廢舊塑料材料模壓制品的壓制工藝探析

趙勇龍

（重慶長麒物資有限公司，重慶400021）

當前合成材料工業已成為化學工業的主體，而塑料工業則是這個主體的核心。同時，石油工業的發展，促進了塑料產品的生產。但伴隨著塑料生產和應用的擴大，廢塑料的污染環境問題亦日益嚴重。我國廢塑料回收利用技術經過了近30年的探索，有一定的進展，回收利用企業也初具規模。但技術的局限性很大，回收方式單一，目前僅在熔融再生利用方法上具備一定的基礎，而在熱分解回收油和氣、回收化工原料、焚燒回收熱能等利用方面，進展較緩慢，可以說才剛剛起步。而且，廢塑料回收利用的加工企業，絕大部分是小型企業和鄉鎮企業，甚至很多是個體企業。由于條件所限，普遍存在工藝技術落后、生產設備簡陋、工人素質不高、產品質量低下等現象，直接影響著企業的經濟效益。同時在高新技術設備利用上，大部分引進設備存在著能耗高等問題，直接增大了運行費用，影響回收利用效益；由于設備吞吐量大，因回收環節原因，造成一些設備“吃不飽”，處于半開機或停機狀態，易損件配套跟不上，致使整機性能難于充分發揮；引進的設備并不適合國情，因國內廢塑料品種、成分等與國外有差異，設備的運用效果受影響。本文為此具體探討了其中塑料模壓成型工藝的開發與利用情況。

1 模壓成型工藝簡介

塑料材料模壓成形工藝，在各種成形工藝方法中占有重要地位，主要用于異型制品的成型，因而所用的成型壓力比其他工藝方法要高。由于模壓成型工藝所需設備簡單，又能對纖維科、碎布、氈料、層壓制品、纏繞制品、編織物等各類材料進行模壓成型，因而被各種規模的復合材料生產廠家所普遍采用。本試驗以對廢舊垃圾袋和廢舊地膜的熱壓成型為基礎，為以后利用熱壓成型來處理各種廢塑料提供理論參考。

2 模壓制品質量的影響因素

塑料模壓成型工藝的基本過程，是將一定量的經過一定預處理的模壓料放人預熱的壓模內，施加較高的壓力使模壓料充滿模腔，在預定的溫度條件下，模壓料在模腔內逐漸固化，然后將制品從壓模內取出，再進行必要的輔助加工即得到最終制品。其制品質量的具體影響因素如下所述。

2.1 壓制模具

制品用的模具除應保證在工作壓力下的強度、剛度條件外，主要應考慮能給制品的各部位、各方向較均勻地加上壓力。一定的拔模斜度既能保證制品順利出模，又能起到側向加壓的作用。模具設計盡量使制品整體成型，既可保證制品的強度、剛度，又可減少輔助加工工序和工裝模具數量。在模具上應開有溢流槽使多余的料順利排出。壓模的成型表面應至少進行拋光或鍍鉻，表面租糙度最大為0.25 μm，以保證順利脫模。應在模具靠近型腔部位，開設測溫孔。模具本身必要時考慮設計一定的附件，以保證實現并方便脫模。本試驗所用的壓制模具為抗拉、抗彎模具。

2.2 壓機

壓機的尺寸和噸位，應能滿足制品及所選材料、模具結構的要求。壓機的溫度和壓力最好能有手控和自動控制兩種模式；壓機的工作臺或上下加熱板應，盡量使工件保持水平以避免樹脂向一側流聚，加熱板在有效工作范圍內，溫度差控制在±5℃左右。

3 壓制工藝過程

在模壓過程中，模壓料中的樹脂將經歷粘流、膠凝和固化三個階段，而樹脂分子本身也將由線形分子鏈變成不溶不熔的空間網狀結構。模壓料轉化合格制品所需的外部條件，就叫做模壓工藝的模壓工藝參數。實際生產中常稱為壓制制度，包括溫度制度、壓力制度、脫模及后加工等方面（如圖1所示）。

圖1 塑料材料模壓制品壓制工藝的基本流程

3.1 溫度制度

溫度是模壓料所包含的熱量的量度。熱能的作用，是促進模壓料塑化和樹脂的固化，初期隨著溫度的升高，模壓料從軟固態逐漸變成粘流態，溫度達到一定程度后，模壓料的粘度升高，樹脂的固化反應開始，最終變成不溶不熔的固態。從分子的運動來看，溫度升高，樹脂分子獲得的能量增加，樹脂分子的熱運動加劇，引發劑開始起作用，引發樹脂分子的固化反應。在模壓過程的各個階段所需的熱量是不同的，這就需要控制相應的溫度指標，包括裝料溫度、升溫速度、模壓成型溫度、恒溫溫度、降溫溫度和后處理溫度等。

（1）裝料溫度。將模壓料裝入模腔時的溫度叫裝料溫度，由模壓料的品種和制品的質量要求而定，同時還應考慮到模壓料中溶劑的揮發溫度、制品的結構和生產效率。

（2）升溫速度。升溫速度指裝料溫度到最高溫度時的升溫速率。對快速壓制工藝來講，裝料溫度就是壓制溫度，不存在升溫速度。而對于普通模壓工藝來講，就需要慎重選擇并控制升溫速度，這一點對壓制厚壁制品時尤其重要。

（3）成型溫度及恒溫。最高溫度是指通過差熱分析測得的樹脂固化反應的峰值溫度，實際就是模壓料的成型溫度。在模壓工藝中，成型溫度重要取決于模壓料的品種。在達到成型溫度后，為使樹脂固化完全并消除模壓制品的內應力，一般應在成型溫度下保溫一定時間，這一過程叫恒溫過程。恒溫過程所持續的時間，主要取決于兩個因素：一是模壓料固化所需的時間；另一個是不穩定導熱時間，即加熱元件通過模具向模腔導熱，使模腔中的模壓料的溫度達到成型溫度所需的時間，它與模壓料的品種、加熱裝置、制品結構和尺寸以及環境溫度有關。

（4）降溫。在模壓過程恒溫時間結束后，在保持壓力的情況下開始降溫過程。降溫方式有自然降溫和強制降溫兩種。通常是在模具周圍的預流孔道中，通入冷水或用風機吹入冷風，來使模具和模壓制品強制降溫。

3.2 壓力制度

壓力制度是指模壓過程中成型壓力的大小、加壓時機和卸壓放氣等三方面的要求。

（1）成型壓力。成型壓力的作用，是克服模壓料在模內流動時的內摩擦力、模壓料與模腔內壁之間的摩擦力，使模壓料充滿模腔，克服模壓料被加熱時揮發物產生的蒸汽壓力，從而得到結構密實的制品。成型壓力的大小，取決于模壓料的品種、模壓制品的結構和尺寸。

（2）加壓時機。加壓時機，是指裝料后經過一段時間，在一定溫度下的加壓操作。合理的加壓時機，是確保制品質量的關鍵性參數之一。加壓過早，模壓料中樹脂分子的反應程度還較低，分子量較小，粘度低，樹脂組分極易流失，從而在制品中產生局部樹脂聚集，而另一部分則樹脂量不足；加壓過遲，樹脂反應程度過高，分子量過大而導致粘度過高，模壓料的流動性過差，而不能完全充滿模腔。這兩種情況都導致出現次品。只有合理的加壓時機，才能獲得最佳性能的模壓制品。我們認為最佳加壓時機，應在樹脂發生固化反應放出大量氣體前夕。

（3）卸壓放氣。模壓料中均含有一定的揮發成分。某些模壓料如酚醛型模壓料，在固化反應中還會生成一些揮發性副產物。這些揮發成分及副產物，在壓制過程中如果不能有效排出，將使制成品產生氣泡、開裂等現象。對一些快速反應的模壓料，這一現象將尤其嚴重。因此實際生產中，一般在加壓后需要放氣措施，即加壓后，隨即減壓放氣，再加壓，如此反復幾次，即可達到排出揮發成分及副產品的效果。

3.3 脫模

在一個壓制周期結束后，應將已成型的制品從模具中取出，以便進行下一次的模壓操作。脫模時的溫度應在60℃以下。溫度太高，所得制品易產生變形、收縮等劣變現象，并導致外觀質量下降；溫度太低，將使模壓周期延長，成本上升。

3.4 后加工

模壓制品在脫模后，往往還需要進行一定的后處理過程，才能達到使用要求。其第一道工序，是除去制品的毛刺飛邊，可通過手工或機械打磨的辦法進行，以提高制品的外觀質量，此外往往還需要對制品進行必要的機械加工，如進行鉆孔攻絲等。由于復合材料制品對機械加工十分敏感，應盡量避免，如需開孔，可通過在模具中設置型芯的辦法來解決，攻絲則可通過設置帶螺紋的型芯或帶內螺紋的型環，直接將螺紋成型在模壓制品上，否則對復合材料模壓制品加工不當，極易產生“掉碴”現象，導致模壓制品報廢。

4 結束語

本文只是對廢舊塑料袋的熱壓成型進行了初試，未來的發展可以嘗試將廢舊地膜換成廢舊垃圾袋與廢舊砂子進行復合，測試其性能，進一步確定廢舊塑料袋的可置換性。

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