橡胶的硫化与成型技术_七_

近来 ,由于提高生产率的要求增强 ,因而加 快了橡胶的硫化速率 。这样做 ,无疑容易引起 焦烧以及因急剧起硫而引起气体迅速产生 、致 使容易发生凹缩 (制品表面缺陷) 、模腔内压迅 速上升 、制品内层和外层硫化不平衡等问题 。
这些问题 (橡胶的硫化行为) 与模具设计的关系 经整理 ,列入表 4 - 7 。由 4 - 7 可知 ,胶料硫化 体系的选择是极为重要的 。
塑性仪粘度转矩曲线的宽度和门尼粘度的波 动 ,以确认这种粘度的波动 。
另一个重要问题是胶料极易流动 ,在模腔 内迅速流过 ,它在模腔内停留时间短 ,模腔内压 难以上升 。这样 ,难以制得致密的硫化橡胶制 品 。为了解该问题 ,胶料的刚性需要大一些 。 所谓胶料的刚性大是指胶料强度及难以产生应 力松弛 。希望胶料的刚性和粘度要平衡 。
项 目
表 4 - 4 流动性( 粘度) 、压力损失 、应力松弛的评价方法与恰当测定项目 适宜评价方法与项目
流动性 (粘度)
1. 压模成型硫化 (剪切速率～10Πs) 用门尼粘度计和毛细管粘度计评价 2. 注射模成型硫化(剪切速率 103～104Πs) 用毛细管粘度计评价。评价粘度的温度特性和剪切速率的相关性
由门尼粘度计附属的应力松弛测定仪测定
胶料的流动性与模具设计的关系主要影响 主流道 、分流道 、浇口的形状和直径 、排气孔结 构 、合模面间隙 (表 4 - 5) 。
表 4 - 5 胶料流动性与模具设计
硫化特性
模具设计
流动性良好
1. 主流道和分流道小 2. 排气孔注胶口平行部分长而大 3. PΠL 面间隙窄 4. 生热小 (无需调温) 5. 卷入空气 (抽真空) 6. 可多模腔 7. 产生流痕少 8. 内压上升难
性 (自动化) 3. 平坦硫化 :制品表面因老化引起粘附 、污染 (通过硫化体系来
调整)
1. 排气孔结构 2. PΠL 面间隙 3. 真空模具结构 4. 温度可调模具结构 5. 模具材料 6. 表面处理 7. 脱模剂
1. 硫化剂分解生成气体 :低分解性气体 (高透气性) 2. 水分 、卷入空气 :低含量 (干燥 、抽真空)
专家谈及过 ,也没有研究论文和数据 。 表 4 - 3 汇总了胶料的流动性 、硫化特性和
与其有关的硫化剂分解气体 、污染性特性以及 制造优异的模压硫化制品应具备的性能和模具 设计的影响等问题 。
胶料特性 流动性
硫化特性 气体发生量
表 4 - 3 模具设计与胶料特性和橡胶配方的关系
应具备性能
影响模具设计项目
表4- 7
快速硫化特征
对模具设计的影响
1. 容易焦烧
1. 流动细管内径大一些 2. 排气孔溢料面长度短一些 3. 安装调温机构
2. 急剧产生气体
3. 开模缩裂 4. 模腔内压
1. 排气孔溢料面长度短一些 ,容积 大一些
2. 调整 PΠL 面间隙 3. 设置抽真空机构
压力松弛机构
1. 排气孔溢料面长度短一些 2. 调整 PΠL 间隙
表 4 - 6 橡胶硫化特性与模具设计
橡胶硫化特性
影响模具设计因素
1. 硫化速度 模腔内压上升行为 开模缩裂 (凹缩)
2. 焦烧时间 脱气操作 操作稳定化 (自动化)
3. 平坦硫化 因过硫引起表面老化及污染
1. 排气孔结构 2. PΠL 面间隙 3. 抽真空结构 4. 温调结构
5. 模具材质 6. 表面处理 7. 脱模剂
编译者简介 :王作龄 (19382) ,男 ,山东青岛人 ,高级工程师 ,长 期从事橡胶科技情报研究 、日文科技文献翻译及审定工作 。
起粘度上升 ,以及硅橡胶由于塑性返原引起粘 度上升均不理想 。注射成型现场必须检查胶料 粘度随时间变化的情况 。胶料粘度波动小也是 很重要的 。胶料粘度波动大时 ,每次操作时 ,模 内的胶料流动会发生变动 。通过检验布拉本德
1. 排气孔 2. 抽真空 3. PΠL 表面粗糙度
污染性
1. 低污染性配合剂 :硫化或交联体系 (硫黄 、过氧化物 、树脂硫 化剂) 、硫化助剂 (ZnO)
2. 脱模剂粘模 :硫化温度
1. 模具材质 2. 表面处理 3. 脱模剂 4. 洗涤方法 5. 喷砂
为制作优异的模制品 ,首先是胶料的粘度 必须低而且容易流动 ,加之 ,贮存过程中粘度变 化要小 。NR 和 CR 胶料在贮存中因结晶而引
排气孔不仅与胶料流动性有关 ,而且也与 硫化特性有关 。若按排气孔的结构分类 ,则如 图 4 - 17 所示的四种结构 。此外 ,关于可调节 流动性的排气孔部的专利也有不少 ,其中代表 性专利如图 4 - 18 (特开 2001 - 277245) 和图 4 - 19 (特开 2001 - 28954 ,334556) 所示 。
图 4 - 15 排气孔溢料面长度与模腔内压的关系 图 4 - 16 热塑性弹性体模具的排气孔结构
图 4 - 17 各种排气孔结构
胶料流动性对模具内的流痕有影响 ,特别 与注射成型时注胶口位置的关系很重要 。流痕 是从不同方向流动的胶料 (如图 4 - 20 所示) 会 合 ,且沿着模腔厚壁内侧折弯形成的 。胶料中 的填充剂 、石蜡 、氧化锌 、橡胶等组分在流痕的 界面上析出 ,成为硫化制品上的缺陷 。
鉴于这一理由 ,作为橡胶模制品的加工助
剂 ,一般可使用操作油和增塑剂 ,但最好是与低 分子量的聚合物类加工助剂并用 。因为这样既 能提高胶料粘度 ,又可保持胶料刚性 ,具有双重 效果 。橡胶配方中的生胶含量不能太低也很重 要。
用表 4 - 4 所示的评价方法测定胶料的流 动性 、粘度 、压力损失和应力松弛等性能受到好 评。
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第 33 卷第 12 期
王作龄. 橡胶的硫化与成型技术 (七) ·43 ·
压力损失 应力松弛
1. 由毛细管粘度计和 Bagley 曲线图算出设定 3～4 种 LΠD 活塞的剪切应力 ,由 Bagley 曲线图 (参考图 4 - 9) 算出
2. 通过压力损失与剪切速率相关性的评价 ,确定适当的成型硫化条件 在压力损失与剪切速率无相关性的情况下推定平和的加工条件 (该加工条件可推定为橡胶模制品成型 硫化性优异的条件)
图 4 - 18 排气孔改进的橡胶制品硫化模具
图 4 - 19 排气孔部设置压力调节部分以调整模 腔内压的橡胶硫化模具
内 聚 能 高 而 流 动 性 差 的 胶 料 容 易 产 生 流 痕 。防止出现流痕的方法有 : ①提高胶料的流
图 4 - 20 模具内流痕派生机理
动性 ; ②给予胶料适中的粘性 ; ③选择不产生焦 烧和分解气体少的硫化体系 ; ④采用分散性好 的配合剂 。在模具设计方面 ,需要在变更注胶 口的位置 、设置抽真空结构 、调节分流道直径和
使胶料温度分布均匀等方面下功夫 。 在研究 胶 料 硫 化 特 性 与 模 具 设 计 的 关 系
时 ,必须与图 4 - 3 所示的胶料在模腔内流动和 硫化的同时 ,产生压力增高等一系列行为结合 起来考虑 。
支配模腔内胶料硫化特性的指标是焦烧时 间和硫化速率 (表 4 - 6) 。调节硫化速度不致 发生焦烧 ,消除硫化制品凹缩 、外观不良 、硫化 不足和气孔等不良问题成为重点 。从硫化特性 与模具设计的关系看 ,硫化特性会影响排气孔 结构 、合模面间隙 、抽真空结构和调温部分结 构。
压力损失小
1. 分流道直径小 2. 内部生热小 3. 压力降幅小
应力松弛缓慢 (胶料韧性大)
1. 流动性稍许降低 2. 模腔内滞留时间长 ,内压易上升 3. 层流传递
胶料流动性对于分流道和浇口的内径影响 特别大 。
被认为可适用于塑料和 EPDM 的胶以下经验
硫化体系 超速体系 ( TT、PZ)
快速体系 (DM、MBT)
中速 、慢速体系 ( CZ、EUR 、BUR)
中图分类号 :TQ 330. 4 ,TQ 330. 6 ,TQ 333 ,TQ 334 文献标识码 : E 文章编号 :167128232 (2006) 1220042206
4. 3 流动性 、硫化特性与橡胶配方和模具设计 的关系 胶料的流动性和硫化特性对模具设计的影
响 ,以及与橡胶配方设计的关系是颇受橡胶从 业者关心的问题 。但对于该问题以前几乎没有
5. 内层 、外层硫化不 平衡
1. 平坦硫化 2. 低硫 、高促进剂配合 3. 高金属氧化物配合 4. 过氧化物 + 交联助剂
硫化体系按硫化速度可分为如表 4 - 8 所 示的超速硫化体系 (促进剂 TT、促进剂 PZ 类) 、 准超硫化体系 (促进剂 DM、促进剂 MBT 类) 、中 速 (慢) 硫化体系 (促进剂 CZ、促进剂 EUR、促进 剂 BUR 类) 三类 。选择硫化体系时 ,必须将制 品的生产效率 、成本 、焦烧安全性 、制品质量等 几方面结合起来进行综合考虑 。
1. 高流动性 2. 粘度稳定性 (随时间变化) 3. 低压力损失 4. 适宜的应力松弛
(加工助剂 、软化剂 、低粘度聚合物加工性能改良剂)
1. 主流道 、分流道和浇口的结构及直径 2. 排气孔结构 3. PΠL 面间隙
1. 硫化速度 :模腔内压上升行为 2. 焦烧时间 :排气时间内的稳定性以及连续操作时间内的稳定
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} 用金型技术》一书 。全书共分 10 章 :模具工业动向 、橡胶与弹性体 、橡胶与弹性体的硫化
方法及其进步 、模具内胶料流动和硫化行为与模具设计的关系 、配炼与配方设计 、模具设计 、橡胶制品模
具 、模具制作 、脱模与防止污染 、硫化事故与对策 。
关键词 : 橡胶 ;硫化 ;成型 ;模具设计 ;制作
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第 33 卷第 12 期
王作龄. 橡胶的硫化与成型技术 (七) ·45 ·
第 33 卷第 12 期 2006 年 12 月
世界橡胶工业 World Rubber Industry
Vol . 33 No. 12 :42～47 Dec. 2006
橡胶的硫化与成型技术( 七)
王作龄 编译
摘要 : 该书系编译自由日本橡胶协会模具分会编写 、日本工业调查会于 2004 年 11 月出版的《
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世 界 橡 胶 工 业
2006
表现近似于塑性流动的流动性材料 ,其成型模 具排气孔溢料面长度多数取 6～12 mm (见图 4 - 16) 。
公式 ,即 :
d = nk4 A 式中 d ———浇口直径 ,mm ;
n ———材料常数 (高流动性材料为0. 6 , 中流动性材料为0. 7 ,低流动性材 料为0. 8) ;
k ———壁厚系数 (0. 1～0. 15) ; t ———基本壁厚 ,mm ; A ———成品展开面积 ( = VΠt) ,mm2 ; V ———成品容积 ,mm3 。 该经验公式可以说 , 很符合直径为0. 2～ 2. 0 mm 的浇口 。在表 4 - 5 中所示的流动性与 模具设计关系 ,可用来研究流动性与排气孔部 结构的关系 。 流动性提高 ,胶料容易流动 ,这对于胶料通 过注射成型模具的主流道 、分流道和浇口时特 别有利 ,但是 ,也担心胶料在模腔内流动过快 , 未充满模腔之前就向外流出 。此时 ,采取稍许 将排气孔溢料面的长度放长一些 ,以延长胶料 在模腔内滞留的时间 。这样 ,可制得致密的硫 化制品 。排气孔溢料面长度与模腔内压的关系 如图 4 - 15 所示 。普通模具溢面长度取0. 3～ 4. 0 mm ,但可根据流动性进行调节 。像 TPE 等