用塑料建筑模板替代木材或鋼材模板，是鋼筋混凝土澆灌工程的發展趨勢。但是，由于建筑模板的用量很大，因此在選擇塑料材料時，就要充分考慮成本和回收等問題。一般，使用強度、剛性均較好的工程塑料會導致成本的提高，而使用熱固性塑料則難以解決使用后廢棄模板的回收利用問題。相比之下，玻纖增強熱塑性塑料則是一種較好的替代材料，它同時滿足了低成本和可回收這兩方面的要求。 

　　前些年，國外曾經出現過采用GMT片材熱壓成型建筑模板的案例，它是借鑒了汽車行業中生產座椅板和腳踏板的制造技術。在該應用中，使用了以聚丙烯（PP）為基材的連續玻璃纖維氈增強熱塑性塑料，并在流水線中生產出玻纖增強PP片材。首先，用雙螺桿擠出機擠塑成型片材的中央層，然后在此基礎上鋪上兩層PP薄膜，中間夾鋪兩層玻纖氈，接著在加熱溫度下滾壓成片材。GMT片材到達制品生產企業后，對其進行裁剪并重新加熱軟化，最終在模腔內壓制成型。在國內，也已出現過批量生產的玻纖增強PP建筑模板，但是，如何處理大量報廢后的塑料模板卻是一件令人頭痛的事情。這是因為，擠出級的PP基材是一種高黏度的塑料，而連續玻璃纖維氈中的玻纖長徑比過長，從而導致報廢模板被粉碎后，不適合被重新利用于注射成型。

　　為此，新的趨勢是采用短玻纖增強PP材料來替代連續玻璃纖維氈增強PP材料，并采用注射成型的方式生產建筑模板。然而，這種工藝方法遇到的難題是如何解決好熔體的充模以及模板的翹曲變形。在此，模具的設計顯得非常重要，其中最為關鍵的是熱流道的合理布局及其結構設計。本文所介紹的是上海克朗寧技術設備有限公司在為某客戶設計并制造建筑模板用的注射模具方面積累的經驗，其中重點介紹的是利用Moldflow軟件進行模擬分析，最終確定合理的流道布局的分析設計過程。 

　　根據客戶的要求，用于澆灌混凝土的建筑模板有幾十種規格大小，上海克朗寧技術設備有限公司為其提供了其中10種規格生產用的10副注射模具，現以其中的兩副注射模為例進行介紹。 

　　如圖1和圖2所示，兩種建筑模板的重量分別為1 510g和3 656g，它們的尺寸規格分別為：300mm×600mm和300mm×1 500mm。同時，兩板的面板壁厚均為4mm，側板厚均為4.2mm，縱隔板厚均為3.2mm，橫隔板厚均為2.5mm，邊角筋均為2.5～3mm。客戶要求采用以粒料供應的國產短玻纖增強注射材料，其中短玻纖含量為30%，熔體的流動速率MFR為3.2g/10min。

圖1 300mm×600mm玻纖增強PP模板(反面)

圖2 300mm×1500mm玻纖增強PP模板(正面)

通常，對于大面積、大注射量的注塑件，高黏度的塑料熔體的流程是有限的。同時，在注射充模的過程中，短玻纖還有明顯的取向問題，這會導致產品在冷卻固化后出現嚴重的翹曲變形。因此，有必要利用Moldflow分析軟件，對材料的流動充模過程和產品的翹曲變形進行模擬和預測，以對模腔結構和熱流道的分布進行最佳設計。

在利用Moldflow軟件進行分析時，由于該材料的供應商不能提供流變曲線等性能數據，因此只能依據他們提供的材料性能（見表），在Moldflow軟件的材料數據庫中，參考性能相近的國外材料牌號。在對塑料熔體充模和模板的翹曲分析中，調用了Hos facom G3 No1的性能數據。

為了確保熔體的順利流動和充模，首先需要確定熱流道的噴嘴數目。Moldflow分析表明，如果采用中等黏度的熔料，對于300mm×600mm的模板而言，需要使用雙噴嘴。如圖3所示，熔體取向分析表明，兩股料流的前鋒在模板中央的短纖維排列方向一致，從而形成了如圖4所示的熔合縫。由于模板采用了縱橫正方形的隔板結構，使得塑料熔體在隔板間隙中被引流。在模板中央，塑料分子鏈和玻璃纖維被橫向取向，而在熔合縫區的材料強度只是非縫區的0.6～0.7。因此，當模板發生翹曲變形時，中央的彎曲撓度最大，從而導致了由長邊的兩側壁而引起的模板中央開裂。

圖3 對于300mm×600mm的玻纖增強PP模板，采用雙噴嘴時，熔體在合縫區的取向

圖4 對于300mm×600mm的玻纖增強PP模板，采用雙噴嘴時的熔合縫位置

在Moldflow分析軟件的引導下，還掌握了短玻纖高黏度熔體的流程比，以及熔合縫的位置和走向。為此，對于300mm×600mm的模板成型而言，將原來的兩噴嘴改為采用3個噴嘴，其中增加的中央噴嘴所發揮的作用是：縮短了每個噴嘴的注射流程，改變了熔合縫的分布。這樣，不僅使熔合縫的位置發生了偏移，而且熔合縫還變短了。由此，使得模板的翹曲變形明顯減小（如圖5所示），并避免了模板的開裂。

圖5 對于300mm×600mm的玻纖增強PP模板，采用3噴嘴時的熔合縫位置

在此經驗基礎上，對于300mm×1 500mm模板的成型，使用了9個熱流道噴嘴。需要強調的是，該模板成型的關鍵是要保證模板四角和側壁的熔體流程。如圖6所示，熔體從噴嘴位置被逐次推進，全部充滿型腔需要2.69s。當充模時間為2.466s時，料流從板平面和側壁充填到四角。模板注射成型后，被放在機床的工作臺上，實際測量的平面彎曲變形量達23.2mm。對此，利用Moldflow分析軟件進行了流動-翹曲分析。翹曲模擬的最大變形撓度為21.667mm，相對于實測的誤差在8%以內。之后又做了流動-冷卻-收縮-翹曲分析，以改善模擬注射的工藝條件。如圖7所示，平面彎曲變形量即y方向為13.373mm，理想條件下的翹曲變形更小。

圖6 300mm×1 500mm玻纖增強PP模板的熱流道系統設計

300mm×1 500mm玻纖增強PP模板的翹曲變形量

經過上述的Moldflow彎曲變形分析，最終成功地設計出了5副模板注射模具的熱流道系統。在此過程中，還根據翹曲變形曲線將平面分型面改制成曲面分型。對于矩形平面長寬比等于1/3的模板（如600mm×1 800mm的模板），其注塑模采用的是有兩個方向彎曲的雙曲面分型。相應的，熱流道噴嘴的長度則按曲面的高度進行調整。在此基礎上，采用反向注射彎曲模板的方法，成型了平面模板，基本滿足了客戶對模板的質量要求。

通過對整個項目進行全面的分析總結可以發現，此類模板結構設計的不合理是造成模板彎曲翹曲的主要原因。例如，在模板的中性平面上，上下材料的分布很不對稱。同時，模板的壁厚相對于熔體的長流程的比例也顯得不夠合理。實際上，大尺寸的模板壁厚應比小模板厚些為益。在加強筋的布排方面，還需要考慮引流問題，以改善熔合縫的走向、長度和位置。

總之，對于像圖1和圖2所示的這種結構的注塑模板，它們脫模后的翹曲變形量均很大。此次經驗和教訓表明，今后在設計建筑模板結構時，首先需要利用Moldflow軟件分析翹曲變形，不斷對結構設計進行改進，以使翹曲變形最小化，在此基礎上才能設計、制造注射模具。而上文所述的反向注射成型的建筑模板，精度不高。在長期使用中，這種將翹曲回復成平面的模板，尺寸穩定性也較差。