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1、 36 2012世界橡胶工业所谓模具成型，就是将混炼胶填充到金属模具的模腔中，经过硫化成为橡胶制品的过程。但由于模腔内残留有空气及硫化产生的气体，所以模具的结构要能够通过由胶料流动所形成的压力及排除残留的气体。胶料要流动并要接触已被加热到硫化温度的模具，所以，胶料要保持适当的流动性。模腔的侧面不能阻碍胶料流动，硫化后制品要具有良好的脱模性。在模压成型工艺中，模具的结构和胶料的流动性是成型加工中的重中之重。模压成型首先要考虑制品的功能。橡胶制品的成型方法有模压成型、注模成型、注射成型几种。文中以大量使用的组合型模具的模压成型为主，探明在生产现场发生的制品质量问题的原因，寻找解决方案1。1 成型中
2、的质量问题1.1 外观缺陷从产品外观的缺陷上来推测造成缺陷的原因，排除产生缺陷的原由就是我们要采取的对策。现将外观质量问题归纳于表1，并对它们进行分类，研究造成的原因。模压橡胶制品成型工艺中的问题与对策唐孝先 编译摘要：指出了模压制品生产中时常出现的问题。不合格产品的产生源于胶料的流动状态和焦烧性能，这些性能决定于加工温度。当胶料进入模腔时观察其流动状态是很重要的。其他因素，诸如平行精确度、热板温度分布、模具污染等都会影响产品的合格率。文中讨论了上述因素并评估了产品的缺陷。关键词：压模；产品缺陷；流痕；熔痕；开横缩裂中图分类号：TQ 336 文献标识码：B 文章编号：1671-8232(201
3、2)07-0036-071.1.1 表面状态所谓表面状态就是模具表面的加工状态，2012第39卷第7期2012年7月世界橡胶工业World Rubber IndustryVol.39 No.7：3642Jul.2012表 1 产品外观缺陷缺陷表现形式造成缺陷的原因表面状态(模型表面加工不良)表面粗糙出现花纹 胶料焦烧 部分胶料粘附在模型上缺胶表面局部塌陷 胶料粘附过多 局部成型压力不足 模腔内残留空气 胶料填充量不足(由于胶料的流动性过大而流失于模型外)表面有微小的凹凸状微微塌陷微细的突起和鼓泡 热熔融物料分散不良 混入异物或异种材料 填充剂等助剂吸附了湿空气 胶料中有气泡流痕线条状或裂纹状缺
4、陷 受溢流胶的影响 胶料流动的黏度低 受粉剂及脱模剂的影响熔融部位状态不良割痕、开裂、伤痕 胶料流动性差 模型污染 胶料流动中产生焦烧 由于胶料热历史引起的焦烧时间缩短 受溢流胶及喷霜的影响 受脱模剂的影响开模缩裂在飞边部分产生凹陷状的表面缺损 由热传导产生了表面与内部的温度差 硫化温度过高 硫化速度太快 37 第39卷第7期表面状态不佳多数是由胶料的焦烧引起的。胶料的焦烧还受到停放条件和时间变化的影响，往往是胶料在高温模具中流动时较多发生，此时可看到呈皱折状态的表面粗糙。另外，如图1所示的那样，在制品表面也产生了不同的平滑圆形亮点。可以考虑这是脱模剂的缘故，这往往发生于采用产生气体较多的配合
5、剂以及高填充的胶料中。涂布脱模剂要均匀，硫化后的成型产品要迅速出模。1.1.2 缺胶在成型产品的表面上产生如图2所示的塌陷，这是因为模具排气不尽，胶料填充量不足所致。排气是利用了胶料的弹性和气体的膨胀力，所以失去了可使胶料粘附于模型表面的低黏度效果。另一方面，模腔内胶料的填充量不足，从而使胶料的流动性没有被充分利用，导致胶料向模腔外流失。作为解决这一问题的对策，脱模剂的涂布要均匀，对胶料加压的速度要减慢。?图1 制品表面状态?图2 缺胶实例1.1.3 表面微细的凹凸状造成微细塌陷的原因考虑，是由于熔融配合剂在硫化温度下分散不良所致。胶料应该通过滤网或薄通等方式除去分散不良的助剂。此时，还要注意
6、胶料的黏度会有所下降，硫化特性也会发生变化。另外，产生微小的气孔，是在混炼操作中有异种材料异种物质混入胶料所致。其它，如填充剂吸湿或者在混炼操作时由于加工机械过冷，导致冷凝的水份混入均会使制品在硫化后有气孔产生。在这种情况下，容易使模具受到污染，由于配合的缘故促进了胶料的焦烧，从而对胶料的电绝缘性和热老化有影响，所以，这种胶料不能使用。胶料中残留的气泡往往是在压延时有空气混入形成的，通过促进胶料在模型内流动或者排气来消除之；与之相反，胶料流动性较弱时会产生流痕这样的瑕疵，如果是这样可将大的气泡刺破。1.1.4 流痕流痕是在制品表面留下的胶料流动的痕迹，有线状和裂纹状等不同状态。究其原因是胶料的
7、流动出了问题。如图3所示，由于加热状态差异引起的黏度不同，胶料部分焦烧，模型表面污染等都会引起胶料流动方面的障碍。在模压成型过程中，胶料进入模具，接触模具表面并被加热，胶料的表面和内部产生了温度梯度，从而引起胶料在模腔内流动不均匀。对此应采取的措施是，胶料进入模具前先预热，或者成型时使胶料保持低压流动状态，在较短时间内排气，与此同时，成型压力要始终保持不变等等。其他原因，还有胶料表面析出的物质，为防止粘附所涂敷的粉剂等均会有所影响。胶料存放时间长，容易引起喷霜，所以要设定胶料混炼后的安全使用期。还有，涂敷粉剂和脱模剂过量使用都是造成流痕产生的原因。1.1.5 熔合不佳熔合部份是指如图4所示，由
8、于模腔内的销钉和芯栓的缘故，胶料流动被截断后又恢复流动的部分。这种合流部位产生的痕迹称为熔接线或熔接痕。合流部位的强度低，极易成为破坏的起始点。究其原因，空气和缺乏相溶性的物料以及脱模剂之类的物质积滞于此，在连实 用 新 型唐孝先.模压橡胶制品成型工艺中的问题与对策实 用 新 型 38 2012世界橡胶工业续生产的初期产品的表面变得模糊不清，随后模具表面上逐渐有污垢产生，这时应尽早对模具进行清洗，另外，硫化快的胶料在流动的表层会出现焦烧的现象，所以对预成型工艺（压延、挤出）中的热历史、胶料停放的时间都要给予关注。同一批胶料随着停放时间的增加，胶料的不良率会逐渐增大。作为解决这一问题的方法是脱模
9、剂的涂布量要少，或者采用烧结型脱模剂，对于残留空气在考虑胶料流动方向的同时，还要注意适时排气。出现焦烧时要缩短操作中的热历史，同时还要等胶料冷却后再进行堆放。?图3 流痕?图4 熔合部位1.1.6 开模缩裂所谓开模缩裂是大型厚壁制品及圆筒形制品的接缝处产生形状不规则的凹痕，也有称为开模崩裂。如图5所示，圆筒形制品其内表面也有产生伤痕的情况。接触模具的表面层胶料和内部胶料的硫化速率有差异。随着胶料内部温度慢慢升高，由于热膨胀而使内压升高，造成表面层的硫化被挤压到合模面处，这一部份硫化胶在模具的拐角处被损坏，其产生机理示于图6。?图5 开模缩裂实例?图6 开模缩裂产生的机理如果是圆筒形制品，由于型
10、芯温度低在硫化过程中由于升温而引起热膨胀，所以也会发生同样的现象。针对上述原因，考虑使接触模具表面的胶料的温度与内部胶料的温度相同，或者使胶料表面与内部以大致相同的状态进行硫化，先对胶料进行加热，然后把它注入模腔，这在注射成型中很难做到；而在模压成型中其解决方法也并非十分完美，这就是现状。有一种方法可以解决这个问题，即把模具的毛刺突角车圆，在型芯上加装热源，使之保温。成型时，把胶料加热到焦烧温度，模腔表面用冷水冷却，形成温度梯度，这是一条很有效的措施。1.2 规格尺寸不准确1.2.1 厚度方向的尺寸不准确这个问题一般是由胶料填充量不足造成的。表2列示了与产品规格尺寸有关的问题。填充量不足与计量
11、器具的不合适有关，而厚实 用 新 型 39 第39卷第7期度方向的尺寸不准确则源自模具毛边的厚度。在设计模具时要设定如图7所示，能接纳填充胶料的多孔的沟槽或模框，毛边厚度要固定。有时由于胶料发生了焦烧而不能获得预先设定的流动状态，因而发生了厚度不均的情况。观察制品飞边的厚度与状态发现，表面异常的飞边是由胶料焦烧引起的。表2 与制品尺寸有关的问题问题内容原因尺寸不准确厚度方向(飞边的厚度)XY方向 胶料焦烧 胶料的流动性欠佳 填充量不足 胶料焦烧 压延效应的影响 硫化温度变更 成型压力变动组合模具部分尺寸误差由于位置偏差造成制品尺寸不准 模具温度不均匀 成型压力不均匀 胶料流动的影响 模具变形
12、成型机热板的平行度欠佳?图7 使厚度保持稳定的结构1.2.2 XY 方向的尺寸不准确由于装入模具的胶料中仍然残留着压延时受到的应力，而这种应力会使压延方向上的收缩率变大。根据配合的要求，可在比常温稍高的温度下使压延方向的拉伸状态自由收缩，以去除残余应力。胶料在模具中流动时产生的焦烧会导致制品变形，从而使硫化制品的尺寸发生误差。一般在标准的硫化温度下，改变成型压力也会影响制品的尺寸。在高温下改变成型压力，或者降低成型压力均会增大制品的收缩率。1.2.3 组合模具模具的外围与中心部位往往会产生尺寸上的误差，其原因是有多方面的。在厚度方向上是热板平行度的偏差以及模具变形；在尺寸大小方面有模具内温度分
13、布不均匀，模具外围放热造成温度下降。热板平行度的偏差导致成型压力不均匀，同时也影响胶料的流动性。成型压力不均匀会对模具产生压力分布和压缩负荷的不均匀，对模具变形也有影响。模具内温度分布不均匀引起模具局部线膨胀，这也是造成模具变形的原因。解决上述问题的方法是在各生产现场寻找原因并改进之，尤其要特别留意四角模具的四个角。1.2.4 复合材料的粘合问题在成型硫化的同时，还要跟其它材料粘合，此时往往会出现表3所列示的问题。粘接不佳是粘接材料的表面处理不到位，或者胶料接触面有问题，解决方法是硫化前把材料的粘接表面清理干净。涂敷胶粘剂后溶剂的残留也是造成粘合不佳的原因。粘接强度只有在做了破坏试验后才能获悉
14、，所以在作业现场对粘合材料的表面处理、胶粘剂的涂布以及干燥保存等都要十分到位。随着胶料的流动胶粘剂会附着在模具上，这也是造成模具污染的原因之一，所以还要定期检查模具的表面状态。若与纤维织物粘合，不要让胶粘剂进入构成线的纤维束内部。为此，胶粘剂的含固量应当高一些，假如胶粘剂和硫化胶使纤维束固化，使之变成脆弱的状态，那就不能获得令人满意的增强效果。另外，因为纤维束有空隙，往往会吸附湿气、残留的溶剂与气体，从而使产品外观出现鼓泡现象，所以在粘合后要注意保管。除此以外，保持胶料表面清洁以及胶粘剂的硫化速度的平衡也很重要，减少被粘金属材料的升温对胶料流动或粘合面变形的影响。表3 复合材料的粘合问题问题内
15、容原因粘合状态粘合材料界面剥离胶粘剂和硫化胶界面处剥离 粘合材料表面处理不当 胶粘剂不匹配 胶粘剂处理不当 胶粘剂选择不当 溶剂残留 胶料硫化速度不正确 胶粘剂涂布表面被污染实 用 新 型唐孝先.模压橡胶制品成型工艺中的问题与对策 40 2012世界橡胶工业2 模 具2.1 模具变形有关模具的问题归纳于表4。长期使用的模具会受到成型机热板状态（平行度、磨耗）的影响。在模压成型工艺中与投影面相对的厚度方向上小板状的模具居多，所以容易受热板的影响。为了给模具加热，在插入提供硫化温度的热板并加压时，由于模具外围压力是固定的，因此，模具的热膨胀受到了约束，因而产生了热应力（如图8所示）。热应力的影响向
16、模具内部、厚度方向扩张，以至于中央部位发生了弯曲，所以模具升温时必须要注意到这一点。另外，模具的壁较厚时由于是从侧面放热，其外围部份温度低，作为热板热源的加热装置的位置也是有影响的。热膨胀的大小与模具的变形有关，模具变形后与热板的接触不充分又会改变热传导，进而改变模具内的温度分布情况，形成恶性循环，这一切都是成型机热板平行度的偏差造成的。解决方法是在生产现场避免受模具变形的影响。表4 有关模具的问题问题内容原因模具变形热板接触面变形 由热应力引起变形 成型机热板变形 模具内的温差磨耗及损伤模腔表面损伤 生成的气体的侵蚀 填充剂等引起的磨耗 定位销磨耗脱模性产品脱模困难出模时发生外伤 欠硫或过硫
17、 模具表面污染 脱模剂涂布不足 脱模剂热老化 模具结构问题 硫化橡胶高温下的强度模具污染短时间污染造成外观不良 有欠硫的趋势 配合剂的烧结和固着 析出物炭化 喷霜物固着 脱模剂引起的污染2.2 模具的磨耗与损伤模具的使用寿命与胶料的种类及配合有关。在容易产生腐蚀性气体的情况下，不仅要注意模具表面处理以及防锈保养，还要重视模具使用后的清洗工作。研磨剂之类的硬质填充剂在流动或模具清洗过程中进行喷砂等作业会使模具局部产生磨损，从而影响到模腔内的角、栓、配合孔、雕刻文字（图案）等。另外，定位销的磨耗使得模具组合的位置发生错位，引起成型产品的轮廓变形，所以，对模具要进行定期检查并更换之。呈凹窝结构的锥形
18、部分由于产生了毛边和污染使其失去了定位的效果，所以也要留意对它进行清洗。2.3 脱模性模具的脱模性可以通过电镀等表面处理先进行平滑加工予以确立，但硫化胶容易与模具表面粘着，造成脱模性变差。根据模具的污染程度，模具表面状态的变化作出判断。模具清洗干净后仍可恢复到初始的状态。另外，硫化胶虽然在常温下强度很高，但在硫化温度下其强度极低，特别是形状复杂和下部凹陷的产品，脱模时容易产生撕裂和拉伤，所以，必须要多加小心。2.4 模具污染从胶料配方和硫化体系等方面的影响分别讨论造成模具污染的原因。一般来说，含填充剂多的胶料，吸湿的胶料容易污染模具。在欠硫状态下，胶料中的析出物及喷霜，水性脱模剂稀释水中的杂质
19、等均会加速模具的污染。图8 模具变形简图?实 用 新 型 41 第39卷第7期3 成型操作3.1 有关成型机的问题成型机热板的尺寸至少比模具的外型尺寸要大30 mm，热板的热源位于模具外部，模具的温度场分布稳定（见图9）。产品外观不良多半与成型机是否匹配有关。成型机的输出功率由模具中成型产品投影面积所必需的成型压力计算出来。一般选择成型压力的最大输出功率在80%以下。在模压成型过程中，室温下的胶料填入模具后，在硫化过程中由于热膨胀而增加了对成型机的负荷。热板的平行度也会受到隔热材料和连杆热膨胀的影响。滑动的模具安装板与热板之间产生污染也会影响其平行度。虽然要求热板温度场分布必须均一，但即使用表
20、面温度计测定，也很难获得准确的数值，与模具接触部份的温差为2 左右是较为理想的。在将成型完毕的产品取出，到再填入下一模胶料的这个周期内要确认模具温度在短时间内是否已恢复到硫化温度，如果模具温度下降后未能及时恢复，这也是造成欠硫的原因。?图9 成型机和放热3.2 胶料在模压成型过程中填入模具的胶料的温度与环境温度相同。因此，由于季节的不同，胶料在模具内的初始流动往往也有差别，这时，就有必要适时调整操作顺序。另外，由于回炼的胶料黏度已下降，在粘合性和硫化速度方面产生了变化，在掺用这种胶料时应控制其在新混炼胶中的比例，只有这样才能保证产品质量。在胶料停放方面，由于担心产生焦烧可将胶料存放于温度不高的
21、场所。胶料在运出作业现场时胶料表面由于结霜形成的水滴粘附在上面，这会促进胶料焦烧和模具污染。由于配合上的原因，制品硫化后的老化状态会发生变化，因此，为了防止表面结霜可在胶料表面覆盖一层布。3.3 装料往模具中填装胶料依模腔的形状、组合模具的数量不同，方法各异。胶料在模具内的流动是从高压部位流向低压部位，从容易变形的部位开始流动。如果是形状简单的立方体，那么，在它的上下二面施加负荷，则侧面的自由表面向前突出，拐角处的变形滞后，这一变形滞后的部份也称为融合部。另外，在钳型结构的模具中，若不采用让胶料从模腔内流出的装料方法，容易造成装料不足，关键是让胶料在模腔内均匀地流动。4 硫化后的问题4.1 表
22、面问题胶料在模具中成型时可以流入极小的缝隙中，产生很薄的飞边，这种薄薄的飞边容易粘在成型产品的表面，不容易除去。在高温下粘附于镜面时会变成接近于粘合的状态。此外，还要注意模具分型面的磨耗和变形，硫化后在高温下成型产品之间相互接触，界面往往会相互粘合，形成熔合。这样，待冷却后再剥离的话，粘合面会处于凝聚破坏的状态，所以，硫化制品应待其冷却到安全的温度以下再叠放在一起。制品的堆放和保管同样也要避免高温，硫化后产生的问题列于表5。4.2 喷霜及析出现象在设计配方时未考虑到现场的解决方法，而喷霜多数与硫化剂有关。在硫化成型现场考虑到有欠硫现象，所以，必须确认硫化条件（温度、时间）。使用升华性的配合剂，
23、则在硫化后至冷却前这一段时间内一直要保持敞开状态。喷霜及析出物是配合上的问题，是不可实 用 新 型唐孝先.模压橡胶制品成型工艺中的问题与对策 42 2012世界橡胶工业避免的，与制品接触的其他材料，若对其有影响者则必须确认它们的关系。4.3 变色在浅色制品中往往会发现有变色现象，这跟颜料的选择、混炼中颜料分散导致的色调不同有很大的关系。在成型作业现场跟变色有关的是硫化温度和硫化时间。由于热会使得颜料变色和胶料变色，所以要确立硫化条件。其它，与脱模性有关的表面状态上有差异的也叫变色，黑色制品也有受防老剂的影响而变色的，在制品贮存方面还要注意避光。4.4 对老化的影响至于成型条件和老化，如果能遵守
24、工艺操作规程则与此无关，制品硫化后从高温状态冷却到室温这段时间。叫做后硫化状态。二段硫化时从高温开始的冷却时间，以及除硫化条件以外在高温下的暴露状态等因素均会影响制品表面的老化进程。5 结束语文中归纳了采用压力机的模压成型工艺中，产生不合格产品的原因和与此有关的问题。在模压成型过程中胶料的流动性非常重要，把握混炼状态以及预成型状态也是十分必要的。另外，预先设定胶料在模具内的流动方向对解决加工中产生的问题是很有帮助的，再者，在生产现场实践经验也是十分重要的。表5 硫化后产生的问题问题内容原因表面制品表面粘附着薄薄的飞边制品表面有粘附的痕迹 硫化后不久就粘附在一起 硫化后制品紧靠在一起喷霜硫化制品
25、表面起霜 欠硫 挥发物粘附在表面 硫化后急速冷却 不相容物质存在于整个胶料中析出在硫化制品的表面渗出液态物质 软化剂选择不当 隔离剂的影响 由于硫化极性产生了变化变色浅色制品变色 硫化温度的影响 硫化后保管不当老化加速老化 硫化条件变化 后硫化的影响 二段硫化的影响 硫化后保管不当参考文献：1 水本清文，金型成形对策J，日本協会誌.2009.82(7)：323-328.实习编辑：邹瑾芬收稿日期：2010-11-296月12日，山东天弘化学有限公司年产9万吨乙丙橡胶及配套项目在东营港经济开发区开工。根据东营港经济开发区对乙丙橡胶项目环境影响评价公告显示，该项目总占地70.43万平方米，主要建设内容包括500万 t/a原料精制装置、180万 t/a劣质油综合利用装置、200万 t/aMCC装置、180万 t/a中芳烃加氢精制装置、150万 t/a加氢裂化装置、100万 t/a轻油改质装置、20万 t/a碳四芳构化装置、45万 t/a气体分馏装置、8万 t/aMTBE装置、80万 t/a轻芳烃加氢脱硫装置、23万 t/a硫磺回收联合装置及产品精制装置、33万 t/a乙丙橡胶装置以及配套的储运环保设施等。（钱伯章）山东天弘乙丙橡胶项目开工 实 用 新 型