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橡胶成形技术

发布时间:2016-10-12 15:21:46   人浏览 来源:

_太阳城娱乐城_网 - 加工工艺

橡胶成形技术

    橡胶:使用温度处于高弹态的高分子材料,橡胶具有良好的弹性,其弹性模量仅为10MPa,伸长率可达100%~1000%,同时还具有良好的耐磨性、隔音性、绝缘性等。成为重要的弹性材料、密封材料、减震防震和传动材料。

    应用:国防、交通运输、机械制造、医药卫生、农业和日常生活等各个方面。

    常用的橡胶有天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶是由天然胶乳经过凝固、干燥、加压等工序制成的片状生胶。合成橡胶主要有丁苯橡胶、顺丁橡胶、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶等。

    成形:将生胶经塑炼和混炼后才能使用。橡胶制品是以生胶为基础加入适量配合剂(硫化剂、硫化促进剂、防老剂、填充剂、软化剂、发泡剂、补强剂、着色剂等),然后再经过硫化成形获得。橡胶制品的成形方法与塑料成形方法相似,主要有压制成形、注射成形和传递成形等。

一、橡胶的压制成形

(一)压制成形工艺流程

    橡胶的压制成形是将经过塑炼和混炼预先压延好的橡胶坯料,按一定规格和形状下料后,加入到压制模中,合模后在液压机上按规定的工艺条件进行压制,使胶料在受热受压下以塑性流动充满型腔,经过一定时间完成硫化,再进行脱模、清理毛边,最后检验得到所需制品的方法。橡胶压制成形的工艺流程如图5-26所示。

             

图5-26  橡胶压制成形的工艺流程

(1)塑炼  在一定的温度下利用机械挤压、辊轧等方法,使生胶分子链断链,使其由强韧的弹性状态转变为柔软、具有可塑性的状态,这种使弹性生胶转变为可塑状态的加工工艺过程称为塑炼。

(2)混炼  为了提高橡胶制品的使用性能,改进橡胶的工艺性能和降低成本,必须在生胶中加入各种配合剂。将各种配合剂混入生胶中,制成质量均匀的混炼胶的工艺过程称为混炼。

(3)制坯  制坯是将混炼胶通过压延或挤压的方法制成所需的坯料,通常是片材,也可为管材或型材。

(4)裁切  在裁切坯料时,坯料质量分数应有超过成品质量分数5%~10%的余量,结构精确的封闭式压制模成形时余量可减小到1%~2%,一定的过量不仅可以保证胶料充满型腔,还可以在成形时排除型内的气体和保持足够压力。裁切可用圆盘刀或冲床按型腔形状剪切。

(5)模压硫化  模压硫化是成形的主要工序,它包括加料、闭模、硫化、脱模和模具清理等步骤,胶料经闭模加热加压后成形,经过硫化使胶料分子交联,成为具有高弹性的橡胶制品。脱模后的橡胶制品经修边和检验合格后即为成品。

(二)压制工艺

    橡胶压制成形工艺的关键是控制模压硫化过程。

    硫化是指橡胶在一定压力和温度下,坯料结构中的线性分子链之间形成交联,随着交联度的增加,橡胶变硬变韧的过程。

    硫化过程的主要参数:硫化温度、压力和时间等。

(1)硫化温度  硫化温度直接影响硫化速度和产品质量。硫化温度高,硫化速度快,生产效率就高。但是硫化温度过高会使橡胶高分子链裂解,从而使橡胶的强度、韧度下降,因此硫化温度不宜过高。橡胶的硫化温度主要取决于橡胶的热稳定性,橡胶的热稳定性愈高则允许的硫化温度也愈高。表5-11是常见胶料的最适宜硫化温度。

表5-11  常见胶料的最宜硫化温度(℃)

胶料类型

最适宜硫化温度

胶料类型

最适宜硫化温度

天然橡胶胶料

143

丁基橡胶胶料

170

丁苯橡胶胶料

150

三元乙丙胶料

160180

异戊橡胶胶料

151

丁腈橡胶胶料

180

顺丁橡胶胶料

151

硅橡胶胶料

160

氯丁橡胶胶料

151

氟橡胶胶料

160

(2)硫化时间  硫化时间是和硫化温度密切相关的,在硫化过程中,硫化胶的各项物理、力学性能达到或接近最佳点时,此种硫化程度称为正硫化或最宜硫化。在一定温度下达到正硫化所需的硫化时间称为正硫化时间,一定的硫化温度对应有一定的正硫化时间。当胶料配方和硫化温度一定时,硫化时间决定硫化程度,不同大小和壁厚的橡胶制品通过控制硫化时间来控制硫化程度,通常制品的尺寸越大或越厚,所需硫化的时间越长。

(3)硫化压力  为使胶料能够流动充满型腔,并使胶料中的气体排出,应有足够的硫化压力。通常在100~140℃范围压模时,必须施用20~50MPa的压力,才能保证获得清晰复杂的轮廓。增加压力能提高橡胶的力学性能、延长制品的使用寿命。试验表明,用50MPa压力硫化的轮胎的耐磨性能,较压力在2MPa硫化的轮胎的耐磨性能高出10%~20%。但是,过高的压力会加速分子的降解作用,反而会使橡胶的性能降低。

通常,对硫化压力的选取应根据胶料的配方、可塑性、产品的结构等因素决定。在工艺上应遵循的原则为:制品塑性大,压力小;制品厚、层数多、结构复杂,压力大;薄制品压力低。生产中采用的硫化压力多在3.5~14.7MPa之间,模压一般天然橡胶制品常用压力为4.9~7.84MPa之间。

(三)压制模具

    橡胶压制模与一般塑料压塑模结构相同,如图5-27所示。

    橡胶模在设计时注意如下问题:

(1)测温孔  为保证橡胶制品的质量,硫化温度的误差应控制在±2℃范围,因此,在压制模型腔附近必须设置测温孔。在压制过程中,利用水银温度计通过测温孔控制温度。测温孔应设置在型腔附近约5~10mm处。

(2)流胶槽  由于在加料时一般有5%~10%的余量,为保证制品精度,在型腔周围设置流胶槽,流胶槽多为R1.5~2mm的半圆形,在流胶槽与型腔之间开设一些小沟,使多余的胶料排出。

图5-27橡胶压制模
1-定位销  2-压制模  3-住塞  4-流胶槽

二、橡胶注射成形

(一)橡胶注射成形工艺过程

    橡胶注射成形的工艺过程:预热塑化、注射、保压、硫化、脱模和修边等工序。将混炼好的胶料通过加料装置加入料筒中加热塑化,塑化后的胶料在柱塞或螺杆的推动下,经过喷嘴射入到闭合的模具中,模具在规定的温度下加热,使胶料硫化成形。

    在注射成型过程中,由于胶料在充型前一直处于运动状态受热,因此各部分的温度较压制成形时均匀,且橡胶制品在高温模具中短时即能完成硫化,制品的表面和内部的温差小,硫化质量较均匀。注射成型的橡胶制品具有质量较好、精度较高、而且生产效率较高的工艺特点。

(二)注射成形工艺条件

    注射成型工艺条件主要有料筒温度、注射温度(胶料通过喷嘴后的温度)、注射压力、模具温度和成型时间。

(1)料筒温度  胶料在料筒中加热塑化,在一定温度范围内,提高料筒温度可以使胶料的粘度下降,流动性增加,有利于胶料的成形。

一般柱塞式注射机料筒温度控制在70~80℃;螺杆式注射机因胶温较均匀,料筒温度控制在80~100℃,有的可达115℃。

(2)注射温度  一般应控制在不产生焦烧的温度下,尽可能接近模具温度。

(3)注射压力  注射压力是注射时螺杆或柱塞施于胶料单位面积的力,注射压力大,有利于胶料充模,还使胶料通过喷嘴时的速度提高,剪切摩擦产生的热量增大,这对充模和加快硫化有利。采用螺杆式注射机时,注射压力一般为80~110MPa。

(4)模具温度  在注射成形中,由于胶料在充型前已经具有较高的温度、充型之后能迅速硫化,表层与内部的温差小,故模具温度较压制成形的高,一般可高出30~50℃。注射天然橡胶时,模具温度为170~190℃。

(5成形时间  成形时间是指完成一次成形过程所需时间,它是动作时间与硫化时间之和,由于硫化时间所占比例最大,故缩短硫化时间是提高注射成形效率的重要环节。硫化时间与注射温度、模具温度、制品壁厚有关。表5-12是天然橡胶注射成形与压制成形时间对比表,由表中可以看出注射成形时间较压制成形时间少得多。

表5-12  天然橡胶注射成形与压制成形时间对比表

成形方法

料筒温度/

注射温度/

模具温度/

成形时间

注射成形

80

150

175

80s

压制成形

143

2025min


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