硫化模具清洗方法的探索

高水鋒，周　鵬，韓啟龍，曹京歐

（杭州朝陽(yáng)橡膠有限公司，浙江杭州310018）

硫化模具清洗方法的探索

高水鋒，周鵬，韓啟龍，曹京歐

（杭州朝陽(yáng)橡膠有限公司，浙江杭州310018）

通過(guò)對(duì)多種硫化模具清洗方法的探索，選取一種或幾種合適的清洗方法，應(yīng)用于工廠模具清洗，提升了輪胎外觀品相。

硫化模具；清洗；輪胎外觀；污染

在橡膠的成形硫化工序，隨著硫化模具使用頻率的增加，來(lái)自于模具的汚染會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，這給橡膠成品的品質(zhì)、外觀以及尺寸精度等成品質(zhì)量帶來(lái)重大的缺陷，同時(shí)還存在成品脫模時(shí)的脫模性問(wèn)題以及縮短模具的使用壽命等問(wèn)題。

輪胎外觀不良的原因可以做如下分類：

（1）因模具排氣孔堵塞引起的缺膠不良和毛刺修剪不良導(dǎo)致的外觀不良。

（2）因硫化次數(shù)多導(dǎo)致的模具臟。

（3）在輪胎存放時(shí)和輪胎使用時(shí)顯現(xiàn)出來(lái)的配合在混煉膠里的防老劑等在表面析出所致的胎側(cè)膠表面的変色問(wèn)題。

1　模具常用的清洗方法

模具常用的清洗方法主要有以下幾種，通過(guò)對(duì)這幾種清洗方法進(jìn)行探索實(shí)驗(yàn)，對(duì)比模具清潔度，選定一種或幾種交叉使用的清洗方法作為企業(yè)模具清洗方法。

1.1清洗液清洗試驗(yàn)方法：將硫化模具浸在水溶劑中進(jìn)行手工清洗，模具有常溫和100℃以上高溫2種模具，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，觀察模具表面清潔度。具體步驟見(jiàn)圖1。

圖1　清洗液清洗方法示意圖

在使用無(wú)機(jī)酸的硝酸、硫酸、鹽酸，或者無(wú)機(jī)鈣的氫氧化鈉等作為清洗液時(shí)，具有不會(huì)造成鋁材質(zhì)模具的磨損、有對(duì)排氣孔和分型面內(nèi)部也能清洗的優(yōu)點(diǎn)，清洗效果較好，但存在對(duì)鋁材質(zhì)模具急劇腐蝕的問(wèn)題；在采用有機(jī)鈣的胺型清洗劑時(shí)，清洗效果良好，并且腐蝕也少，但因?yàn)榍逑磩儆谖；罚詫?duì)清洗裝置的防爆要求高，并且必須確保有一定的安全距離，而且還有臭氣和排水處理的后期處理問(wèn)題，所以安全性保證要求高，后期維護(hù)成本也較高。

1.2超聲波清洗

超聲波清洗主要由①空穴、②加速度、③促進(jìn)物理化學(xué)反應(yīng)的作用3項(xiàng)相互作用所致。特別是如何控制好空穴，使它發(fā)揮清洗作用是很重要的。

超聲波清洗3項(xiàng)相互作用如圖2所示。

圖2　超聲波清洗原理示意圖

通過(guò)超聲波的作用發(fā)生真空的氣泡，在瞬間被壓碎時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)力的沖擊波直接破壞污垢從而起到清洗作用。該空穴效果頻率越低越強(qiáng)、越高越弱。

超聲波清洗具體步驟：在清洗液中實(shí)施超聲波洗凈后，進(jìn)行水漂洗；接著，在有臨時(shí)防銹劑的水溶液中進(jìn)行涮洗；最后，把模具浸在長(zhǎng)期防銹的脫水油里。橫濱橡膠在1998年進(jìn)行了超聲波清洗模具試驗(yàn)。采用的超聲波頻率是28kH，結(jié)果對(duì)鋁模具產(chǎn)生了一定的損傷。另外，超聲波是直向發(fā)射的，所以會(huì)受花紋筋和鋼片等遮擋，在遮擋面無(wú)法清洗干凈。

1.3噴砂清洗

該清洗方法是把砂粒、玻璃或者樹(shù)脂做成粒子狀的研磨劑，用壓縮空氣把它噴射在臟模具表面，使污垢剝落的方法。

采用玻璃粒子（120目），對(duì)拆卸下來(lái)的模具進(jìn)行清洗。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察，研磨劑直接接觸到的模具表面的清洗效果是明顯的，但是也存在排氣孔和分型面內(nèi)部無(wú)法清洗的問(wèn)題。另外，因?yàn)槟＞叩闹鞑馁|(zhì)是鋁，強(qiáng)度弱，造成因磨損以及邊端部的變形造成模具的文字打刻不鮮明，從而失去花紋形狀清晰度的問(wèn)題。而且排氣孔和分型面內(nèi)部有破碎的粒子粉堵塞，阻礙了排除空氣的功能，所以模具清洗后，需要給排氣孔實(shí)施疏通。

清洗后的效果如圖3及圖4所示。

圖3　清洗前模具

圖4　清洗后模具

采用玻璃粒子進(jìn)行噴砂清洗，該清洗方法對(duì)拆卸下來(lái)的模具清洗效果明顯，杭州朝陽(yáng)橡膠有限公司已經(jīng)推廣應(yīng)用該方法進(jìn)行清洗。

1.4干冰噴射清洗

采用粒徑大小約3mm、硬度高且高密度的干冰（二氧化碳）和壓縮空氣一起噴附在臟模具表面（見(jiàn)圖5和圖6）。此為噴砂清洗法的一種。

圖5　干冰

圖6　干冰清洗作業(yè)進(jìn)行圖

由此，可以產(chǎn)生以下3種污染物剝離效果：

（1）通過(guò)把干冰粒子高速噴射在被污染的模具表面，用接觸時(shí)產(chǎn)生的沖擊力將模具污垢除去。

（2）由于干冰粒子的低溫（-79℃），通過(guò)熱收縮的效果使附著物破裂、分解。

（3）干冰粒子進(jìn)入到剝離后的附著物和母體材料之間，隨之急劇氣化，其體積發(fā)生膨脹（750倍），由于該體積變化更加大了間隔，促進(jìn)了污染物剝離。

汚染物剝離的具體過(guò)程如圖7所示。

圖7　干冰清洗效果圖

該方法的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)胎側(cè)表面的清洗效果非常明顯，而且清洗便捷，不影響生產(chǎn)，不需要對(duì)模具進(jìn)行拆卸。其缺點(diǎn)是不能對(duì)花紋部的溝底邊端部、排氣孔、分型面部進(jìn)行清洗。所以該清洗方法在硫化機(jī)上進(jìn)行模具清洗是可行的。

1.5激光清洗

激光清洗的輸出最大功率為1億瓦，它可在極短的時(shí)間里把激光線射向臟模具的表面。急劇發(fā)射在臟模具表面的能量不會(huì)擴(kuò)散，直接吹飛表面的殘留物。除去的物質(zhì)一部分蒸發(fā)掉，一部分殘存的物質(zhì)作為塵埃粒子被吸取，集中在過(guò)濾裝置里。該清洗方法需要把硫化的殘留物完全消除為止。缺點(diǎn)是模具的金屬表面會(huì)頂回激光束造成塵埃粒子不吸收。橫濱橡膠在1996年使用法國(guó)制造的YAG激光電腦設(shè)備做過(guò)激光清洗試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為光束直徑為φ7，振動(dòng)波長(zhǎng)為1.054μm，接近紅外線。一經(jīng)激光照射，模具污垢會(huì)瞬間揮發(fā)，表面的污垢被除去。但是，分型面部的橡膠殘?jiān)匀怀桓蓛?。由于該清洗方法成本較高，輪胎行業(yè)內(nèi)部一般不予采用。

1.6等離子流清洗

分別設(shè)置真空處理槽和等離子爐，把在爐里發(fā)生的反應(yīng)氣體等離子流引入處理槽，然后把等離子流一致噴向硫化模具的污垢處。原理是利用等離子流中的氬、CF4（四氟化碳）等氣體使附著在金屬表面的有機(jī)物以及氧化膜離子化，從而達(dá)到除去污垢的效果。

圖8　處理槽中進(jìn)行等離子清洗

如圖8所示，把處理槽保持在高真空狀態(tài)，從中央的電極板中噴出氧氣、CF4的反應(yīng)氣體，再施加高頻電力（13.56MHz）就會(huì)發(fā)生等離子流。把等離子流噴射在花紋塊表面的污垢面，使花紋塊表面的污垢起氧化反應(yīng)，讓其揮發(fā)。

等離子清洗方法適合于小型模具的清洗，硫化模具由于體型較大，在處理槽中不易放置，且處理效率較低，所以不予采用。

1.7超臨界流體清洗

超臨界流體，處于超過(guò)氣體和液體可以共存的臨界溫度和壓力（臨界點(diǎn)）的狀態(tài)，是一種與通常的氣體、液體不同性質(zhì)的獨(dú)特流體。

超臨界流體具有能潛入任何氣體的性質(zhì)（擴(kuò)散性）和能夠溶出成分的液體的性質(zhì)（溶解性），而且還具有能夠連續(xù)地大幅度地變化密度的性質(zhì)。因此，如果把二氧化碳以及水作為超臨界流體（見(jiàn)圖9）使用的話，也可以在食品/醫(yī)藥品領(lǐng)域等作為有機(jī)溶媒的替代品來(lái)利用。超臨界流體成為一項(xiàng)對(duì)人類無(wú)傷害、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的技術(shù)而得到人們的關(guān)注。

圖9　水、二氧化碳的狀態(tài)圖

超臨界流體的溶解（清洗）機(jī)理是：物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度，受壓力和溫度的影響很大，可以利用升溫、降壓手段（或二者兼用）將超臨界流體中所溶解的物質(zhì)分離析出，達(dá)到分離提純的目的（它兼有精餾和萃取2種作用）。例如在高壓條件下，使超臨界流體與物料接觸，物料中的有效成分（即溶質(zhì)）溶于超臨界流體中（即萃?。７蛛x后降低溶有溶質(zhì)的超臨界流體的壓力，使溶質(zhì)析出。如果有效成分（溶質(zhì)）不止一種，則采取逐級(jí)降壓，可使多種溶質(zhì)分步析出。在分離過(guò)程中沒(méi)有相變，能耗低。其中，作為新的模具清洗技術(shù)，以物質(zhì)的超臨界流體狀態(tài)為介質(zhì)的清洗方式受到了重視（見(jiàn)圖10）。

圖10　超臨界實(shí)驗(yàn)裝置

對(duì)清洗實(shí)驗(yàn)品的評(píng)價(jià)（目視）：通過(guò)超臨界水的清洗實(shí)驗(yàn)，在模具平面的清洗效果比較明顯，但是在分型面的效果不佳，附著物沒(méi)有完全清除掉（見(jiàn)圖11、12和13）。

1.8清洗膠清洗

以天然橡膠或者合成橡膠、氨基醇、補(bǔ)強(qiáng)材料、界面活性劑等為主要成分的乳化橡膠壓附在模具表面，從而達(dá)到除去臟物的效果。

圖11　清洗前表面狀態(tài)

圖12　清洗后表面狀態(tài)

圖13　試驗(yàn)片分型面部斷面

采用清洗膠的方法是把天然橡膠、SBR作為聚合物，配合了氨基醇、乙二醇類、吸附劑以及有機(jī)過(guò)氧化物后進(jìn)行混煉，然后把它壓延成片狀后貼附在胎胚表面直接進(jìn)行硫化。

表1　清洗膠的配方

表2　清洗膠效果

從表1、表2可以看出，方案5的清洗效果和效率最佳。但是總體來(lái)講，清洗膠在硫化模具上的使用效果不如玻璃粒子噴射清洗，并且該清洗部件適用于小型模具清洗，所以該方法無(wú)法適用于大型輪胎廠模具清洗。

2　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上8種模具清洗方法探索，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)對(duì)比后，杭州朝陽(yáng)橡膠有限公司的模具清洗采用玻璃粒子噴射清洗和干冰粒子噴射清洗2種。

玻璃粒子噴射清洗一般在模具拆卸下來(lái)之后進(jìn)行分體清洗，對(duì)花紋塊和花紋溝底等位置進(jìn)行全方位清洗。

干冰粒子噴射清洗一般在硫化機(jī)上進(jìn)行作業(yè)，對(duì)側(cè)板、模套進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清洗，無(wú)需進(jìn)行模具拆卸，兩者相互互補(bǔ)進(jìn)行。

10.13752/j.issn.1007-2217.2016.01.009

2015-09-09