新一代橡胶硫化模具清洗技术
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第17卷 第4期桂 林 电 子 工 业 学 院 学 报Vol.17,No.4 1997年12月JOURNALOFGUILININSTITUTEOFELECTRONICTECHNOLOGYDec.1997
新一代橡胶硫化模具清洗技术a
蒋 华
(电子机械工程系)
摘 要
以超声波理论和橡胶配方技术为基础,研究了超声波在声场介质中的衰减系数,解决了超声波对硫化胶垢(粘弹性体)比一般污物高出2000倍左右损耗率的问题,通过对超声场的特殊设计和对清洗液的科学实验,探讨和实践新一代的橡胶硫化模具清洗技术,对改变现代硫化模具的清洗方式具有变革性的意义。
关 键 词 超声波;模具清洗;清洗液中图法分类 TG76
橡胶硫化模具在使用过程中,会在表面发生胶垢,直接影响橡胶产品的质量,因此,需要及时清洗。目前常用的模具清洗方法归纳起来有两种:一种是机械方法,是清洗硫化模具最原始
的方法之一,清洗时它是将模具预先处理琶胶垢分解,然后用金属刷或毛刷或砂布等打磨工具
进行表面打磨,擦除模具工作面的胶垢。对于大型的轮胎模具,有的用喷砂法或高压射水法或
干冰法进行清洗。此法最大的缺点是损伤模具材料,因此必须慎用或少用,在生产过程中,损伤一套模具,无疑会提高生产成本。另一种是化学方法,最常见的是将模具浸泡在有机溶剂(三氯
乙烯、三氯乙烷等)、碱液、脱模剂等液体中,然后用人工擦洗。还有的厂家是用脱模胶放在模具
中硫化后将胶垢粘下以达到清模目的。鉴于上述硫化模具的清洗方法,或多或少地存在损伤模具、污染环境、劳动强度大和效率低等情况。通过大量地调查研究,并引进了国外的先进技术,
有效地将超声波的清洗功能应用到橡胶行业中,对改变现行硫化模具的清洗方式具有变革性
的意义。
1 超声波理论
1.1 超声场
众所周知,被超声所充满的空间范围称为超声场。如果与超声的波长相比,超声场很大,这
时的超声就象处在一种无限的介质中,声波可以自由地向外扩散。反之,如果声波长与相邻介
a1997-09-08收稿,1997-11-10修改定稿作者 男 34岁 硕士 高级工程师 桂林 541004质的尺寸相近,则超声就不能自由的向外扩散。所以,应用超声波必须先要研究超声场。1.1.1 超声场的特征值
L.别尔格曼给出的声压梯度表达式[1]为:
dPdx=AQXsinX(A-xc)=XQc-sinX(t-xc)(1)
式中 P——声压; X——角频率; A——位移振幅; t——时间;
x——位移;c——声速;Q——密度。
这是一个很重要的量,当超声波遇到障碍物时,就产生周期性变化的压力,这种压力由非
线性波动方程求得,其平均值不等于零,声压梯度是超声波动力的重要指标。
1.1.2 在液体中的声吸收
对于在液体中的声吸收,由经典理论和热力学方程可知,总吸收A也取决于粘滞性Ar和
热传导A1两部分之和,其表达式[1]为:
A=A1+Ar=8P2G3A2cQ+2P2(K-1)A2TcQK(2)
式中 A——波长; G——内摩擦系数; K——热传导系数;
c——声速;Q——密度。
实验表明,在100kHz时,对于水的A的理论值是8.5×10-8cm,即使声强减少e倍的距离
是5.8km,此值比空气中的值约大1000倍。由此可见超声波在液体中传递信号是十分适宜的,
而基本上不能用于空气中。
1.1.3 在固体中的声吸收
固体中的声传播可以看作是固体各个部分弹性振动的形变,这种弹性的振动总是带着能
量的损耗,损耗的主要原因是内摩擦和热传导,也与弹性滞后、塑性流动以及热的和弹性的驰
豫过程有关。按原苏联科学家库比依姆所提供的资料表明,其损耗率[1]由下式给出:
E=8Pf3E(1+R)G(3)
式中 E——损耗率; G——内摩擦系数; E——杨氏模数;
f——固有频率;R——横向压缩系数。
其实际测值见表1.
表1 实际测试值[1]
序 号1234567
材 料铝铁铜钢玻璃软木橡胶
损耗率E×1030.0150.180.81.12.0130200
由此可见,对于橡胶硫化模具的胶垢来说,其吸收声强的能力要比正常铁锈等固体物大
2000倍左右。如何解决这个问题呢?必须着重研究超声波的工作原理,使超声波能够在一定频
率和合理分布的情况下,有效地构成轰击胶垢的能量。
1.2 超声波在清洗橡胶硫化模具中工作原理利用高于20KHz的超音频电能,通过换能器转换成高频机械振动传输到清洗液中,超声65第4期 蒋 华:新一代橡胶硫化模具清洗技术 波在清洗液中疏密相间地向前辐射,使液体振动,并产生数以万计的微小气泡,这种微小气泡的形成、生长、迅速的闭合产生空化效应。在空化效应中的气泡闭合时形成超过1260个大气压
的瞬间高压。连续不断地产生瞬间高压就象一连串的小爆炸不断地轰击物体的表面,使物体表
面及缝隙中的污垢迅速剥落,达到清洗的目的。
但是,在橡胶硫化模具的清洗过程中,由于橡胶的分子之间有C-C,C-S,C-H等化学键,要破坏这些化学键需要有一定能量的超声波场,为了提高超声波对橡胶的解聚作用,就必
须获得一定的加速度,也就是说胶粒子必需有一定的自由行程长度,而决定粒子自由行程长度
的主要因素是传递声波介质的浓度。尽管如此,还应该指出的是,超强的超声波能量会使模具本身也被损坏。为此,我们对这个问题进行了很多的探讨和试验。
2 清洗液配方
试验过的清洗液主要有以下几大类:
(1)橡胶溶剂:如苯、汽油、煤油、机油类。
(2)乳化油类:主要有乳化煤油、乳化汽油。
(3)酸、碱类。(4)洗涤剂类:洗涤剂类成份复杂,主要成份有:渗透剂、乳化剂、分散剂、活化剂、发泡剂、
缓蚀剂、防锈剂等,视具体需要增减用量及品种,可分为酸性型和碱性型。
(5)MQ液:专用于橡胶模具超声波清洗机的清洗液。
3 试验与结果
3.1 橡胶溶剂[2]
模具表面的污垢主要是由橡胶硫化物、无机氧化物、硅油、碳黑等污垢组成。根据模具的用途的不同其污垢的成份也不一样,硬度也不同,对清洗的效果的影响也不同。所用溶剂也不一
样。由于溶剂对污物表层渗透过程较慢,因此需在55℃的溶剂中浸泡2小时后,再放在溶剂中
用超声波清洗。其试验结果见表2.表2 橡胶溶剂实验结果
苯汽油煤油机油
NB.ER.SBR模具洗干净15min洗干净21min洗干净35min洗干净132min硬质丁腈胶模具洗干净64min胶垢松动不明显洗不干净无效
苯、汽油、煤油、机油对松散铁锈亦有较好的清洗作用。但对致密层没有去除作用。硬质丁
腈胶较难清洗。大多数情况下,胶与模具之间被超声波震松。但溶剂不能溶解,而是成硬片状,
脱落下来。少数卡在缝隙中用手一摸,便成片脱落。
3.2 乳化油类[2]
本试验使用汽油、煤油经乳化后分散在水中,作为清洗模具的清洗剂。其试验结果见表3.66 桂林电子工业学院学报 1997年12月表3 乳化油类实验结果
乳化汽油10%乳化煤油30%
NB.BR.SBR模具洗干净需67min洗干净需72min
硬质丁腈胶模具无效90min时有松动
3.3 酸碱类[2]
盐酸、硫酸、硝酸对模具材质都具有腐蚀性,同时,对污垢无多少分解作用。在试片试验时
就被淘汰。用作碱类清洗剂的主要是氢氧化钠和氢氧化钾及碳酸氢钠,试验结果见表4.
表4 酸碱类实验结果
15%NaOHNaHCO3NB.BR.SBR钢质模具洗干净63min,但对硬质的碳化层无效无效
铝箔产生大量气泡,有严重腐蚀现象有腐蚀现象
从试验结果看,氢氧化钠有效果,但不能用于铝制模具,只可用于钢模,但仍有少量腐蚀
性,根据清洗时间的长短每次能蚀掉几微米到几十微米的薄层。对铁锈亦有较好的去除效果。
但相对于喷砂及人工用砂纸打磨对磨具的损耗来比较,则又少得多。
3.4 洗涤剂类[2]
洗涤剂类品种多,成份复杂,本试验试用过多种洗涤剂。效果均不理想。同时,请专业洗涤
剂生产厂商研制强力去油污配方,也无明显效果,主要原因是清洗剂缺乏对胶垢的渗透、断链解聚成份,以及胶垢的强烈吸收超声波的特性,减弱了超声波的作用。
3.5 MQ液[3]
根据以上所做试验结果的特点,重新确定超声波的基本参数,并针对橡胶具有双链的高分
子特性[3],采用常规化工原料,配制了专供超声波机使用的橡胶模具清洗液。试验结果见表5.
表5 MQ液实验结果
清洗物浓度 钢模(SBR.NR.BR)钢模(硬质丁腈胶)铝箔(0.1mm厚)铜聚四氟烯石墨棒铁锈
15%17min洗干净30min洗干净增亮无腐蚀无腐蚀微溶15min洗干净
10%25min洗干净50min洗干净无腐蚀无腐蚀无腐蚀无腐蚀25min洗干净
5%73min洗干净94min洗干净无腐蚀无腐蚀无腐蚀无腐蚀70min洗干净
从被清洗件上看,被清洗物的螺纹、螺孔深处,凡是能被溶剂浸泡到的地方都被清洗得非常干净。不存在正反面和死角。被清洗件原有加工纹路,以及原有被砂纸打磨过的痕迹清晰可
见。少数卡在缝隙中的胶片也成片的脱落下来。
试验中的效果令人满意。由于配方中无腐蚀金属的成份,所以金属表面上的致密氧化层仍然存在,还原了模具的本来面目。另外,为科学配方,提高效率,还采用了正交试验法做了一批67第4期 蒋 华:新一代橡胶硫化模具清洗技术 L27(313)正交试验[2]。根据试验结果,筛选出一系列专门用于超声波清洗橡胶模具的配方。从选定超声波参数和功率密度上,直接借鉴了国外的经验,在清洗液配方上引进了两种解
聚剂和催化剂。在水剂清洗液中引入橡胶的解聚剂及催化剂可起到很好的效果,并可根据需求
提供不同的药剂配方。清洗液一般都配制成浓缩液。使用时用户只需加入3倍的自来水兑制,
即可成为清洗液直接使用。在清洗过程中消耗掉的水份和溶液可用12%的溶液补充。清洗液呈弱酸性,不腐蚀金属模具及活络模上的TU板。废液用水冲洗后排入污水管道。
4 结 论
实践证明,超声波橡胶模具清洗技术是行之有效的、科学的,它改变了现行的橡胶模具清洗方式。最重要的是,这种技术对模具无损伤,延长了模具的寿合,提高了工作效率,减轻了劳
动强度,降低了生产成本,是目前较先进、实用、价廉、自动化程度高的清洗方法,具有极其广阔
的推广应用价值。
参考文献1 L.别尔格曼.超声波技术.北京:人民教育出版社,19872 杨顺根,白仲元.橡胶技术.北京:化工橡胶机械中心站,19923 卢德宝.橡胶配方.北京:化工部橡胶机械中心站,1992
ANewCleaningTechniqueforCuringMold
JiangHua
(Dept.ofElectronicMachineryEngineering)
AbstractOnthebasisofultrasonictheoryandrubberrecipesandwiththestudyoftheattenua-
tioncoefficientofultrasonicinsonicfieldmediums,theproblemofultrasonicloss,which
arisesfromthecleaningofthecuringrubberfilthandisabout2,000timeshigherthanthe
normalfilthing,issolved.Anewcleaningtechniqueforcuringmoldisstudiedandaseriesofproductsoftire-moldultrasoniccleaningunitandcleaningliquidaredevelopedbyaspecial
