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        整體衛(wèi)浴彩色壁板一體模壓成型工藝研究

        2020-11-28 01:57:52胡福濤
        工程塑料應(yīng)用 2020年11期
        關(guān)鍵詞:鋪料模壓壁板

        胡福濤

        (蘇州科逸住宅設(shè)備股份有限公司,江蘇蘇州 215132)

        近年來(lái),在一系列國(guó)家政策的支持下,與綠色施工理念相匹配、兼具環(huán)保高效的裝配式建筑獲得較快發(fā)展,顯著提升了住宅節(jié)能、環(huán)保水平,推進(jìn)了住宅全生命周期價(jià)值最大化,為我國(guó)建筑水平提升和可持續(xù)發(fā)展提供了重要支撐[1–2]。整體衛(wèi)浴是裝配式建筑中最重要的組成部分之一,隨著裝配式建筑的不斷進(jìn)步與發(fā)展,整體衛(wèi)浴的裝配式優(yōu)勢(shì)逐漸得到認(rèn)可,已成為市場(chǎng)重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品[3–6]。

        現(xiàn)今,整體衛(wèi)浴生產(chǎn)技術(shù)路線主要是采用不飽和聚酯樹(shù)脂片狀模塑料(SMC),經(jīng)高溫模壓制造。這種材料普遍應(yīng)用于整體衛(wèi)浴主體壁板、防水盤及頂板,具有強(qiáng)度高,質(zhì)量輕,環(huán)保綠色等優(yōu)點(diǎn)[7–8]。但由于SMC 材料色彩單調(diào),壁板模壓成型后呈現(xiàn)單一顏色,不能滿足客戶個(gè)性化需求,制約了產(chǎn)品在細(xì)分市場(chǎng)上的應(yīng)用[9–11]。

        筆者通過(guò)預(yù)浸膠的方式首先制備了彩色壁板樣塊,然后通過(guò)模壓實(shí)驗(yàn)研究了一體模壓成型工藝參數(shù)對(duì)成型質(zhì)量的影響規(guī)律,由正交實(shí)驗(yàn)探討了一體模壓成型工藝參數(shù)對(duì)制品彎曲強(qiáng)度的影響,得到了標(biāo)準(zhǔn)化的制造工藝參數(shù),從而提升了壁板表面觀感效果,并使制品性能穩(wěn)定,提高了生產(chǎn)合格率。

        1 表面彩色裝飾板的制備

        表面彩色裝飾板是由預(yù)浸膠彩色飾面層與SMC 材料通過(guò)一體模壓成型的方式制備而成。

        1. 1 預(yù)浸膠彩色飾面層的制備

        在不飽和聚酯樹(shù)脂中加入各種助劑,混合均勻形成樹(shù)脂糊,其中所述助劑包含:引發(fā)劑、脫模劑、促進(jìn)劑、偶聯(lián)劑、交聯(lián)單體、苯乙烯。各助劑的質(zhì)量份數(shù)見(jiàn)表1[12]。

        表1 彩色飾面層浸膠配比表 份

        將上述樹(shù)脂糊均勻涂覆在具有彩色圖案的裝飾紙上,裝飾彩紙每平米的質(zhì)量為60~85 g,每平米裝飾彩紙上涂覆樹(shù)脂糊的質(zhì)量為60~120 g:然后在105~130℃下進(jìn)行預(yù)固化和干燥,使樹(shù)脂糊的固化程度達(dá)到70%~90%,完成預(yù)浸膠彩色飾面層的制備。

        1. 2 彩色壁板樣塊的模壓制備

        彩色壁板樣塊制備流程如下:先將SMC 投料至模具內(nèi),再將預(yù)浸膠彩色飾面層鋪設(shè)在模具內(nèi),投料面積為制品正投影面積50%~90%,進(jìn)行一次模壓成型,模壓過(guò)程中型腔在上、型芯在下;模壓過(guò)程中,SMC 片狀模塑料作為結(jié)構(gòu)層與彩色飾面層發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),形成一體化制品。制品結(jié)構(gòu)由上到下分別是表面樹(shù)脂層、彩色裝飾層、樹(shù)脂交聯(lián)層和SMC材料基層結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1a。

        實(shí)驗(yàn)所得模壓制品如圖1b 所示,樣品尺寸300 mm×200 mm,厚度5.5 mm,投料量為610 g。

        圖1 一體化模壓成型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及壓制后彩色樣塊示意圖

        2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及綜合測(cè)試

        2. 1 主要設(shè)備

        液壓機(jī):315T 型,南通鍛壓設(shè)備股份有限公司;

        水浴鍋:HH–2 型,蘇州智博瑞儀器制造有限公司;

        萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī):TH–8100S 型,最大試驗(yàn)力為50 kN,蘇州拓博機(jī)械設(shè)備有限公司;

        巴 氏 硬 度 計(jì):GYZJ–934–1 型,美 國(guó)Barber-Colman 公司;

        白度儀:WSB–1 型,上海平軒科學(xué)儀器有限公司;

        實(shí)驗(yàn)所用液壓機(jī)及萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)見(jiàn)圖2。

        圖2 測(cè)試液壓機(jī)及萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)照片

        2. 2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

        實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,針對(duì)樣品表面性能采用的具體的測(cè)試方法及參考標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

        表2 測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)

        3 模壓實(shí)驗(yàn)

        為了探討不同模壓參數(shù)對(duì)制品表面質(zhì)量的影響,筆者選取了模壓速度,鋪料面積及型腔溫度作為主要變量分別進(jìn)行探討,總結(jié)影響規(guī)律[13]。

        3. 1 模壓速度對(duì)外觀質(zhì)量的影響

        在其他工藝參數(shù)不變的條件下,研究模壓速度變化對(duì)模壓質(zhì)量的影響見(jiàn)表3。

        表3 模壓速度變化的工藝參數(shù)表

        成型質(zhì)量分為9 級(jí)[14],每級(jí)表示:

        1—嚴(yán)重缺料;制品嚴(yán)重褶皺,剝離性測(cè)試不合格;

        2—缺料且固化不充分;制品嚴(yán)重褶皺,剝離性測(cè)試不合格;

        3—少許缺料;制品較多褶皺,剝離性測(cè)試不合格;

        4—不缺料,制品較多褶皺,剝離性測(cè)試不合格;

        5—外觀質(zhì)量不好,制品較多褶皺,剝離性測(cè)試合格;

        6—外觀質(zhì)量一般,制品較多褶皺,剝離性測(cè)試合格;

        7—外觀較好,制品輕微褶皺,剝離性測(cè)試合格;

        8—外觀良好,制品較少褶皺,剝離性測(cè)試合格;

        9—外觀質(zhì)量好,制品無(wú)褶皺,剝離性測(cè)試合格。

        模壓速度與成型外觀質(zhì)量的關(guān)系如圖3 所示。

        圖3 模壓速度變化與外觀質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

        由圖3 可知,加壓速度過(guò)慢,初始停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致彩色飾面材料表面出現(xiàn)預(yù)固化斑,有時(shí)會(huì)產(chǎn)生缺料及氣孔等缺陷;隨著模壓速度的提高,SMC片料在模具內(nèi)流動(dòng)速度加快,外觀質(zhì)量有先增加后降低的趨勢(shì),說(shuō)明模壓速度與片料流動(dòng)性有關(guān),加壓速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致片料流動(dòng)快,空氣不易排出導(dǎo)致局部褶皺等缺陷。從表3 中看出,模壓速度為0.8~1.0 mm/s 時(shí)成型質(zhì)量良好。

        3. 2 模壓溫度對(duì)外觀質(zhì)量的影響

        在其他工藝參數(shù)不變的條件下,保持型腔與型芯溫差在10℃,研究模壓溫度變化對(duì)模壓質(zhì)量的影響見(jiàn)表4。

        表4 模壓溫度變化的工藝參數(shù)表

        模壓溫度與成型質(zhì)量的關(guān)系如圖4 所示。

        圖4 型腔溫度變化與外觀質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

        由圖4 可知,模壓溫度低會(huì)導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)固化不良,并導(dǎo)致表面剝離性異常;隨著模壓溫度的提高,樣品外觀成型質(zhì)量有先增加后降低的趨勢(shì),說(shuō)明彩色裝飾材料一體模壓成型需要較高的反應(yīng)溫度。從表4 看出,模壓型腔溫度為150~153℃時(shí)成型質(zhì)量良好,若溫度太高則會(huì)導(dǎo)致預(yù)固化現(xiàn)象,對(duì)表面質(zhì)量有一定影響。

        3. 3 鋪料面積對(duì)成型外觀質(zhì)量的影響

        鋪料面積與成型質(zhì)量的關(guān)系如圖5 所示。

        圖5 鋪料面積與外觀質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

        由圖5 可知,隨著鋪料面積的提高,樣品成型質(zhì)量有先增加后降低的趨勢(shì),鋪料面積過(guò)小會(huì)導(dǎo)致彩紙偏移或褶皺等現(xiàn)象(見(jiàn)圖6 所示),鋪料面積過(guò)大會(huì)導(dǎo)致制品表面排氣不暢,有發(fā)白的微孔產(chǎn)生。表5 為模壓溫度變化的工藝參數(shù)表。從表5 中可得出,鋪料面積在80%~90%是合適的。

        圖6 樣品表面褶皺示意圖

        表5 模壓溫度變化的工藝參數(shù)表

        3. 4 通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定最佳模壓工藝參數(shù)

        在模壓工藝單變量參數(shù)實(shí)驗(yàn)中,得到了模壓成型工藝的一個(gè)優(yōu)化參數(shù)范圍。為了獲得最佳的模壓工藝參數(shù),還必須進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[15]。

        由于整體衛(wèi)浴墻板的實(shí)際使用,常伴隨著水平載荷的推力,所以筆者將彎曲強(qiáng)度作為對(duì)所研究現(xiàn)象性質(zhì)的定量指標(biāo)。SMC 片料和裝飾材料在一體模壓成型過(guò)程中,影響成型質(zhì)量和產(chǎn)品性能制造工藝參數(shù)主要為模壓速度(A),鋪料面積(B)和型腔溫度(C)。因此,在設(shè)計(jì)正交表時(shí),以這幾個(gè)參數(shù)為影響因素,設(shè)計(jì)模壓成型工藝試驗(yàn)正交表為L(zhǎng)8(24)[16]。筆者以“卡迪木紋”花色作為研究對(duì)象(壓制樣品見(jiàn)圖1b 所示),進(jìn)行了相關(guān)生產(chǎn)制造工藝的研究試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的成型工藝參數(shù)見(jiàn)表6,恒定不變的工藝參數(shù)為投料量610 g,模壓壓力290 T 和保壓時(shí)間300 s。

        表6 模壓成型工藝L8(24)正交實(shí)驗(yàn)極差分析表

        由正交試驗(yàn)的極差分析可知,3 個(gè)工藝參數(shù)對(duì)制品彎曲強(qiáng)度的影響按大小排序?yàn)椋盒颓粶囟龋句伭厦娣e>模壓速度。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果得出該彩色裝飾材料最佳一體模壓工藝參數(shù)為型腔模壓溫度153℃,鋪料面積80%,模壓速度1.0 mm/s。

        4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

        4. 1 批量產(chǎn)品驗(yàn)證

        為了檢驗(yàn)正交實(shí)驗(yàn)得出的模壓工藝參數(shù),按照優(yōu)化的模壓工藝參數(shù)在生產(chǎn)線上實(shí)際小批量生產(chǎn),產(chǎn)品花色為卡迪木紋,產(chǎn)品規(guī)格尺寸為500 mm×2 200 mm,總計(jì)150 件,經(jīng)測(cè)試A 品共148 件(外觀質(zhì)量等級(jí)≥8 級(jí)),B 品共2 件(表面外觀缺陷),合格率98.7%,在優(yōu)化的模壓工藝參數(shù)下壓制的制品表面光滑,彩色逼真,表面褶皺少,獲得了很好的工業(yè)化生產(chǎn)效果。

        4. 2 帶彩色裝飾層制品與原色產(chǎn)品性能對(duì)比

        為了進(jìn)一步了解彩色裝飾層對(duì)于SMC 材料產(chǎn)品性能的影響,筆者采用上述標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)分別壓制帶表面裝飾層的制品樣塊和不帶表面裝飾層的純SMC 制品樣塊,并分別對(duì)主要物理性能進(jìn)行檢測(cè),測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。

        表7 測(cè)試樣塊性能對(duì)比

        由表7 可以看出,與沒(méi)有表面裝飾層的SMC制品相比較,彩色壁板樣塊的彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)上有明顯的提高,說(shuō)明帶表面裝飾層的一體化模壓成型產(chǎn)品具有一定實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

        彩色表面裝飾層應(yīng)用于整體衛(wèi)浴壁板產(chǎn)品的實(shí)配效果圖見(jiàn)圖7,從美觀方面有了很大提升。

        圖7 彩色飾面整體衛(wèi)浴安裝效果圖

        5 結(jié)論

        (1)在整體衛(wèi)浴彩色壁板制備的各工藝參數(shù)中,模壓溫度對(duì)樣品彎曲強(qiáng)度影響最大,鋪料面積的影響次之,模壓速度的影響最小。

        (2)由正交實(shí)驗(yàn)得到標(biāo)準(zhǔn)化的彩色壁板一體模壓成型優(yōu)化工藝參數(shù)為:型腔模壓溫度153℃,鋪料面積80%,模壓速度1.0 mm/s。

        本研究對(duì)課題的支撐作用如下:

        (1)通過(guò)整體衛(wèi)浴表面花色壁板標(biāo)準(zhǔn)化制造工藝的研究,可以顯著提升制品的表面感觀質(zhì)量,使其可達(dá)到天然石材、木紋等逼真的感觀效果,并且可以進(jìn)一步提升壁板性能。

        (2)本研究可以對(duì)壁板的標(biāo)準(zhǔn)化制造起到指導(dǎo)作用,為彩色壁板的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ),從而為整體衛(wèi)浴標(biāo)準(zhǔn)化、系列化制造技術(shù)的提升起到關(guān)鍵的助推作用。

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