橡胶模具结垢成因研究

橡胶加工工业中,橡胶模具结垢问题是一个常见的现象。硫化过程中模具壁面上形成一层沉积物,并在随后的生产循环中逐渐积累。先前的文献论述过引起橡胶模具结垢的各种因素的影响。现在发现:对于在聚合体橡胶混合物中所包含的各种硫化物(和氧化锌)来说,硫化锌是硫化过程中引起结垢的最烦人的反应副产物。没有一种半-永久的脱模剂或永久性的(金属)覆盖层可以避免这种沉积。结论是 :结垢最初是由附着在模具上的硫化锌(无机的沉积物)引起的,并形成一个灰色的沉积层。作为温度的函数,混合物中低分子量的成份附着在硫化锌的微晶体上,并引起第二阶段的沉积(有机沉积)。在一定时间内形成氧化产物,并引起碳的沉积。

 通过了解橡胶模具结垢的原因和模具的金属表面硫化锌微晶体形成的内在机制,有可能产生一种对目前的加工处理过程适用的办法,来降低硫化锌的形成,从而防止橡胶模具结垢。通过对结垢原因的研究,减少这种现象是很有可能的。

有两种可能的解决办法来防止或减少污垢的形成:改变混合物的成份或改进模子的表面。

 改变混合物成份减少模垢

  由于氧化锌或硫化合而引起的模垢必须减少或被消除。大多数的沉积物与高含量的硫化物和氧化锌有关,而这些成份又通常要在轮胎橡胶产品中应用。按体积计,轮胎是全球橡胶产品中最大的一种(达到75%)。因此,大多数的实验是用常用于轮胎生产中的nr/br化合物和sbr化合物的混合料来进行的。在通过改变混合物成份减少模垢方面,考察了硫化锌的影响、短期的硫化实验、和化合物成份的影响。

 模具结垢的机制

 在铁制模具表面形成硫化锌晶体方面得出以下结论:混合物中硫化锌的原位形成是硫化过程中的反应产物;纳米尺寸的硫化锌晶体扩散到赤铁矿型铁制模具的氧化表面,形成znsfe 型的一层;或者在同一硫化过程中,或者在后续的硫化过程中,经过额外的纳米尺寸的硫化锌晶体的沉积,这种晶体进一步生长,形成微米级尺寸的硫化锌晶体。

混合物

在橡胶混合物中降低氧化锌的水平可以减少橡胶模具结垢;使用纳米尺寸的氧化锌可以消除或者减少模具结垢,然而,为了达到最优的机械和动力性能,必须进行更多的研究;其它的金属氧化物催化剂不能解决模具结垢问题 ;可供选择的催化剂,如胺或者mfas,也能减少模具结垢,然而,那些催化剂/加速剂有难闻的味道,并且有些是有毒的。此外,为了得到相当的硫化速度,还必须使用另外的锌催化剂(zbec)。

涂层

 在模具结垢问题的解决办法中不涉及电化学反应 ;金属镀层对减少模具结垢没有帮助,在模具表面必须形成封闭的一道屏障;塑料涂层,如ptfe型,能解决结垢。但是,由于手工铺设问题和空间不稳定性,这些涂层不能应用在轮胎模具中;磁铁矿(fe3o4)涂层是有可能的候选物。结果应当是非常有前途的,但是为了证实磁铁矿(fe3o4)涂层防止结垢的能力,必须在轮胎模具上进行实验。