50
世界橡胶工业
2007
是问题。再者, 由于处理温度高而容易产生模 具变形问题, 因此要注意。
表面处理
普通结构 用轧制钢
表 9- 10 各种橡胶使用的模具材质 与表面处理
金属材料
机械结构 用碳钢
合金 工具钢
铬钼钢 ( 镍钼钢)
不锈钢
铝合金
碳素 工具钢
镀硬铬
NR、NBR、CR、
NR、SBR、N BR、
要想不产生模具污染, 最适当的做法是对 应于模具而改变胶种或改变配方, 但这样做会 使硫化橡胶的性能发生变化。因此, 对模具用 金属表面进行表面处理比较理想, 近年来, 表面 处理技术应用很多( 见表 9- 11) , 特别是化学 气相蒸镀法( CVD) 、物理气相蒸镀法( PVD) 、有 机高分子材料涂层、涂布脱模剂、离子镀、碳氮 共渗、离子束处理及离子束照射( 离子注入) 等 技术。
采用企业 % 34 18 15 8 7 6
陶 瓷 涂 层 ( SiC、CiN、TiN 、TiC、CrN、 4
DLC、铝等)
复合镀层处理
3
氧化铝膜处理( 铝合金)
2
氟树脂( 埋入) 处理
1
其他( 淬火、直接氧化膜)
1
EPDM 用模具可用各种材质制造。这是由 于 EPDM 在高温注射成型硫化中存在模具污染 和由污染模具引起的脱模性差的问题所致。
表面形成氧化铝的合金, 而且已用于玻璃瓶的 成型模具。由于该金属模具表面所形成的氧化 铝层不是覆盖上去的, 所以不容易产生剥离等 问题, 期待该法今后也能用于海绵橡胶等橡胶 制品用的硫化模具。
近年来, 对铝制模具表面处理也采用陶瓷涂 层法。由于是超硬陶瓷表面处理而且能赋予多 孔性, 所以具有固着效果和可浸渍脱模剂覆盖膜 等方面的优点。表 9- 12 和表 9- 13 分别为各 种陶瓷表面处理的特性和陶瓷涂层处理的效果。
NBR、
EPDM、Q 、ACM 、
CR、IIR、Q、FKM、
NBR、Q EPDM、( Q) CR、FKM 、
CSM
EPDM
氟树脂涂层 非电解镀镍
渗氮处理 陶瓷涂层 复合涂层 氮化铬处理
NR、CR
CR NR
BR、EPDM 、TPE EPDM、IIR EPDM、CR
IIR IIR、FKM
T iN T iC Si3N 4 SiC BN BC Al2O3 IC
威氏硬度 kg mm2
1 700~ 2 000 3 000~ 3 200 1 800~ 2 000 3 000~ 3 500
600~ 900 1 600~ 2 000 2 000~ 2 400 2 000~ 4 000
耐磨 耗性
表 9- 12 各种陶瓷表面处理的特性
1) 模具材质必须是加工性优异的模具钢; 2) 经常对模具进行某些热处理等, 为的是 谋求提高质地和增加耐久性; 3) 伴随特殊橡胶材料的增加, 改善模具钢 的耐腐蚀性; 4) 经济性。 制作数个实施过防污染措施的模具, 其成 本在橡胶制品生产成本中占有较大比例, 有的 模具所占成本可达到 10% ~ 15% 。因此, 增加 模具使用次数( 达到洗净状态需要的次数) 和使 用寿命是关系到成本降低的大问题。 关于改善模具污染和脱模性的模具设计, 应避免加工锐角和设计有圆形体的模具。硫化 成型时胶料流动的部分难以产生模具污染, 即 使附着某些物质也可被下次的硫化物除去, 设 计时要注意这一点。此外, 模具的温度分布均 匀与否等对于胶料能否成为均匀硫化状态这一 点很重要。再者, 对于橡胶的注射成型( 表 9-
了制作耐磨耗性优异、使用寿命长的橡胶硫化 模具, 还开发了一种模具, 其表面覆盖一层氮化 物, 在其上再施有硬质覆盖膜。
模具 不 进行 表 面 处 理 而直 接 使 用 的 企业 占 10% , 34% 的企业只进行镀硬铬处理, 其余的企 业实施如表 9- 9 所示的各种表面处理。表 9 - 10 为各种橡 胶使用的模具的材质与表面处 理方法。
表 9- 9 企业实施的各种模具表面处理方法
模具用金属材料的表面处理方法 镀硬铬处理 研磨、镜面精加工 喷砂( 喷丸) 渗氮处理 氟树脂涂层 各种镀层处理( 电镀、非电镀等)
如图 9- 14 所示, 在镀硬铬的表面处理过 程中, 对水的接触角增大、硬度增高, 则耐模具 污染性得到改善。这是模具表面处理的准则之 一。
有的企业采用将由 CVD 法和 PVD 法产生 的氮化硅膜、碳 化硅膜、氮 化和碳化的 复合硅 膜、氮化钛多层膜、碳化钛多层膜及其复合多层 钛膜覆盖在模具表面上的方法。用该表面处理 方法虽然可在某种程度上改善脱模性, 但因其 是表面覆盖, 所以容易产生覆盖层从模具表面 剥离的现象。此外, 该表面处理的成本较高也
表 9- 8 模具使 用的各种金属材料
模具材质 普通结构用轧制钢
机械结构用碳钢
碳素工具钢 合金工具钢 高速工具钢 高碳铬轴承钢
镍钼钢 铬钼钢
不锈钢
等级 SS 500、SS 400、SS 41~ 50 S 55C、S 25C、S 45C、S 50C、S 54C、S 35C、SC 460、PXZ SK 3、NAK 、SK 4、SK 5 SKD 11、SKD 61、FDAC、NAC、PD SKH 51 SVJ 2 NAK 55 SCM 435、SCM 440、IMPAX SUS 420、STAVAX、PSL、Z 50、SUS 304、HPM 38、SUS 303
1. 不使用粘性配合剂 2. 提高高温撕裂性能
模具表面加工不良
进行正确的精加工
胶料焦烧
清除, 重新进行镀层
图 9- 13 防水用橡胶塞硫化模具
关于橡胶的压模模具的设计要点, 日本学 者对作为模具材质的 S50C、布利汉德钢 ( NAK 钢) 、HPM 钢、铝合金等 作了规定, 对作为表面 处理的镀 硬铬、镍 聚四氟乙 烯( PTFE) 复合镀
电铸模具( 层合镀层) ( 800~ 1 050 C)
渗氮: 离子渗氮、软渗氮、气体渗氮、复合气体渗氮、盐浴渗氮
( 4) 化学处理 渗硫: 高温法、低温法( 阳极电解处理)
氧化( 水蒸汽处理)
火焰处理 (5) 表面淬火处理 激光处理
( 6) 机械处理( 喷砂、喷丸处理等)
(7) 等离子处理
(8) 离子束照射处理(离子注入)
BR
NR 、NR SBR
注: NR- 天然橡胶; BR- 顺丁橡胶; SBR - 丁苯橡胶; IIR- 丁基橡 胶; NBR- 丁腈橡 胶; EPDM - 三元乙丙橡胶; CR- 氯丁 橡胶; Q - 硅橡胶; FKM - 氟橡胶; ACM - 丙烯酸酯橡胶; CSM- 氯磺化聚乙烯; TPE- 热塑性弹性体; ECO- 氯醚橡胶
( 9) 喷镀处理( 金属、自熔性合金、碳化物、氧化物)
(10) 硬质氧化铝膜处理
(11) 热处理( 氧化铝化)
第 34 卷第 11 期
王作龄. 橡胶的硫化与成型技术( 十八)
51
图 9- 14 镀硬铬表面处理中接触角和 硬度与污染度的关系
注入氮离子; 注入氟离子
近几年开发了一种采用热处理方法使金属
9. 3. 3 模具 为防止模具污染和改善脱模性而变更胶种
和配方时, 要考虑硫化胶的物理性能变化、模具 和模具表面处理等最佳配合的问题。
尽管橡胶硫化方法不同, 但作为橡胶用模 具, 都以其能在工业生产中连续使用为基本条 件, 即硫化温度为 300 C以下、硫化压力为 150 MPa。此外, 对于橡胶模具 应注意以下几 个主 要问题:
第 34 卷第 11 期
王作龄. 橡胶的硫化与成型技术( 十八)
49
层、镀镍、氮化处理作了规定。 如表 9- 8 所示, 模具使用的金属材料有普
通结构用轧制钢材、机械结构用碳钢、碳素工具 钢、合金工具钢、不锈钢、铝合金等。轮胎等模 具的材质可使用铝合金, 期待今后在其轻量化 和切削加工性等方面有较大进展。模具使用的 金属材料主要是铝、不锈钢, 有时也直接使用低 碳钢, 但多数须进行镀层等表面处理后再使用。 这些模具材料与污染有直接关系, 铝和不锈钢 受污染较小, 卤素类橡胶对硬铝和铝污染较小。 丙烯酸酯橡胶难以污染铝和不锈钢。总之, 这 些模具材料会产生模具污染, 每次都交换使用。 作为模具材料, 即使污染较小也需要对模具的 加工性和由热处理引起的变形及尺寸稳定性这 一点加以考虑。
铝合金
A 5052、A 7075、A 5056、A 2017、A 1070、AC 7、YH 75
硬铝合金
AMP 79
其他
NAK 50、陶瓷型
可用于制造模具的材料有许多, 约有 1 3 的企业按胶种的不同区别使用材质, 其余的企 业不拘泥于此法。机械结构用碳钢( S45~ 55C) 可用于制造许多胶种的硫化模具, 须对这些材 质表面施以镀硬铬处理。对这些用作模具的金 属材料进行表面处理的方法有许多( 如表 9- 9 所示) , 多数镀硬铬, 其次较多的方法是研磨、镜 面精加工、喷砂( 喷丸) 处理、渗氮处理、氟树脂 涂层、各种镀层处理( 电镀、非电镀) 。陶瓷涂层 应用较少, 其原因是成本较高、耐久性较差。对
耐烧 结性
耐蚀性 酸碱
耐氧 化性
化学稳定性与熔 融金属的反应性
Al Cu Si Zn
!!
!!!
电绝 缘性
! ∀
介电 常数
~ 9. 5 ~ 6. 5 ~ 4. 5
比电阻 cm
1013 103~ 108
1013
!
~ 9. 5
1014
~ 5. 5
1011
表 9- 13 陶瓷涂层处理的效果
此外, 还开发了以下三种其他表面处理模 具, 即: 模具中添加了 1% ~ 20% 原子氟的硬 碳或者覆盖以 DLC( 菱形状碳素膜) 的脱模性和 耐磨性优异的模具( 见图 9- 15) ; 在橡胶接 触模具的一面形成氮化铬覆盖层, 这样即使使 用容易污染模具的橡胶, 该模具也是耐久性比 较高的橡胶硫化用模具; 模具表面有氧化铝 覆盖层的耐模具污染性优异的模具。此外, 为