无法流动至模腔边缘。相对来说，模腔未充满的缺陷改善方式较为简单，只要明确原因做出针对性的改进即可。
2.2 内部开裂或翘曲
内部开裂的缺陷通常见于压制厚板的过程中，呈现层次分明的结构，使得样板的剪切强度大为降低［8］。有两种解决办法：一是可通过减小加料面积使得流程增加，以便各层的纤维之间更好地交织；
二是降低成型温度或者增加片料中的低收缩剂（LSA），尽量避免样板层间存在过大的应力［9］。
翘曲主要是由于在硬化和冷却过程中的不均匀收缩导致，可将制品在夹具中冷却或者在片料中添加LSA。另外上下模具的温差过大有时也会导致翘曲，而在一些超大型制件中，由于特别长的流程引起纤维的明显取向，也容易产生翘曲，可做相应调整。
2.3 表面多孔或鼓泡
表面多孔或鼓泡的缺陷也十分常见，严重影响制品的外观以及力学性能［10］。其直接原因通常是空气未能在恰当的时间内有效排出。主要由以下因素导致：（1）片材剪切边太长、树脂糊粘度太大或纤维浸穿性能不够，导致玻纤未能充分浸润，存在大量干丝，从而使得片材中夹杂过多的空气，无法及时排出；
（2）加料面积太大，表面空气因流程太短而在加压过程中无法排出；
（3）固化太快，空气排出后表面流动性差，无法弥补表面缺陷。根据上述分析，需要针对性检查片材内纤维浸润是否良好，通过试验优化加料面积和固化时间即可解决上述问题。
另外，片料的发干或发软均会导致表面多孔的产生，需要在片料储存和熟化过程中多加注意，将粘度控制在合理的范围内。除此之外，片料内脱模剂（硬脂酸锌等）的比例过高时也容易产生表面多孔的缺陷，需要视实际情况优化。
2.4 粘模
粘模指的是制品难以脱模，某些部位粘在模具上，强行铲下后造成整个制品表面严重缺陷。通常产生该缺陷的原因有：（1）模具温度太低或固化时间太短，片料固化不充分。（2）片料储放不当，聚苯乙烯大量挥发导致片料发干发硬。（3）模具表面太粗糙或清理不到位。针对上述原因采取适当调整模具温度或固化时间、密封保存片料并减少备料时间、及时清理模具表面的方式可以有针对性改善。另外，使用新模具或长期未用的模具需要经开模处理，头几模使用外脱模剂也是避免粘模的有效方式。
2.5 表面流动线或发暗
模具温度太低容易造成表面流动线（即表面上有局部波纹）或者是表面发暗没有光泽，其原因主要是低温无法使片料充分均匀流动。另外加压不够或者保压时间过短也容易造成这样的表面缺陷。当然，表面发暗也可能与模具表面有关，宜采用表面镀铬的模具。
上述对缺陷的分析和改善建议主要是从成型工艺的角度出发的，下面笔者基于多年来研发SMC用纱的经验，谈一下如何选择恰当的玻纤以匹配SMC工艺［11-12］，从而减少缺陷的产生。
首先，需要结合树脂糊的粘度和玻纤质量分数的设计来选择恰当的玻璃纤维，以满足浸透和浸穿性能的需求。只有玻纤和树脂糊的匹配性满足了浸透和浸穿的需求，片料中的玻纤才能被完全浸渍，否则产生的干丝极容易在模压时造成制品表面产生大量气孔和鼓泡（如2.3节中所述）［13］。通常来说硬挺度较高、浸透速度适中或较慢的玻纤适合树脂糊粘度高、玻纤质量分数高和厚度大的片料制备。笔者所在团队曾成功研发过一款硬挺度高达180-190 mm的SMC用纱，用以满足北美客户玻纤质量分数40%~50%、树脂糊粘度40000 cP以上的需求。
其次，要根据制品性能需求的侧重点来选择合适的玻璃纤维。例如以巨石玻纤产品为例：（1）针对表面质量要求较高的卫浴制品，宜采用亚铁含量较低、易于单丝化的442K和410J等产品，模压后的制品不易出现绿色的玻纤纹。（2）针对表面光滑度要求较高的A级表面制品，宜采用流动性好、不易单丝化的456产品，制品表面不易出现波纹状缺陷。（3）针对力学强度要求较高的结构件，宜采用浸透速度较快、单纤维直径较小的448产品，制品不易产生层间裂纹，树脂和玻纤的结合较为坚固。总之，只有采用合适的玻纤浸润剂才能赋予玻纤独特的性能，从而减少“不期望缺陷”产生。
最后就是从玻纤的单纤维直径和分束工艺（影响根数）进行选择。如果说玻纤产品牌号的选择决定了玻纤的质量分数，那么对单纤直径和根数的调整则是为了满足高端定制化客户需求的“形”。有时对根数的调整能够起到意想不到的作用。例如笔者曾开发了根数增加的456产品，很好地满足了客户对于玻纤流动性的需求，制品波纹明显减少且力学强度有了明显提升。
总的来说，制品缺陷的产生与成型工艺息息相关，参数的调整需要不断试验摸索。当然，不可否认的是，纤维产品的选择也是极为关键的，纤维和成型工艺的匹配性对制品性能同样有决定性作用。另外，要模压成满足客户要求的制品，还必须从片料的制备及储存等环节加以严格的控制。
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