橡膠在模具內的流動、硫化行為及其模具設計

吳成建

(南京利德東方橡塑科技有限公司，江蘇 南京 210028)

橡膠在模具內的流動、硫化行為及其模具設計

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、生產中的應用并不少見，并發揮了很大的積極作用。模具的應用對于橡膠的成型、硫化影響深遠，對模具進行優化設計也更加有利于橡膠的進一步塑性和生成。基于此，本文對橡膠在模具內的流動、硫化行為，以及模具的設計進行研究，期望可以為模具的設計應用，以及橡膠制品的制作提供幫助。

橡膠；模具；硫化行為；模具設計

橡膠在我們生活生產中的應用非常廣泛，對橡膠進行制作，提高橡膠質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，這時候就需要對模具進行選擇和甄別，通過高質量的模具使用，優化模具的設計，才能夠提高橡膠制品的質量，縮小橡膠的生產成本。一般來說，對于橡膠模具的設計通常較為復雜，因為其需要在進行設計的時候考慮到橡膠的流動性，以及其在模具中的硫化行為，因此，了解橡膠在模具內的流動，并對其硫化行為進行分析，才能夠更好地對模具進行設計，才能夠讓模具在橡膠制作過程中發揮更好的作用。

1 橡膠的硫化行為與成型加工性的相關性

研究橡膠的硫化行為需要了解橡膠的特點：首先，橡膠的黏性流動為非牛頓流動，不會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聯性較小。第三，橡膠在細管內流動時的壓力損失遠遠超過塑料管。第四，溫度較低的情況下，橡膠也會發生早期硫化現象。硫化反應對于溫度的依賴性可以通過阿雷尼烏斯方程式來解釋。第五，在進行硫化（交聯）反應時，硫化劑同樣會產生氣體。第六，橡膠是由各種原料橡膠和配合劑組成的復合材料，因此，對于配合劑的種類，以及配合量的不同，其在生產橡膠過程中在黏性、硫化速度等方面也會有所不同。

橡膠硫化行為如下：橡膠在模具中進行硫化主要是通過硫化劑發生作用，在分子之間形成共價鍵進行交聯。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階段，一個是早期硫化行為（硫化直立上升的焦燒現象），另一個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指標中中對其指標做了相應的規定。依照規定，我們可以知道通過門尼可塑儀可以求得在12℃環境下（或者125℃）的門尼黏度曲線，求出相應的最低黏度值，進而求出其上升五個點時的時間。

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的焦燒時間的定義

依照圖 2所示，我們還可以對硫化溫度下的硫化曲線進行表示。其中Vm表示門尼黏度；5 M表示上升五個點； t5表示門尼焦燒時間。通過圖示以及硫化曲線（如圖3）的構建，可以為模具硫化的實際焦燒時間提供時間依據。

圖3 采用硫化儀測定的硫化曲線

為了更好地掌控橡膠的流動，以及硫化的狀態，對于模具則可以如下操作：

在進行加壓過程中，將未經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。此時橡膠的硫化過程如圖3所示。其硫化流動主要因為從外側傳來熱度，導致其內部溫度上升，產生流動。橡膠此時的流動主要是向內部流動。同時，其流動所產生空氣、水分一同向著內部流動。

在橡膠成型的過程中，依然不可怠慢，此時需要注意防止因為焦燒而造成橡膠產品質量低下。因此，做好時間掌握就非常重要。在模具進行預熱和擠壓時候，需要將排氣孔周圍的氣泡排除，防止可能發生的焦燒。發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，保持橡膠的未硫化狀態非常重要。

表1 模具模腔內的溫度、壓力

如表1所示，對于模具溫度的設定一般在150～200℃能夠有利于集中排氣孔周圍的橡膠，設定時間為30 s，則為預熱和排氣的最佳時間。而圖3的條件也是進行橡膠制作的最佳必要時間。在進行硫化的過程中，模具模腔內填充了膠料之后，首先是在PL面，以及排氣孔周圍進行硫化，這個時候最好是對模具進行密封，從而防止膠料不會外泄。在此刻，內部的塑膠溫度也呈現上升趨勢，與橡膠的硫化同時進行，膠體便發生膨脹，模腔內的壓力也逐漸升高，與硫化曲線形成一致。這時候，就需要對硫化曲線進行控制和計算，從而保證模具內壓力的平衡。

2 橡膠模具設計要點

橡膠模具的設計需要考慮到橡膠在其中流動、硫化的特點，通過對特點的分析強化設計的細節和關鍵點。在前文中我們已經闡述了橡膠的特點，以及硫化行動，因此，對于模具的設計主要應當考慮以下兩個方面。

第一，橡膠在模具中流動、硫化過程中會產生較多的空氣和水分，造成空氣和水分的揮發，加上橡膠硫化時因為使用硫化劑所產生的氣體，因此，在進行模具設計的時候就需要考慮到如何對這些氣體予以去除。在進行模具設計過程中，設計排氣孔可以有效減少模具進行橡膠制作過程中產生壓力，氣體可以通過排氣孔得以排除。做好模具壓力模PL面排氣孔的結構設計非常重要。其能夠有效減少氣體產生，以及橡膠制作過程中的所產生的不良現象。

第二，為了更好地進行橡膠產品的制作，讓橡膠在模具中更好地進行反應，則需要綜合考慮橡膠在流動中的焦燒穩定性，并需要考慮硫化過程中模腔內壓上升的實際情況，并做好配合劑的分散和去向。這就需要在對模具進行設計的時候，做好流道和注膠口的設計。流道是指膠料從注射成型機的口型射出，通過注膠口到達模腔內的細管的通道，其能夠讓橡膠的流動達到最小的程度，而且能夠降低模具溫度對相交的影響。注膠口的設計一般來說是圓形設計，對于直徑尺寸的設計可以通過 （為注膠口直徑，單位為mm）來進行計算。如果計算值沒有達到Ф0.5～2 mm時候，那么其所制作的注膠口則不適合使用，如果能夠達到Ф4～10 mm則為合格。為了能夠更好地控制模腔內所噴射出來的膠體，也為了能夠對于橡膠成品更好地取出，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性和壓力損失的問題，這時可以考慮兩種方法對其予以解決。第一種是對稱性配置法，其能夠保證從各個膠口出來的膠料保持在同一個距離。第二種是形成相同壓力的配置法。這就需要根據實際情況進行選擇適用，并進行相應的調制設計。

3 結語

通過本文的論述，我們了解了橡膠特點，以及其在模具中的流動、硫化行為，了解了模具的設計要點。相關人員應當更加深度的對橡膠進行認識和了解，對其硫化過程進行更加深入的探索，通過對模具設計的改進，讓模具能夠更好地應用于橡膠產品的制作，從而制作出更高品質的橡膠產品。

圖4 具有代表性的注膠口的種類和構造

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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，大學本科，主要研究方向為機械及模具類。

2016-09-06