汽车轮胎定型胶囊注射成型及其模具技术的探讨

郑伍昌

（巨轮股份有限公司，广东揭阳 515500）

早在20世纪40年代中期人们就提出采用注射方法生产橡胶制品的新思路，到20世纪70年代初期，橡胶注射工艺开始在工业中得到一定程度上的应用。由于橡胶注射工艺能使橡胶原料在注射机料筒中得到高温快速硫化，而且胶料在进入模具型腔前经过预热和塑化，使橡胶制品在密闭、高压的型腔内硫化成型，制品的质量均匀、稳定，尺寸精度高，并且橡胶注射法自动化程度较高，与传统的模压法相比，其生产效率高很多，因此采用注射工艺生产橡胶制品的技术日益得到广泛的应用。

相对橡胶压制工艺来说，橡胶的注射工艺虽然起步慢，模具和设备制造成本高，模具精度要求也高，而且目前在国内应用范围也不是那么广泛，但是橡胶注射成型工艺具有效率高、产品质量好、自动化程度高、操作简便、节省原材料、简化生产工艺流程等很多优点，因此，在橡胶制品生产力日益增长的当今市场上，橡胶注射工艺逐渐被广大用户所采用。在国外，采用橡胶注射法来制造橡胶制品的现象已经相当普遍，目前国外采用快速省力的立式或卧式的注射机以及注射模具占其橡胶制品生产总量相当大比重。而在国内，虽然传统应用的橡胶压制工艺目前仍然在被广泛应用，但是采用橡胶模压工艺成型的橡胶制品因为质量相对较低、生产效率相对低下、操作者劳动强度相对较高、橡胶原材料在制品硫化过程中浪费严重等缺点而将逐渐被橡胶注射工艺所代替，特别是在橡胶原材料价格日益昂贵的今天体现更加明显。

目前，国内绝大多数的汽车轮胎定型胶囊的硫化方式都是通过平板硫化机来压制成型的，只有少数厂家采用了注射式成型。汽车轮胎定型胶囊注射成型与压制成型相比较，起步比较慢。国外从20世纪60年代就开始应用这种技术了，而国内真正应用是在20世纪80年代才开始的。

汽车轮胎定型胶囊注射成型有很多优点：设备自动化程度高，生产率高，废品率低，材料消耗低，但由于模具结构比平板式硫化模具复杂得多，所以制造成本相应比较高，但是在大批量生产时可发挥出其优点。

1 汽车轮胎定型胶囊注射成型的现状

目前使用的注射机种类很多，其中立式和卧式应用较广。立式注射机采用螺杆对橡胶进行塑化，并用柱塞推进胶料注射。卧式注射机则采用螺杆对胶料既进行塑化又完成推进注射。在注射成形过程中，硫化时间比用平板硫化机成形的硫化时间短。但在短时间内剪切发热会引起橡胶温度上升，温度过高会引起胶料烧焦。为了促进硫化，一般采用的方法是强制加热模具的浇口部位。重点是如何准确地设定加热温度滞留时间与橡胶发生烧焦的条件。为了对橡胶进行均匀加热，防止倒流，确保橡胶流量的稳定性，一般采用闭合式浇口，从根本上防止倒流，使喷嘴的顶端与模具接触部位无漏料现象。在连续长时间作业时，为了防止喷嘴残留烧焦的橡胶，可以把注射喷嘴和模具直接连接起来，闭合式浇口的优点是：打开浇口注射，闭合浇口后成形硫化，防止橡胶的倒流，可得到稳定的压力。

从喷嘴顶端、螺杆中间和模具部分抽真空，能去掉成形时被带进去的空气及硫化时产生的气体。模具抽真空的方法很多，如采取分型面用密封材料进行密封、同时用真空泵抽气的方法。由于在模具流道与型腔之间设立隔热层，模具变得复杂，造价高。热板的平行度，合模力的大小、温度的分布、稳定性、合模速度等对汽车轮胎定型胶囊产品的质量有很大影响。

2 汽车轮胎定型胶囊模具技术[1]

在汽车轮胎定型胶囊注射成形过程中，模具是关键技术，模具结构设计的好坏对产品质量有直接影响。设计注射式模具时应考虑模具的密封性、加热功能、导热性等有关方面的因素，同时注意提高产品质量和减少事故措施和模具的清洗等问题。

目前国内常用的配平板硫化机的汽车轮胎定型胶囊模具结构比较简单，主要由上模、下模、上芯模、下芯模等共四大件组成，如图1所示。其工作原理是：模具处于打开状态，上、下模汽室内充循环蒸汽，在下模存胶台处置入定量的橡胶条，硫化机工作台上升到最高点后整套模具进行合模加热硫化，硫化完后工作台下降，带动下模、下芯模下移，下芯模在硫化机下法兰盘拉紧情况下强制带动制品脱出上芯模及上模（上芯模被硫化机上法兰盘拉住，并在上法兰盘行程终点就停止下移），当开模行程到了终点时，工作台停下来，硫化机下法兰盘上顶，将制品脱出下模，最后由人工强制脱出下芯模。这种结构的胶囊模具其结构简单，动作也简单，但工人操作劳动强度大，易损坏制品。

2.1 平板式硫化机用汽车轮胎定型胶囊模具

与平板硫化机胶囊模具相比较，注射式胶囊模具其结构要复杂些，但因其机械自动化程度较高，既减轻工人的劳动强度，又提高了生产率，而且硫化出来的胶囊制品内部质量好，所以在国外已经得到了很广泛的应用。其结构如图1所示。

图1 平板式硫化机用汽车轮胎定型胶囊模具

2.2 汽车轮胎定型胶囊注射式模具

其工作原理是：在模具的热油循环流道内注入循环流动的加热到一定温度的柴油进行模具加热，模具合拢后由注射机螺杆将橡胶条卷入塑化，并由模具上部的浇口推进模腔，同时在模具下面进行抽真空，当软化的胶料充满型腔时停止进料，保压硫化；开模时胶囊制品受上下模芯一起压紧而从上模脱出，留在下模里，然后控制系统自动从进风口处往模腔里面吹加压风，使胶囊制品从下模及模芯上强制脱出。由于采用了吹风方式脱模，胶囊制品内部受力比平板式硫化胶囊的手工强制脱模要均匀得多，所以胶囊人为拉裂的机率低，降低了废品率，而且脱模的自动化降低了工人的劳动强度，缩短了脱模周期。注射式胶囊模如图2所示。

图2 汽车轮胎定型胶囊注射式模具

到目前为止，对注射式橡胶模具技术体系的研究还不充分，因此为保证制品的硫化质量，必须了解橡胶硫化时的压力上升特性，浇口处的压力损失，粘度与温度依存关系等对模具的具体要求。对流动特性、压力损失与混炼、配方的关系已做部分研究。门尼粘度越小、越易流动、越接近塑料流动性的橡胶，压力损失越小，所以可以根据压力损失与剪切速度的依存关系来判断橡胶成形的好坏[2]。

模具清洗技术也是注射模的重要课题。目前模具清洗使用的方法很多，如化学清洗法、喷砂清洗法、高压水喷射法、干冰清洗法、激光清洗法。这些方法在国内外的模具行业中都得到了应用。也可通过选择适当的脱模剂，正确的模具镀层和材料，加强维修频率的方法达到减少粘污的目的。

3 防止制品缺陷的措施

注射成形中胶囊制品经常出现的缺陷有气泡、疏松、收缩、裂纹等，还有在模具分型面出现背线缝、模具内腔发生结合缝和缺胶等。这些问题是胶囊成形硫化的常见问题。在生产中要从材料方面、设备和模具方面、成形工艺方面综合考虑。例如：背线缝空心问题，背线空心是P/L面在制品表面发生象裂纹一样的条纹状收缩，这是快速硫化厚料制品时经常发生的，原因是最外层硫化的制品表面受内层未硫化层的挤压，使表层形成破裂。解决的办法可以从配方方面改变硫化体系，但是硫化速度要慢。目前，通过计算机CAD/CAE/CAM自动化控制及对成形中的参数如压力、温度、浇口位置、冷动时间等进行仿真模拟，可预先降低了废品率，提高模具的质量。

通常地，轮胎胶囊定型过程会出现一些直接影响轮胎胶囊质量的问题，表1给出了一些常见问题及其对策。

表1 常见问题及对策

4 结束语

轮胎定型胶囊模具结构的选择决定了轮胎胶囊的质量及其使用寿命，也影响了轮胎胶囊的生产成本和生产效率。正确选择轮胎定型胶囊注射式模具，既可以提高轮胎定型胶囊的生产自动化，也可以降低工人的劳动强度，同时还能节约橡胶原材料，生产的制品质量好，越来越受到各个轮胎厂及轮胎胶囊制造商的欢迎，是橡胶轮胎制造行业发展的一个大趋势。

［1］唐国政.轮胎硫化胶囊和胶囊注射法生产［A］.“大橡塑”杯全国橡塑技术与市场研讨会论文集［C］.2007：208-235.

［2］刘洪.橡胶注射成型技术［J］.塑料工业，2011（4）：104-108.