广粘硅橡胶技术

液体硅橡胶的注射成型技术

液体注射成型(以下简称L IM)现正在开始普及。L IM原来是由美国Dow Corning公司提出的课题,目的是用液体硅橡胶制造小型、精密和批量生产制品,以代替以往用混炼型橡胶制造的同类产品,但当初的这一技术多年未能得到普及。L IM用液体硅橡胶由于在模具内的硫化时间非常短,所以若用少模腔模具高效率成型的话,就能够代替用多模腔模的模压成型,并可克服材料的差价,但因注射模具的价格较高以及材料的物性欠缺,而未能按原计划进行。

可是,日本在原来用混炼成型硅橡胶制造大型部件(如胶辊、重要衬垫、阳极帽等)的批量生产中采用L IM,为提高生产效率、降低产品成本作出了贡献。像后述的那样,这是由结构简单的大型L IM成型机提供了相对廉价的加工技术而产生的效果。

最近,对L IM优势的重新评价,促进了在小型、精密部件加工过程中的普及。这被认为是由于材料的物性进一步改善、可靠性也得到提高、开始用于制造汽车部件等理由所致。但是,材料物性的改善和应用范围的扩大还有待加强。

作为L IM最近的技术,其中有:冷流道模具开始普及、无胶边成型正在实用化、采用与塑料的复合成型以实现高功能和高附加值化等。

以下,本文将对L IM的特点、用途进行介绍。1　L IM的特点

与模压成型或混炼型橡胶的注射成型相比, L IM成型的特点如下:

(1)由于需要供料装置,所以对于小型机器来说,L IM的价格最高。但对于大型机器(注射量200g),由于供料装置的价格所占的比例相对减小,所以L IM要比混炼型橡胶用螺杆式注射成型机便宜;

(2)与螺杆式注射成型机相比,因无塑化机构,一般是对低粘度材料进行低压成型,所以耗能低(但是,最近为改善物性而正在进行着高粘度化,注射压力也在趋于高压化。因材料物性获得了改善,所以通过制品薄壁化可达到节省材料费用的目的。这是要求提高成型压力的原因之一;

(3)由于实现了材料标准化、生产自动化,所以即使无橡胶注射成型加工经验的企业也容易掌握相关的加工技术。但是,将成型品(不限于L IM)的生产转到海外也是常见的事;

(4)硫化时间短。对于相同壁厚的制品,所需时间为模压成型时间的几分之一,因此使用模具腔数为模压用模具的几分之一。但是,L IM模具要求的精度比模压模具高,价格也高出几倍以上,因此模具加工费用并不低。总之,由于模具成本高,所以若不同批量产品则不能采用L IM;

(5)由于材料由生产厂家直接提供,无需混炼加工等前道工序,所以材料易于管理。但企业间在材料设计上不能出现特色和差异;

(6)由密闭容器将材料直接供给成型机,而且是在封闭系统中加工,所以不必担心杂质混入。

2　L IM的用途

L IM使用的材料实际上只是硅橡胶。其主要制品有:(1)医用、食品加工机器用密封垫类、奶瓶用奶嘴;(2)高压帽、垫圈、电缆接头密封、插塞护罩、膜片、复印机胶辊;(3)个人电脑用特种衬垫;(4)潜水面具、通气管;(5)眼镜框衬垫、接线柱类的整体成型密封等。照片图1(略)为L IM成型样品的一例。

3　L IM机

Dow Corning公司约在20年前提出L IM 时,对备有液体原料供给、混合装置的成型机曾推

荐用于部分改造原有的螺杆式注射成型机。主料和硫化剂原料由回转罐等供给,因此由回转泵抽排出的原料被送入安装在螺杆机料斗口的静态分流混合器。经静态分流混合器进行预混合后送入机筒,由螺杆旋转进一步混合、计时。其后的作用、功能与热固化性树脂的成型机相同。

这种形式基本与采用专用的螺杆相同,也是现在许多生产厂家正在采用的结构(见图1)

。

图

1

图2　低压成型用L IM 装置

但是,对于低压成型来讲,当通过加长结构来增大注射量时,这种结构存在有成本增高、已混材料残留量多以及材料损耗大的缺点。

日本山城精机制作所根据热熔蜡以来的液体原料用成型机的经验,设计出了不使用螺杆而只

用静态分流混合器也能使原料混合的机构(专利)。可提供结构简单,易于大型化,而且材料损耗小的成型机(见图2)。

图2是低压成型用L IM 的装置。由供料泵供给的原料、注射泵进行定量计量后,再经预混室、静态分流混合器直接由开关式喷嘴注入模具。已混合的原料因在室温下也能进行固化,所以对

于L IM 机在操作结束时,与已混合原料接触的部分为抑制固化必须进行冷却,或者进行清洗或更换主原料。禁止使用强溶剂,可进行树脂清理,但原料成本高,因此原料消耗多少是个重要的问题。

图2注射机的结构与图1注射机的结构不同,它与已混合原料接触的部分较小,清洗、更换时原料损耗非常少。注射量400ml 的机型其原料损耗在100ml 以下。此外,由于机型较小,所以冷却简单、用电也少。如果拆下混合部分保管在普通冷库中的话,则基本无原料消耗。

像注射成型一样,当原料流动间断时,以往的静态分流混合器在每次成型流动启动时总是有的原料先行,而该部分不能混合,从而出现混合不良的现象。预混室克服了这一缺点,即使混合室内先行的原料扩散到相对原料内部后流入混合器,实际上也不会出现混合不良的现象。

该结构若混合比为1/1、粘度差达到1/10,或者粘度基本相同、混合比达到1/10时也是可以使用的。但该结构的缺点是由于注射压力加到静态分流混合器上,所以不能适用于高注射压力。

图3是克服了上述缺点的高注射压力L IM 的装置。将由静态混合器进行混合的原料供给、贮存于注射泵料筒中,再由柱塞将其压入模具内。由于只用注射泵加压,所以该机机构简单,原材料损耗最小,可实现高压化、大容量化生产。

照片图2(略)为采用该结构的立式L IM 机,照片图3(略)为卧式L IM 机。这两种注射机的主要技术特征分别见表1、表2所示

。

图3　高注射压力L IM 装置

表1　立式L IM机主要技术特征

技术特征SA H220021102L 柱塞直径,mm<32

注射量,ml80

注射压力,MPa1500

混合比(容量比),A∶B10∶10

混合方式静混合器

供料方法回转泵

容量,L180×20

注料嘴接触力,kN214

注料嘴冲程,mm225

合模方式,直压

合模力,kN392

开模力,kN39

闭模冲程,mm300

最小模具厚度,mm200

最大闭合高度,mm500

脱模力,kN40

脱模冲程,mm50

支柱内尺寸,mm365×365

马达容量,kW715(4P)

工作油量,L180

冷却水量,L/h～100

机械尺寸(L×W×H),mm11785×1300×3052机械质量,t215

最高用油压力,MPa1517

表2　卧式L IM机主要技术特征

技术特征V・TIL T2802402L 柱塞直径,mm<32∶<32

注射柱塞直径,mm<55

注射量,ml200

注射压力,MPa8213

混合比(容量比),A∶B10∶10

混合方式静混合器

供料方法回转泵

注料嘴接触力,kN1117

注料嘴冲程,mm350

合模方式直压

合模力,kN1078

开模力,kN6516

闭模冲程,mm350

最小模具厚度,mm450

最大闭合高度,mm800

脱模力,kN3213

脱模冲程,mm40

滑动杆,mm1000

马达容量,kW1815(6P)

工作油量,L250

冷却水量,L/h800～1000

最高用油压力,MPa1117

机械尺寸(L×W×H),mm3620×2020×2500机械质量,t约104　最近的技术动向

411　冷流道模具

L IM用液体硅橡胶存在原料价格高的缺点,冷流道因减少了多腔模具的流道损耗而开始实用化。但从结构和辅助设备方面来看,其成本较高,不适用于小批量生产。此外,因受注胶口位置的限制,所以根据成型品形状采用较为困难。

模具的流道部分与模腔部分的加热部位之间进行隔热,并用冷却水、冷却气进行循环冷却,以保持低温。在模腔之间设置小注料道、小流胶道的结构比较简便,但也可在制品上直接设置针状浇口,日本山城精机制作所制造的模具上设置的针状浇口直径在012mm以下,现已投入实际使用。模腔的节距增宽(最小25mm),也可以安装由油压、气、弹簧驱动的开关式喷嘴。

当然,由于流道部位和模腔部位存在温差,所以需要在相互间没有吸收热膨胀差的结构。

流道内的原料由于进行固化,所以在机械停止时也必须用循环冷却水进行冷却,以便抑制固化。此外,进行冷却的模具由于会出现结霜,所以在防锈处理的同时还要用隔热材料对模具周围进行包覆,以作为保冷措施。流道必须是当操作结束而流道万一固化时能去掉内部原料的结构。

412　无胶边成型

对于模具,首先是提高分型面精度,进行耐久性的热处理,充分设置能使原料易填充模腔的排气孔等措施是必要的。对于成型机的要求则是能够控制注射速度和注射压力,提高计量精度,提高合模装置的动态精度等。

413　与不同材质树脂的复合成型

现在,注射成型工业中由单一原料批量生产成型品转移到海外生产是常见的事,而日本国内以生产复合型高附加值产品为目标。树脂与硅橡胶的复合成型也是其中一环,目的是有效利用树脂的刚性和橡胶的弹性生产高附加值产品。这些复合成型品是对树脂成型品进行底涂处理后作为嵌件对橡胶成型的。也有在橡胶成型时自动嵌入树脂成型品的作法。

有刚性的树脂成型品容易由自动化装置进行