橡膠:使用溫度處於高彈態的高分子材料,橡膠具有良好的彈性,其彈性模量僅為10MPa,伸長率可達100%~1000%,同時還具有良好的耐磨性、隔音性、絕緣性等。成為重要的彈性材料、密封材料、減震防震和傳動材料。
應用:國防、交通運輸、機械製造、醫藥衛生、農業和日常生活等各個方麵。
常用的橡膠有天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠是由天然膠乳經過凝固、幹燥、加壓等工序製成的片狀生膠。合成橡膠主要有丁苯橡膠、順丁橡膠、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、矽橡膠、氟橡膠等。
成形:將生膠經塑煉和混煉後才能使用。橡膠製品是以生膠為基礎加入適量配合劑(硫化劑、硫化促進劑、防老劑、填充劑、軟化劑、發泡劑、補強劑、著色劑等),然後再經過硫化成形獲得。橡膠製品的成形方法與塑料成形方法相似,主要有壓製成形、注射成形和傳遞成形等。
一、橡膠的壓製成形
(一)壓製成形工藝流程
橡膠的壓製成形是將經過塑煉和混煉預先壓延好的橡膠坯料,按一定規格和形狀下料後,加入到壓製模中,合模後在液壓機上按規定的工藝條件進行壓製,使膠料在受熱受壓下以塑性流動充滿型腔,經過一定時間完成硫化,再進行脫模、清理毛邊,最後檢驗得到所需製品的方法。
(1)塑煉 在一定的溫度下利用機械擠壓、輥軋等方法,使生膠分子鏈斷鏈,使其由強韌的彈性狀態轉變為柔軟、具有可塑性的狀態,這種使彈性生膠轉變為可塑狀態的加工工藝過程稱為塑煉。
(2)混煉 為了提高橡膠製品的使用性能,改進橡膠的工藝性能和降低成本,必須在生膠中加入各種配合劑。將各種配合劑混入生膠中,製成質量均勻的混煉膠的工藝過程稱為混煉。
(3)製坯 製坯是將混煉膠通過壓延或擠壓的方法製成所需的坯料,通常是片材,也可為管材或型材。
(4)裁切 在裁切坯料時,坯料質量分數應有超過成品質量分數5%~10%的餘量,結構精確的封閉式壓製模成形時餘量可減小到1%~2%,一定的過量不僅可以保證膠料充滿型腔,還可以在成形時排除型內的氣體和保持足夠壓力。裁切可用圓盤刀或衝床按型腔形狀剪切。
(5)模壓硫化 模壓硫化是成形的主要工序,它包括加料、閉模、硫化、脫模和模具清理等步驟,膠料經閉模加熱加壓後成形,經過硫化使膠料分子交聯,成為具有高彈性的橡膠製品。脫模後的橡膠製品經修邊和檢驗合格後即為成品。
(二)壓製工藝
橡膠壓製成形工藝的關鍵是控製模壓硫化過程。
硫化是指橡膠在一定壓力和溫度下,坯料結構中的線性分子鏈之間形成交聯,隨著交聯度的增加,橡膠變硬變韌的過程。
硫化過程的主要參數:硫化溫度、壓力和時間等。
(1)硫化溫度 硫化溫度直接影響硫化速度和產品質量。硫化溫度高,硫化速度快,生產效率就高。但是硫化溫度過高會使橡膠高分子鏈裂解,從而使橡膠的強度、韌度下降,因此硫化溫度不宜過高。橡膠的硫化溫度主要取決於橡膠的熱穩定性,橡膠的熱穩定性愈高則允許的硫化溫度也愈高。
(2)硫化時間 硫化時間是和硫化溫度密切相關的,在硫化過程中,硫化膠的各項物理、力學性能達到或接近最佳點時,此種硫化程度稱為正硫化或最宜硫化。在一定溫度下達到正硫化所需的硫化時間稱為正硫化時間,一定的硫化溫度對應有一定的正硫化時間。當膠料配方和硫化溫度一定時,硫化時間決定硫化程度,不同大小和壁厚的橡膠製品通過控製硫化時間來控製硫化程度,通常製品的尺寸越大或越厚,所需硫化的時間越長。
(3)硫化壓力 為使膠料能夠流動充滿型腔,並使膠料中的氣體排出,應有足夠的硫化壓力。通常在100~140℃範圍壓模時,必須施用20~50MPa的壓力,才能保證獲得清晰複雜的輪廓。增加壓力能提高橡膠的力學性能、延長製品的使用壽命。試驗表明,用50MPa壓力硫化的輪胎的耐磨性能,較壓力在2MPa硫化的輪胎的耐磨性能高出10%~20%。但是,過高的壓力會加速分子的降解作用,反而會使橡膠的性能降低。
通常,對硫化壓力的選取應根據膠料的配方、可塑性、產品的結構等因素決定。在工藝上應遵循的原則為:製品塑性大,壓力小;製品厚、層數多、結構複雜,壓力大;薄製品壓力低。生產中欧宝官方体育app下载的硫化壓力多在3.5~14.7MPa之間,模壓一般天然橡膠製品常用壓力為4.9~7.84MPa之間。
(三)壓製模具
橡膠壓製模與一般塑料壓塑模結構相同,如圖5-27所示。
橡膠模在設計時注意如下問題:
(1)測溫孔 為保證橡膠製品的質量,硫化溫度的誤差應控製在±2℃範圍,因此,在壓製模型腔附近必須設置測溫孔。在壓製過程中,利用水銀溫度計通過測溫孔控製溫度。測溫孔應設置在型腔附近約5~10mm處。
(2)流膠槽 由於在加料時一般有5%~10%的餘量,為保證製品精度,在型腔周圍設置流膠槽,流膠槽多為R1.5~2mm的半圓形,在流膠槽與型腔之間開設一些小溝,使多餘的膠料排出。
二、注射成形工藝條件
注射成型工藝條件主要有料筒溫度、注射溫度(膠料通過噴嘴後的溫度)、注射壓力、模具溫度和成型時間。
(1)料筒溫度 膠料在料筒中加熱塑化,在一定溫度範圍內,提高料筒溫度可以使膠料的粘度下降,流動性增加,有利於膠料的成形。
一般柱塞式注射機料筒溫度控製在70~80℃;螺杆式注射機因膠溫較均勻,料筒溫度控製在80~100℃,有的可達115℃。
(2)注射溫度 一般應控製在不產生焦燒的溫度下,盡可能接近模具溫度。
(3)注射壓力 注射壓力是注射時螺杆或柱塞施於膠料單位麵積的力,注射壓力大,有利於膠料充模,還使膠料通過噴嘴時的速度提高,剪切摩擦產生的熱量增大,這對充模和加快硫化有利。欧宝官方体育app下载螺杆式注射機時,注射壓力一般為80~110MPa。
(4)模具溫度 在注射成形中,由於膠料在充型前已經具有較高的溫度、充型之後能迅速硫化,表層與內部的溫差小,故模具溫度較壓製成形的高,一般可高出30~50℃。注射天然橡膠時,模具溫度為170~190℃。
(5)成形時間 成形時間是指完成一次成形過程所需時間,它是動作時間與硫化時間之和,由於硫化時間所占比例最大,故縮短硫化時間是提高注射成形效率的重要環節。硫化時間與注射溫度、模具溫度、製品壁厚有關。