橡胶在模具内的流动、硫化行为及其模具设计

吴成建

(南京利德东方橡塑科技有限公司，江苏 南京 210028)

橡胶在模具内的流动、硫化行为及其模具设计

吴成建

(南京利德东方橡塑科技有限公司，江苏 南京 210028)

橡胶在我们生活、生产中的应用并不少见，并发挥了很大的积极作用。模具的应用对于橡胶的成型、硫化影响深远，对模具进行优化设计也更加有利于橡胶的进一步塑性和生成。基于此，本文对橡胶在模具内的流动、硫化行为，以及模具的设计进行研究，期望可以为模具的设计应用，以及橡胶制品的制作提供帮助。

橡胶；模具；硫化行为；模具设计

橡胶在我们生活生产中的应用非常广泛，对橡胶进行制作，提高橡胶质量则需要模具的参与，通过模具与橡胶的“配合”，提高橡胶的成型效果。用模具硫化是橡胶在模压成型和注射成型过程中最常使用的一种硫化方法，这时候就需要对模具进行选择和甄别，通过高质量的模具使用，优化模具的设计，才能够提高橡胶制品的质量，缩小橡胶的生产成本。一般来说，对于橡胶模具的设计通常较为复杂，因为其需要在进行设计的时候考虑到橡胶的流动性，以及其在模具中的硫化行为，因此，了解橡胶在模具内的流动，并对其硫化行为进行分析，才能够更好地对模具进行设计，才能够让模具在橡胶制作过程中发挥更好的作用。

1 橡胶的硫化行为与成型加工性的相关性

研究橡胶的硫化行为需要了解橡胶的特点：首先，橡胶的黏性流动为非牛顿流动，不会依照材料和配方的变化而变化。其次，橡胶的成型加工温度为70～140℃，橡胶的黏性与温度的关联性较小。第三，橡胶在细管内流动时的压力损失远远超过塑料管。第四，温度较低的情况下，橡胶也会发生早期硫化现象。硫化反应对于温度的依赖性可以通过阿雷尼乌斯方程式来解释。第五，在进行硫化（交联）反应时，硫化剂同样会产生气体。第六，橡胶是由各种原料橡胶和配合剂组成的复合材料，因此，对于配合剂的种类，以及配合量的不同，其在生产橡胶过程中在黏性、硫化速度等方面也会有所不同。

橡胶硫化行为如下：橡胶在模具中进行硫化主要是通过硫化剂发生作用，在分子之间形成共价键进行交联。其硫化行为如图1所示。

通过图1我们可以了解到硫化行为包括两个阶段，一个是早期硫化行为（硫化直立上升的焦烧现象），另一个阶段则是从硫化直立上升到最佳硫化阶段的硫化行为。

就早期硫化过程，JISK6300-1指标中中对其指标做了相应的规定。依照规定，我们可以知道通过门尼可塑仪可以求得在12℃环境下（或者125℃）的门尼黏度曲线，求出相应的最低黏度值，进而求出其上升五个点时的时间。

图1 橡胶典型的硫化行为的硫化曲线

图2 橡胶早期硫化行为指标的焦烧时间的定义

依照图 2所示，我们还可以对硫化温度下的硫化曲线进行表示。其中Vm表示门尼黏度；5 M表示上升五个点； t5表示门尼焦烧时间。通过图示以及硫化曲线（如图3）的构建，可以为模具硫化的实际焦烧时间提供时间依据。

图3 采用硫化仪测定的硫化曲线

为了更好地掌控橡胶的流动，以及硫化的状态，对于模具则可以如下操作：

在进行加压过程中，将未经过硫化的橡胶使用手工操作的模式将其填充到模腔中，并加压使之压缩硫化。此时橡胶的硫化过程如图3所示。其硫化流动主要因为从外侧传来热度，导致其内部温度上升，产生流动。橡胶此时的流动主要是向内部流动。同时，其流动所产生空气、水分一同向着内部流动。

在橡胶成型的过程中，依然不可怠慢，此时需要注意防止因为焦烧而造成橡胶产品质量低下。因此，做好时间掌握就非常重要。在模具进行预热和挤压时候，需要将排气孔周围的气泡排除，防止可能发生的焦烧。发生硫化的橡胶其气体不容易从气孔中排出，所以需要保持气体的可逸散状态，保持橡胶的未硫化状态非常重要。

表1 模具模腔内的温度、压力

如表1所示，对于模具温度的设定一般在150～200℃能够有利于集中排气孔周围的橡胶，设定时间为30 s，则为预热和排气的最佳时间。而图3的条件也是进行橡胶制作的最佳必要时间。在进行硫化的过程中，模具模腔内填充了胶料之后，首先是在PL面，以及排气孔周围进行硫化，这个时候最好是对模具进行密封，从而防止胶料不会外泄。在此刻，内部的塑胶温度也呈现上升趋势，与橡胶的硫化同时进行，胶体便发生膨胀，模腔内的压力也逐渐升高，与硫化曲线形成一致。这时候，就需要对硫化曲线进行控制和计算，从而保证模具内压力的平衡。

2 橡胶模具设计要点

橡胶模具的设计需要考虑到橡胶在其中流动、硫化的特点，通过对特点的分析强化设计的细节和关键点。在前文中我们已经阐述了橡胶的特点，以及硫化行动，因此，对于模具的设计主要应当考虑以下两个方面。

第一，橡胶在模具中流动、硫化过程中会产生较多的空气和水分，造成空气和水分的挥发，加上橡胶硫化时因为使用硫化剂所产生的气体，因此，在进行模具设计的时候就需要考虑到如何对这些气体予以去除。在进行模具设计过程中，设计排气孔可以有效减少模具进行橡胶制作过程中产生压力，气体可以通过排气孔得以排除。做好模具压力模PL面排气孔的结构设计非常重要。其能够有效减少气体产生，以及橡胶制作过程中的所产生的不良现象。

第二，为了更好地进行橡胶产品的制作，让橡胶在模具中更好地进行反应，则需要综合考虑橡胶在流动中的焦烧稳定性，并需要考虑硫化过程中模腔内压上升的实际情况，并做好配合剂的分散和去向。这就需要在对模具进行设计的时候，做好流道和注胶口的设计。流道是指胶料从注射成型机的口型射出，通过注胶口到达模腔内的细管的通道，其能够让橡胶的流动达到最小的程度，而且能够降低模具温度对相交的影响。注胶口的设计一般来说是圆形设计，对于直径尺寸的设计可以通过 （为注胶口直径，单位为mm）来进行计算。如果计算值没有达到Ф0.5～2 mm时候，那么其所制作的注胶口则不适合使用，如果能够达到Ф4～10 mm则为合格。为了能够更好地控制模腔内所喷射出来的胶体，也为了能够对于橡胶成品更好地取出，可以选择具有代表性的注胶口种类（如图4）。

如果模具流道较多，那么就需要考虑到流动性和压力损失的问题，这时可以考虑两种方法对其予以解决。第一种是对称性配置法，其能够保证从各个胶口出来的胶料保持在同一个距离。第二种是形成相同压力的配置法。这就需要根据实际情况进行选择适用，并进行相应的调制设计。

3 结语

通过本文的论述，我们了解了橡胶特点，以及其在模具中的流动、硫化行为，了解了模具的设计要点。相关人员应当更加深度的对橡胶进行认识和了解，对其硫化过程进行更加深入的探索，通过对模具设计的改进，让模具能够更好地应用于橡胶产品的制作，从而制作出更高品质的橡胶产品。

图4 具有代表性的注胶口的种类和构造

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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)

吴成建 (1985-)，男，助理工程师，大学本科，主要研究方向为机械及模具类。

2016-09-06