橡膠在模具內(nèi)的流動(dòng)、硫化行為及其模具設(shè)計(jì)

吳成建

(南京利德東方橡塑科技有限公司，江蘇 南京 210028)

橡膠在模具內(nèi)的流動(dòng)、硫化行為及其模具設(shè)計(jì)

吳成建

(南京利德東方橡塑科技有限公司，江蘇 南京 210028)

橡膠在我們生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用并不少見，并發(fā)揮了很大的積極作用。模具的應(yīng)用對(duì)于橡膠的成型、硫化影響深遠(yuǎn)，對(duì)模具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也更加有利于橡膠的進(jìn)一步塑性和生成。基于此，本文對(duì)橡膠在模具內(nèi)的流動(dòng)、硫化行為，以及模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，期望可以為模具的設(shè)計(jì)應(yīng)用，以及橡膠制品的制作提供幫助。

橡膠；模具；硫化行為；模具設(shè)計(jì)

橡膠在我們生活生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，對(duì)橡膠進(jìn)行制作，提高橡膠質(zhì)量則需要模具的參與，通過模具與橡膠的“配合”，提高橡膠的成型效果。用模具硫化是橡膠在模壓成型和注射成型過程中最常使用的一種硫化方法，這時(shí)候就需要對(duì)模具進(jìn)行選擇和甄別，通過高質(zhì)量的模具使用，優(yōu)化模具的設(shè)計(jì)，才能夠提高橡膠制品的質(zhì)量，縮小橡膠的生產(chǎn)成本。一般來說，對(duì)于橡膠模具的設(shè)計(jì)通常較為復(fù)雜，因?yàn)槠湫枰谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到橡膠的流動(dòng)性，以及其在模具中的硫化行為，因此，了解橡膠在模具內(nèi)的流動(dòng)，并對(duì)其硫化行為進(jìn)行分析，才能夠更好地對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能夠讓模具在橡膠制作過程中發(fā)揮更好的作用。

1 橡膠的硫化行為與成型加工性的相關(guān)性

研究橡膠的硫化行為需要了解橡膠的特點(diǎn)：首先，橡膠的黏性流動(dòng)為非牛頓流動(dòng)，不會(huì)依照材料和配方的變化而變化。其次，橡膠的成型加工溫度為70～140℃，橡膠的黏性與溫度的關(guān)聯(lián)性較小。第三，橡膠在細(xì)管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的壓力損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過塑料管。第四，溫度較低的情況下，橡膠也會(huì)發(fā)生早期硫化現(xiàn)象。硫化反應(yīng)對(duì)于溫度的依賴性可以通過阿雷尼烏斯方程式來解釋。第五，在進(jìn)行硫化（交聯(lián)）反應(yīng)時(shí)，硫化劑同樣會(huì)產(chǎn)生氣體。第六，橡膠是由各種原料橡膠和配合劑組成的復(fù)合材料，因此，對(duì)于配合劑的種類，以及配合量的不同，其在生產(chǎn)橡膠過程中在黏性、硫化速度等方面也會(huì)有所不同。

橡膠硫化行為如下：橡膠在模具中進(jìn)行硫化主要是通過硫化劑發(fā)生作用，在分子之間形成共價(jià)鍵進(jìn)行交聯(lián)。其硫化行為如圖1所示。

通過圖1我們可以了解到硫化行為包括兩個(gè)階段，一個(gè)是早期硫化行為（硫化直立上升的焦燒現(xiàn)象），另一個(gè)階段則是從硫化直立上升到最佳硫化階段的硫化行為。

就早期硫化過程，JISK6300-1指標(biāo)中中對(duì)其指標(biāo)做了相應(yīng)的規(guī)定。依照規(guī)定，我們可以知道通過門尼可塑儀可以求得在12℃環(huán)境下（或者125℃）的門尼黏度曲線，求出相應(yīng)的最低黏度值，進(jìn)而求出其上升五個(gè)點(diǎn)時(shí)的時(shí)間。

圖1 橡膠典型的硫化行為的硫化曲線

圖2 橡膠早期硫化行為指標(biāo)的焦燒時(shí)間的定義

依照?qǐng)D 2所示，我們還可以對(duì)硫化溫度下的硫化曲線進(jìn)行表示。其中Vm表示門尼黏度；5 M表示上升五個(gè)點(diǎn)； t5表示門尼焦燒時(shí)間。通過圖示以及硫化曲線（如圖3）的構(gòu)建，可以為模具硫化的實(shí)際焦燒時(shí)間提供時(shí)間依據(jù)。

圖3 采用硫化儀測(cè)定的硫化曲線

為了更好地掌控橡膠的流動(dòng)，以及硫化的狀態(tài)，對(duì)于模具則可以如下操作：

在進(jìn)行加壓過程中，將未經(jīng)過硫化的橡膠使用手工操作的模式將其填充到模腔中，并加壓使之壓縮硫化。此時(shí)橡膠的硫化過程如圖3所示。其硫化流動(dòng)主要因?yàn)閺耐鈧?cè)傳來熱度，導(dǎo)致其內(nèi)部溫度上升，產(chǎn)生流動(dòng)。橡膠此時(shí)的流動(dòng)主要是向內(nèi)部流動(dòng)。同時(shí)，其流動(dòng)所產(chǎn)生空氣、水分一同向著內(nèi)部流動(dòng)。

在橡膠成型的過程中，依然不可怠慢，此時(shí)需要注意防止因?yàn)榻篃斐上鹉z產(chǎn)品質(zhì)量低下。因此，做好時(shí)間掌握就非常重要。在模具進(jìn)行預(yù)熱和擠壓時(shí)候，需要將排氣孔周圍的氣泡排除，防止可能發(fā)生的焦燒。發(fā)生硫化的橡膠其氣體不容易從氣孔中排出，所以需要保持氣體的可逸散狀態(tài)，保持橡膠的未硫化狀態(tài)非常重要。

表1 模具模腔內(nèi)的溫度、壓力

如表1所示，對(duì)于模具溫度的設(shè)定一般在150～200℃能夠有利于集中排氣孔周圍的橡膠，設(shè)定時(shí)間為30 s，則為預(yù)熱和排氣的最佳時(shí)間。而圖3的條件也是進(jìn)行橡膠制作的最佳必要時(shí)間。在進(jìn)行硫化的過程中，模具模腔內(nèi)填充了膠料之后，首先是在PL面，以及排氣孔周圍進(jìn)行硫化，這個(gè)時(shí)候最好是對(duì)模具進(jìn)行密封，從而防止膠料不會(huì)外泄。在此刻，內(nèi)部的塑膠溫度也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，與橡膠的硫化同時(shí)進(jìn)行，膠體便發(fā)生膨脹，模腔內(nèi)的壓力也逐漸升高，與硫化曲線形成一致。這時(shí)候，就需要對(duì)硫化曲線進(jìn)行控制和計(jì)算，從而保證模具內(nèi)壓力的平衡。

2 橡膠模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

橡膠模具的設(shè)計(jì)需要考慮到橡膠在其中流動(dòng)、硫化的特點(diǎn)，通過對(duì)特點(diǎn)的分析強(qiáng)化設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)和關(guān)鍵點(diǎn)。在前文中我們已經(jīng)闡述了橡膠的特點(diǎn)，以及硫化行動(dòng)，因此，對(duì)于模具的設(shè)計(jì)主要應(yīng)當(dāng)考慮以下兩個(gè)方面。

第一，橡膠在模具中流動(dòng)、硫化過程中會(huì)產(chǎn)生較多的空氣和水分，造成空氣和水分的揮發(fā)，加上橡膠硫化時(shí)因?yàn)槭褂昧蚧瘎┧a(chǎn)生的氣體，因此，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的時(shí)候就需要考慮到如何對(duì)這些氣體予以去除。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)排氣孔可以有效減少模具進(jìn)行橡膠制作過程中產(chǎn)生壓力，氣體可以通過排氣孔得以排除。做好模具壓力模PL面排氣孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。其能夠有效減少氣體產(chǎn)生，以及橡膠制作過程中的所產(chǎn)生的不良現(xiàn)象。

第二，為了更好地進(jìn)行橡膠產(chǎn)品的制作，讓橡膠在模具中更好地進(jìn)行反應(yīng)，則需要綜合考慮橡膠在流動(dòng)中的焦燒穩(wěn)定性，并需要考慮硫化過程中模腔內(nèi)壓上升的實(shí)際情況，并做好配合劑的分散和去向。這就需要在對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，做好流道和注膠口的設(shè)計(jì)。流道是指膠料從注射成型機(jī)的口型射出，通過注膠口到達(dá)模腔內(nèi)的細(xì)管的通道，其能夠讓橡膠的流動(dòng)達(dá)到最小的程度，而且能夠降低模具溫度對(duì)相交的影響。注膠口的設(shè)計(jì)一般來說是圓形設(shè)計(jì)，對(duì)于直徑尺寸的設(shè)計(jì)可以通過 （為注膠口直徑，單位為mm）來進(jìn)行計(jì)算。如果計(jì)算值沒有達(dá)到Ф0.5～2 mm時(shí)候，那么其所制作的注膠口則不適合使用，如果能夠達(dá)到Ф4～10 mm則為合格。為了能夠更好地控制模腔內(nèi)所噴射出來的膠體，也為了能夠?qū)τ谙鹉z成品更好地取出，可以選擇具有代表性的注膠口種類（如圖4）。

如果模具流道較多，那么就需要考慮到流動(dòng)性和壓力損失的問題，這時(shí)可以考慮兩種方法對(duì)其予以解決。第一種是對(duì)稱性配置法，其能夠保證從各個(gè)膠口出來的膠料保持在同一個(gè)距離。第二種是形成相同壓力的配置法。這就需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇適用，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語

通過本文的論述，我們了解了橡膠特點(diǎn)，以及其在模具中的流動(dòng)、硫化行為，了解了模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)更加深度的對(duì)橡膠進(jìn)行認(rèn)識(shí)和了解，對(duì)其硫化過程進(jìn)行更加深入的探索，通過對(duì)模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)，讓模具能夠更好地應(yīng)用于橡膠產(chǎn)品的制作，從而制作出更高品質(zhì)的橡膠產(chǎn)品。

圖4 具有代表性的注膠口的種類和構(gòu)造

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Flow and vulcanization behavior of compound in mould and its design

Flow and vulcanization behavior of compound in mould and its design

Wu Chengjian
(Nanjing Orientleader Technology Co. LTD., Nanjing 210028, Jiangsu, China)

Mould have a far-reaching infl uence for rubber molding and vulcanization, optimize the mould design is also more conducive to further forming .Based on this, in this paper, the flow in the mold, rubber vulcanization behavior, as well as the design of the mould, can expect for the design and application of mould, and help to the product of rubber products .

rubber; mold; vulcanization behavior; mold design

TQ330.41

1009-797X(2016)21-0031-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.21.005

(R-01)

吳成建 (1985-)，男，助理工程師，大學(xué)本科，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械及模具類。

2016-09-06