ซีรีส์ การขึ้นรูปพลาสติก
การอัดขึ้นรูป (Compression molding)
วางเนื้อในแม่พิมพ์ร้อน ปิดอัด แล้วรอให้ cure
กล่องไฟฟ้า ภาชนะเมลามีน แผ่น SMC และซีลยาง ผลิตด้วยวิธีที่เก่าแก่ที่สุดวิธีหนึ่งในอุตสาหกรรมพลาสติก บทความนี้อธิบายรอบการผลิต ตัวแปรที่ต้องคุม ความต่างจากการฉีดและ transfer molding และปัญหาที่พบบ่อย
ฝ่ายการตลาด บริษัท แอดวานซ์ เคม โซลูชั่น จำกัด · 21 ต.ค. 2569 · อ่านประมาณ 7 นาที
หลักการใน 1 นาที
ชั่งวัสดุตามน้ำหนักชิ้นงาน (เรียกว่า ชาร์จ หรือ charge) วางลงในช่องแม่พิมพ์ที่ร้อนและเปิดอยู่ แท่นอัดไฮดรอลิกปิดแม่พิมพ์ตัวบนลงมา แรงกดบีบเนื้อให้ไหลออกเต็มช่อง แล้วค้างแรงกดไว้จนชิ้นงานแข็งตัว จึงเปิดแม่พิมพ์และดันชิ้นงานออก
คำว่า "แข็งตัว" มีสองความหมายตามชนิดวัสดุ:
- Thermoset เช่น phenolic เมลามีน UF และ SMC/BMC ความร้อนจากแม่พิมพ์กระตุ้นปฏิกิริยาเชื่อมขวาง (crosslink) เรียกว่า cure เนื้อแข็งถาวร หลอมกลับไม่ได้ แม่พิมพ์จึงร้อนตลอดรอบ ยางก็ใช้หลักเดียวกัน (vulcanization)
- Thermoplastic เช่น GMT และ LFT ที่มี PP เป็นเมทริกซ์ ชาร์จถูกอุ่นจนหลอมก่อนวางลงแม่พิมพ์ที่เย็นกว่า เนื้อไหลเต็มช่องแล้วเย็นตัวแข็ง ไม่มีปฏิกิริยาเคมี
ขั้นตอนของรอบการผลิต
- เตรียมชาร์จ ชั่งผง เม็ด หรือก้อนวัสดุให้ได้น้ำหนักที่แน่นอน บางงานอัดผงเป็นเม็ดแบน (preform) และอุ่นล่วงหน้าเพื่อลดเวลา cure และแรงกดที่ต้องใช้ แผ่น SMC ถูกตัดและซ้อนตามแบบ ส่วน GMT ถูกอุ่นในเตาจนหลอม
- วางชาร์จ วางลงในตำแหน่งเดิมทุกครั้ง ตำแหน่งและรูปทรงของชาร์จกำหนดทิศทางการไหลและตำแหน่งรอยต่อเนื้อ
- ปิดและอัด แท่นปิดลงเร็วแล้วช้าลงก่อนสัมผัสเนื้อ แรงกดดันเนื้อให้เต็มช่อง ส่วนเกินออกทางแนวแบ่งแม่พิมพ์ งาน phenolic เมลามีน และ UF มักเปิดแม่พิมพ์เล็กน้อยช่วงสั้นๆ (breathe) ให้แก๊สหนีออกก่อนอัดเต็มแรง
- Cure หรือเย็นตัว thermoset ค้างแรงกดในแม่พิมพ์ร้อนจนปฏิกิริยาถึงระดับที่ต้องการ thermoplastic ค้างแรงกดในแม่พิมพ์ที่เย็นกว่าจนเนื้อแข็ง ขั้นนี้กินเวลาส่วนใหญ่ของรอบ และยาวขึ้นตามความหนาชิ้นงาน
- ปลดชิ้นงานและตกแต่ง ดันชิ้นงานออก ตัดครีบ (deflash) ด้วยมือ การขัด การพ่นเม็ด หรือการกลิ้งในถัง บางงาน thermoset อบต่อ (post-cure) เพื่อให้ปฏิกิริยาสมบูรณ์
ตัวแปรที่ต้องคุม
| ตัวแปร | คุมอะไร | ถ้าผิดจะเกิดอะไร |
|---|---|---|
| น้ำหนักชาร์จ | ปริมาณเนื้อที่เติมช่องพอดี | น้อยเกิน: ไม่เต็ม ชิ้นงานโปร่ง · มากเกิน: ครีบหนา ความหนาชิ้นงานเกิน |
| อุณหภูมิแม่พิมพ์ | ความเร็วปฏิกิริยา cure (thermoset) หรือความเร็วเย็นตัว (thermoplastic) | ต่ำเกิน: cure ไม่ครบ · สูงเกิน: เนื้อ cure ก่อนไหลเต็ม ผิวไหม้หรือสีเปลี่ยน |
| ความเร็วปิดแม่พิมพ์ | เวลาที่เนื้อยังไหลได้ก่อนเริ่มแข็ง | ปิดช้าเกิน: เนื้อเริ่ม cure ก่อนเต็ม (pre-cure) · เร็วเกิน: อากาศติด แรงกระแทกต่อ insert |
| แรงกด | การไหลเต็มช่องและความแน่นของเนื้อ | ต่ำ: ฟอง รูพรุน ไม่เต็ม · สูง: ครีบมาก แม่พิมพ์สึกเร็ว |
| จังหวะ breathe | การระบายน้ำและสารระเหยจากปฏิกิริยา | ไม่พอ: ฟอง ผิวพอง · ช้าเกิน: เนื้อเริ่มแข็ง ผิวมีรอย |
| เวลา cure / เวลาเย็นตัว | ระดับการเชื่อมขวาง หรือความแข็งตอนปลด | สั้นเกิน: cure ไม่ครบ ชิ้นงานพองหรือบิดหลังปลด · ยาวเกิน: เสียกำลังการผลิตโดยไม่ได้อะไรเพิ่ม |
| ความชื้นและอายุของวัสดุ | ความสามารถในการไหลของ compound | compound เก่าหรือเก็บร้อนจะไหลยากลง ความชื้นสูงทำให้ฟองเพิ่ม |
อุณหภูมิอ้างอิงตามตำรา: แม่พิมพ์สำหรับ thermoset มักอยู่ราว 140–190 °C ขึ้นกับระบบเรซินและความหนาชิ้นงาน ช่วงทั่วไป ให้ยึด TDS ของเกรดที่ใช้
ชิ้นงานและเม็ดที่ใช้
| วัสดุ | ชนิด | ชิ้นงานที่พบบ่อย |
|---|---|---|
| Phenolic (PF) | Thermoset | ชิ้นส่วนไฟฟ้า ด้ามจับทนความร้อน |
| เมลามีน (MF) | Thermoset | ภาชนะเมลามีน ผิวแข็ง เงา พิมพ์ลายได้ |
| Urea formaldehyde (UF) | Thermoset | เต้ารับ สวิตช์ ฝาชักโครก |
| SMC / BMC (polyester เสริมใยแก้ว) | Thermoset | แผ่นถังน้ำแบบประกอบ แผงตัวถังรถ กล่องไฟฟ้า ฝาครอบมิเตอร์ |
| ยาง (NR, EPDM, NBR ฯลฯ) | Elastomer (vulcanize) | ซีล ปะเก็น ยางกันกระแทก |
| GMT / LFT (PP เสริมใยแก้ว) | Thermoplastic | ชิ้นส่วนโครงสร้างรถ ถาดรองใต้ท้องรถ แผงขนาดใหญ่ |
การอัดขึ้นรูปได้เปรียบเมื่อวัสดุมีเส้นใยยาวหรือมีสารตัวเติมสูง เพราะเนื้อไหลระยะสั้น เส้นใยหักน้อย และไม่มีรางวิ่ง (runner) ให้ทิ้ง ส่วนวัสดุ thermoset ทั่วไปไม่ได้วัดด้วย MFI แบบเทอร์โมพลาสติก แต่ใช้ค่าความสามารถในการไหลเฉพาะของ compound แต่ละชนิด
เทียบกับการฉีดและ transfer molding
| หัวข้อ | Compression | Transfer | Injection |
|---|---|---|---|
| การป้อนเนื้อ | วางชาร์จในช่องแม่พิมพ์ที่เปิดอยู่ | วางในห้องอุ่น (pot) ลูกสูบดันเข้าแม่พิมพ์ที่ปิดแล้ว | สกรูฉีดเนื้อหลอมเข้าแม่พิมพ์ที่ปิดแล้ว |
| เศษต่อรอบ | ครีบเท่านั้น | เนื้อค้างใน pot และทางวิ่ง | runner (ยกเว้น hot runner) |
| เส้นใยยาว | รักษาได้ดีที่สุด | ปานกลาง | หักมากที่สุด |
| insert และรายละเอียดซับซ้อน | จำกัด | ดี เหมาะงานหุ้มชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ | ดีที่สุด |
| ค่าแม่พิมพ์ (เทียบกัน) | ต่ำถึงกลาง | กลาง | กลางถึงสูง |
| ความเร็วและระบบอัตโนมัติ | ต่ำถึงกลาง | กลาง | สูง |
ปัญหาที่พบบ่อย
ปัญหาการอัดขึ้นรูปเกือบทั้งหมดแก้ที่ชาร์จ อุณหภูมิ แรงกด และเวลา ไม่ใช่ที่สารเติมแต่ง ตารางนี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับไล่สาเหตุ
| อาการ | สาเหตุที่เป็นไปได้ | วิธีตรวจ | สารเติมแต่งช่วยไหม |
|---|---|---|---|
| ฟอง ผิวพอง รูพรุน | แก๊สจากปฏิกิริยาหรือความชื้นหนีไม่ทัน breathe ไม่พอ cure ไม่ครบ อากาศติดจากการวางชาร์จ | ตัดขวางชิ้นงานดูตำแหน่งฟอง เทียบกับตำแหน่งวางชาร์จ ตรวจความชื้นวัสดุ | ไม่ใช่ แก้ด้วยการอุ่นและอบชาร์จ ปรับ breathe แรงกด และเวลา |
| อัดไม่เต็ม (short) | ชาร์จน้อย เนื้อ cure ก่อนเต็มเพราะปิดช้าหรือแม่พิมพ์ร้อนเกิน compound เก่า | ชั่งชาร์จทุกครั้งช่วงไล่ปัญหา ดูว่าขาดที่จุดไกลสุดจากชาร์จหรือไม่ | ไม่ใช่ แก้ที่น้ำหนักและตำแหน่งชาร์จ ความเร็วปิด อุณหภูมิ |
| Cure ไม่ครบ (undercure) | เวลา cure สั้น แม่พิมพ์ร้อนไม่ทั่ว ชิ้นงานหนากว่าที่ตั้งเวลาไว้ | ความแข็งผิว (SMC/BMC นิยมวัดแบบ Barcol) ความเงา การพองหลังปลด หรือวิเคราะห์ความร้อนคงค้างด้วย DSC | ไม่ใช่ แก้ที่เวลาและอุณหภูมิ ภาชนะสัมผัสอาหารต้องคุมเรื่องนี้ตามข้อกำหนดผลิตภัณฑ์อย่างเข้มงวด |
| ครีบหนา (flash) | ชาร์จเกิน แนวแบ่งแม่พิมพ์สึก แรงปิดไม่พอ เนื้อไหลง่ายเกิน | วัดความหนาครีบและชั่งชาร์จ ตรวจรอยสึกที่แนวแบ่งแม่พิมพ์ | ไม่ใช่ แก้ที่ชาร์จและแม่พิมพ์ |
| ชิ้นงานบิด | อุณหภูมิแม่พิมพ์สองฝั่งไม่เท่ากัน ใยแก้ววางตัวไม่สม่ำเสมอ ปลดเร็วเกิน | วัดอุณหภูมิผิวแม่พิมพ์หลายจุด ดูทิศการไหลจากตำแหน่งชาร์จ | ในงาน SMC มีสาร low-profile ในสูตร compound ช่วยคุมการหด ไม่ใช่ masterbatch ที่เติมหน้าเครื่อง |
สารเติมแต่งในกระบวนการนี้
พูดตรงๆ: masterbatch ของ ACS ออกแบบสำหรับเทอร์โมพลาสติกโดยเฉพาะ PP และ PE งานอัด thermoset ใช้สูตรคนละโลก compound ถูกผสมสารตัวเติม (เช่น ผงเซลลูโลส ใยแก้ว แร่) ระบบ cure สารช่วยถอดแบบภายใน (internal mould release) และสีมาแล้วจากผู้ผลิต compound ไม่ได้เติมเม็ด masterbatch ที่หน้าเครื่อง
- GMT/LFT ที่ใช้ PP เป็นจุดที่ความรู้เรื่อง additive สำหรับ PP ใช้ได้ตรง เช่น UV stabilizer สำหรับชิ้นงานกลางแจ้ง สี และ heat stabilizer แต่ต้องออกแบบร่วมกับผู้ผลิต GMT/LFT เพราะเกี่ยวกับการยึดเกาะระหว่าง PP กับใยแก้ว ดู โซลูชัน UV
- เมื่อพิจารณาเปลี่ยนชิ้นงานจาก thermoset เป็นเทอร์โมพลาสติก เช่น กล่องไฟฟ้าจาก BMC เป็น PP ฉีดที่ต้องผ่านการทดสอบการติดไฟ ดู โซลูชัน FR PP เพื่อเข้าใจทางเลือกและข้อจำกัด การเปลี่ยนวัสดุต้องทดสอบทั้งความร้อน ไฟ และกลศาสตร์ใหม่ทั้งหมด
- งานยาง ใช้สารเคมีสำหรับยางโดยเฉพาะ (ระบบ vulcanize สารกันเสื่อม) ไม่ใช่ขอบเขตของบทความนี้
FAQ
คำถามที่พบบ่อยเรื่องการอัดขึ้นรูป
การอัดขึ้นรูปกับการฉีดต่างกันอย่างไร เลือกเมื่อไร
การอัดไม่มีระบบรางวิ่ง (runner) เนื้อไหลระยะสั้น เส้นใยยาวจึงหักน้อย ความเค้นค้างต่ำ และแม่พิมพ์โครงสร้างง่ายกว่า เหมาะกับชิ้นงานใหญ่ค่อนข้างแบนจาก thermoset หรือวัสดุเสริมใยยาว การฉีดเร็วกว่า อัตโนมัติง่ายกว่า และทำรายละเอียดซับซ้อนได้ดีกว่า จึงเหมาะกับชิ้นงานเทอร์โมพลาสติกปริมาณสูง
ทำไมต้องเปิดแม่พิมพ์ระบายแก๊ส (breathe) ระหว่างอัด
phenolic เมลามีน และ UF cure ด้วยปฏิกิริยา condensation ซึ่งปล่อยน้ำและสารระเหยออกมา ถ้าแก๊สติดอยู่ในเนื้อจะเกิดฟองหรือผิวพอง การเปิดแม่พิมพ์เล็กน้อยช่วงสั้นๆ หลังปิดครั้งแรกช่วยให้แก๊สหนีออกก่อนปิดอัดเต็มแรง จังหวะและจำนวนครั้งต้องปรับตามวัสดุและความหนา
ใช้มาสเตอร์แบตช์สำหรับ PP/PE กับงานอัด thermoset ได้หรือไม่
โดยทั่วไปไม่ได้ masterbatch สำหรับ PP/PE ใช้ carrier เป็นเทอร์โมพลาสติก ซึ่งไม่เข้ากับระบบ cure ของ thermoset และอาจทำให้เกิดจุดอ่อนในเนื้อ compound สำหรับ thermoset ผสมสารตัวเติม สี และระบบ cure มาแล้วจากผู้ผลิต compound การอัดที่ใช้ masterbatch แบบ PP ได้คืองาน GMT/LFT ที่มี PP เป็นเมทริกซ์
compression molding กับ transfer molding ต่างกันอย่างไร
compression วางชาร์จลงในช่องแม่พิมพ์โดยตรงแล้วปิดอัด transfer วางชาร์จในห้องอุ่น (pot) แล้วลูกสูบดันเนื้อผ่านช่องทางเข้าไปในแม่พิมพ์ที่ปิดอยู่แล้ว transfer เหมาะกับชิ้นงานที่มี insert หรือหุ้มชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ครีบน้อยกว่า แต่มีเศษเนื้อค้างในห้องอุ่นและทางวิ่งทุกรอบ
ข้อควรระวังทางเทคนิค
ค่าการเติม (let-down ratio) และข้อมูลทางเทคนิคในหน้านี้เป็นค่าอ้างอิงทั่วไป ไม่ใช่การรับประกันคุณสมบัติ ต้องยืนยันด้วยการทดลองในกระบวนการผลิตของคุณเองก่อนใช้งานจริง
