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资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。届毕业设计说明书硅橡胶蛋糕盒生产工艺与模具设计系、部:材料与化学工程系学生姓名:姚望霞指导教师:鸥丽娟职称专业:化学工程与工艺班级:化本0802班完成时间:-04-30硅橡胶蛋糕盒产品生产工艺与模具设计1.蛋糕盒产品设计1.1产品用途:用于蛋糕的盛装,便于保存和美观。1.2产品性能及使用要求:1.2.1产品外观:外观颜色为黄色。凸显洁净,采用黄色不透明体,没有其它杂色或污点,表面平整无裂纹、银丝,无气泡,无形变等缺陷。1.2.2性能要求:收缩率不大于3.6%,邵氏硬度在72~78°A之间,抗撕B型≥15Kgf/cm,抗拉强度≥60Kgf/cm,伸长率≥200%,一次硫化△E≤5,TC90(165℃×3min)＜135,TS2(165℃×3min)≥151.2.3使用条件:使用温度:自然气候温度(-20~80℃);自然清洁环境条件下使用。1.2.4月生产能力要求:10万件/月。1.3产品结构设计1.3.1产品总体结构尺寸本产品总体结构为一薄圆盒,薄圆盒外径尺寸为φ102mm,盒中心有一小凸起,凸起部分外径为φ44mm,深为10mm;产品总高度为44mm,厚度为0.2mm,其具体结构尺寸见产品图1.3.2产品结构设计说明便于取食将产品设计成上口大下口小,同时设计成圆形能够更好的存放食物,也更美观,吸引顾客。也使食品长期处于最佳保鲜状态。为避免应力集中薄壁采用阶梯状。根据设计的容积大小来确定各尺寸。

塑件壁厚应满足塑件在使用时的强度、刚度、绝缘性、重量、尺寸稳定性和与其它零件的装配关系,并能使塑料熔体顺利充满整个型腔。壁厚根据工艺最小壁厚经验公式计算S=(L÷100+0.5)×0.6S=(138.5÷100+0.5)×0.6≈1.11.4产品标准及其检测方法说明1.4.1产品标准外观标准:外观颜色为橘黄色。凸显洁净,采用橘黄色不透明体,没有其它杂色或污点,表面平整无裂纹、银丝,无气泡,无形变等缺陷。性能标准:收缩率不大于3.6%,邵氏硬度在72~78°A之间,抗撕B型≥15Kgf/cm,抗拉强度≥60Kgf/cm,伸长率≥200%,一次硫化△E≤5,TC90(165℃×3min)＜135,TS2(165℃×3min)≥15尺寸标准:本产品总体结构为一薄圆盒,薄圆盒外径尺寸为φ102mm,盒中心有一小凹进,凹进部分外径为φ44mm,深为10mm;产品总高度为44mm,厚度为0.2mm。1.4.2产品检验与测试方法说明1,外观标准检验:用人工目测。在D65的灯光光源下检查外观颜色,有无其它杂色或斑点,表面是否平滑、有无裂纹、凹凸、银丝,无气泡,无形变,无飞边等缺陷。2,性能标准的检测:熔体流动指数测试:按GB/T1033-86.用融速率仪测定收缩率:按标准用二次元测试。抗撕强度测试:按TS-9000标准在拉力机下测试马丁耐热温度:按GB/T1035—70用马丁耐热温度试验仪测试布氏硬度:按GB/T231用布氏硬度试验仪测试抗拉力测试:按ISO-9000标准在拉力机下测试颜色色差测试:在光谱仪下测试3,尺寸标准的检测:人工用游标卡尺检测。2主要原材料品种及要求2.2.1环硅氧烷(D4、DMC)八甲基环四硅氧烷(D4)和混合环体(DMC)是合成高温胶生胶的主要原料。它们是以高纯度二甲基二氯硅烷经水解、裂解、精馏等工序制成。D4的化学名称为八甲基环四硅氧烷,它的主要性能要符合国家标准GB/T20435—规定的技术要求:外观:无色透明油状液体。色度/Hazen单位(铂—钴色号)≤10。折光率(20℃)1.3960～1.3970.D4的质量分数/%≥99。DMC是以D4为主的二甲基硅氧烷混合环体,它的主要性能要符合国家标准GB/T20436—规定的枝术要求:(1)外观无色透明油状液体(2)色度/Hazen单位(铂—钴色号)≤10(3)折光率(20℃)1.3960～1.3970(4)总环体质量分数%≥99.5(5)六甲基二硅氧烷质量分数/%≤0.01(6)酸(以HCL计)的质量分数/%≤0.001要合成高摩尔质量(40万~80万g/mol)的生胶,甲基环体纯度必须符合橡胶级要求,达到:(1)外观无色透明,无明水,无铁锈等机械杂质,原料呈中性。(2)环体总含量≥99%,其中D4含量≥85%,D6尽量少一些。(3)三官能团链节MeSiO1.5(T)低于0.02%,一官能团链节Me3SiO(M)低于0.01%,而Si～H及SiOH的含量也越低越好。生产中,一般经过色谱法来检騐原料的纯度,並用小样聚合来检查活性.实践证明:进口D4的纯度较高,色谱分析纯度可达99.9%,小样聚合分子量可达150万以上;国产DMC,环体总纯度可达99%,但小样聚合分子量只能达到80～140万g/mol。表明,当前国产DMC和进口DMC的质量还存在一定差距。用测活性的方法进行检验,在进行小样聚合的时候,计算用针筒打进催化剂到物料开始变稠的时间,进口DMC的活性一般为5～10秒,而国产DMC要达8～15秒。这很可能是因为DMC中存在着微量的甲醛或其它含H物质所致。甲醛是在裂介二甲基二氯硅烷水介物和精馏裂介物时,因真空度不够而氧化产生的。甲醛能与催化剂四甲基氢氧化铵发生反应而降低活性。2.2.2乙烯基环体(VMC)四甲基四乙烯基环四硅氧烷(简称乙烯基四环体)也是合成高温胶生胶的重要原料之一。四甲基四乙烯基环四硅氧烷的制备是以乙炔和甲基氢二氯硅烷为原料,在铂催化剂作用下,加成得甲基乙烯基二氯硅烷,然后经水解、催化裂解和精馏等工序而制得。CHCH＋CH3SiHCL2CH3CH2＝CHSiCL2CH3CH3CH3CH2＝CH2SiCL2＋H2OHOSi－mH＋--SiOnCHCH2CH＝CH2-裂解VMC甲基乙烯基硅橡胶合成中经过加入不同量的四甲基四乙烯环四硅氧烷,而生产不同型号的产品。乙烯基环体的加入量虽然很少(0.05～5%),但纯度必须很高,否则将对合成反应和VMQ质量产生影响。对VMC的要求不但外观应该无色透明无机械杂质,乙烯基含量≥29.3%,而且三官能团的组份经过小试验证要达到要求。国内生产VMC的企业较多,生产所用原料和工艺路线有所不同,因而产品质量有一定的差异。2.2.3生胶封端剂甲基乙烯基硅橡胶合成中采用低粘度甲基硅油和乙烯基双封头或低粘度乙烯基硅油作生胶分子链封端剂。封端剂加入量的多少是调节硅生胶分子量的主要手段,要经生产实践熟练掌握。以乙烯基硅油为封头剂生产的生胶,在分子键端含有乙烯基,使硅橡胶在交联过程中减少悬挂链,这对硅橡胶性能改进有一定好处。乙烯基生胶生产中要求封头剂无杂质、粘度等指标要稳定,才能确保产品的质量。2.2.4催化剂及中和剂生胶合成中应用最广的催化剂是烷醇钾和硅氧烷醇四甲基铵硅氧。前者用KOH与环硅氧烷在加热下制备,后者用四甲基氢氧化铵与环硅氧烷在加热和抽真空下制备,制成的硅氧烷醇四甲基铵被称为”碱胶”。其中,硅氧烷醇钾便宜易得,工业应用也最成熟,但它的催化活性较低,一般要在140～160℃下反应数小时才能完成平衡,反应后,要将KOH中和掉装置也较复杂,而且用CO2中和时产生的K2CO3结晶析出还可能影响生胶的透明度。硅氧烷醇四甲铵的活性要高得多,在110℃下反应1～2小时就能够基本平衡。四甲基氢氧化铵虽然较贵,但加入量只需十万分之三～五,对成本影响不大。反应完成后,加热到150℃以上,Me4NOH就能很快分解,经过脱低分子时排除。150℃Me4NOHMe3N+MeOH↑无需中和工序。但使用这种”暂时性催化剂”时,脱低分子工艺必须严格,将Me3N尽量抽除干净,否则生胶中残留10ul/L以下的Me3N也可能使胶出现鱼腥气味或致使橡胶制品发黄。中国高温胶生产合成中均采用Me4NOH催化剂。而国外公司多数采用硅醇钾盐或其它化合物为催化剂。列表如下:各公司生胶合成使用催化剂情况表表4公司(单位)名称催化剂中和方法美国DC公司硅氧烷醇钾二氧化碳美国GE公司硅氧烷醇钾磷酸酯日本信越硅氧烷醇钾二氧化碳德国WaKer氧化磷腈(Pncl2)叔胺醇德国BaYer硅氧烷醇金色二氧化碳中国硅氧烷醇四甲基铵加热分解2.3化学反应方程式及反应机理2.3.1化学反应方程式甲基封端型CH3CH3CH3CH3—Si—O—Si—O—Si—CH3+mD4+nDVi4CH3CH3aCH3CH3CH3CH3CH3CH3—Si—O—Si—O———Si——O——Si—CH3CH3CH34m+aCH=CH24nCH3OHOH-△CH3CH3CHCH3CH3CH3CH3CH3—Si—O—Si—O———Si——O——Si—CH3CH3CH34m+aCH=CH24nCH3甲基乙烯基封端型CH3CH3CH3CH2=CH—Si—O—Si—O—Si—CH=CH2+mD4+nDVi4CH3CH3aCH3CHCH3CH3CH3CH3CH2=CH—Si—O—Si—O———Si——O——Si—CH=CH2CH3CH34m+aCH=CH24nCH3OH—△OH—△OH—△OH—△2.3.2反应机理乙烯基硅橡胶的合成反应属阴离子催化开环聚合反应。聚合过程由4个阶段组成:①引发阶段(形成活性中心);②链增长阶段;③链终止阶段(活性中消失);④链转移形成新的活性点。反应开始时,在碱催化剂使用和加热下,环硅氧烷Si—O—Si链产生断裂(开环),生成链端含阴离子的线状聚硅氧烷低聚体,后进一步与环体反应,产生快速链增长,逐步成为高摩尔质量的线性聚硅氧烷。在链增长中形成的更大活性中心能够在遇到封端剂(或H2O)而终止反应,也能够继续与已形成的大分子链发生反应,使分子进行重排或重新变成环体。这一过程称为聚硅氧烷调聚反应平衡过程。在链增长和链转移中形成的活性中心,如经过加热使催化剂分解或被中和,活性中心消失,反应体系趋于稳定。聚合过程的几个阶段可用反应式表述如下(以KOH催化为例):引发阶段(形成活性中心)MeMeD4+KOHHO—Si—O—Si—O—K+Me3Me②链增长(形成更大活性中心)MeMeMeMeHO—Si—O—Si—O-K++D4HO—Si—O—Si—O—K+Me3MeMe7Me③链终止阶段(活性中心消失)MeMeMeMeHO—Si～Si—O—K++H2OHO—Si～Si—OH+KOHMeMeMeMeMeMeMe或者+Me3OHHO—Si～Si—O—Si—Me+KOHMeMeMe④链的转移(形成更大活性中心)MeMeMeMeMeHO—Si～Si—O—K++HO—Si～Si—OH+K+O—Si～～MeMeMeMeMe或者大分子链也能够重排成环MeMeMeMeMeHOSiO—SiO—SiO—SiO—SiO—K+MeMeMeMeMeSiMe2OMe2SiSiMe2OMe2MeMeMe2Me2HO—Si～SiO—K++OOMe2MeMeMe2SiOSiMe22.原料的选择与配方设计根据该产品的性能要求和使用要求,选用八甲基环四硅氧烷(D4)作主原料,采用气相法粉(白炭黑)做补强剂,加入少量的结构化控制剂,做成生胶。表1生胶性能参数表项目参数值项目参数值相对密度收缩率%洛氏硬度scRale拉伸强度MpaTC90S1.18~1.241.8~3.070~78≥60＜135马丁耐热温度℃热变形温度(1.82MPa)℃抗撕强度(B)Kgf/cm可塑度伸长率(%)15016523.9＞180＞150参照生胶性能对照产品性能与使用要求可知此种生胶能满足要求,故除加少量着色剂外另外加少量的硫化剂即可生产产品。3.生产工艺设计3.1.生产方法的确定塑料直接加入型腔内,压力机的压力可直接经过凸模传递给塑料,模具的闭合与压缩充模同步,故耗料少,模具结构简单,无浇注系统,可压制较大平面而且高度尺寸不大的塑料或者一模多腔成型。由于塑料在型腔内直接受压成型,因此对于流动性较差的纤维增强的塑料更有利于成型,且收缩小,变形小。故选用压缩成型的方法生产产品。3.2.催化剂AHC(四甲基氢氧化铵硅醇盐)的制备3.2.1.将已称量好的DMC(D3~D7之间的硅氧烷混合物)和TMAH(四甲基氢氧化铵)加入3000ml烧瓶内。3.2.2.开搅拌,开电加热,升温。3.2.3.升温至80~90℃,开始抽真空。3.2.4.物料变粘时,真空度控制在约-0.088Mpa,通约0.2Mpa氮气。3.2.5.物料变稀时,抽真空至大于-0.098Mpa以上。3.2.6.抽至物料透明,无流出液止,出料。3.3生胶的生产工艺过程与操作说明3.3.1.检查设备3.3.1.1.检查管道、阀门是否有漏气,漏油现象;3.3.1.2.检查真空泵是否正常;3.3.1.3.检查电加热系统能否正常工作;3.3.1.4.检查油泵运转是否正常;3.3.1.5.检查预热油是否需要添加;3.3.1.6.检查冷凝器循环水是否正常。3.3.2.成型温度与参数设定静态混合器1#温度30～100℃,膜压0.3～1.6Mpa;静态混合器2#温度60～100℃,膜压0.2～1.2Mpa;静态混合器3#温度90～140℃,膜压0.1～1.0Mpa;静态混合器4#温度100～140℃,膜压0～0.9Mpa;花板温度150～180℃,膜压0～0.9Mpa;泵压0.4～1.6Mpa.3.3.3脱水3.3.3.1.将D4和其它助剂(如V-1-3等硅油)按生产配方比例加入进料筒中用真空抽上至1000#脱水釜中;3.3.3.2.进料完毕,将桶盖盖好,摆放整齐;3.3.3.3.通蒸汽/启动升温;3.3.3.4.升温到80～95℃,收集70kg流出液,(从收集开始脱水时间≥80分钟,每10分钟脱水约5kg流出液。)3.3.3.5.收集完毕,关真空阀门,用纯N2放空,停真空泵;3.3.3.6.通冷却水/启动冷油泵冷却物料,冷却至45～50℃;3.3.3.7.打开真空泵,将配料槽内抽真空,打开脱水釜底阀;3.3.3.8.将物料放入配料槽,温度控制在40～48℃之间。3.3.4.配料3.3.4.1.打开搅拌,温度控制在40～48℃之间时将已称好的催化剂加入配料槽。3.3.4.2.待搅拌15分钟,停止搅拌,开N2放空,加压至<0.1Mpa。3.3.5.供料3.3.5.1.打开油泵对1#、2#、3#、4#静态冷凝器预热。3.3.5.2.开电加热,设定油温50℃、100℃、150℃逐步升温,用水银温度计检测电加热温度是否与实际油温相符,油温150℃以上时,每隔10分钟左右检查漏斗内油位是否正常。3.3.5.3.打开配料槽底阀及计量泵与静态混合器之间的阀门,开计量泵电源,调节泵速,供料泵速18～24速,打开裂管上面的放空阀。3.3.5.4.待花板上面的放空阀有胶冒出时关闭放空阀,关闭计量泵电源,保温1小时左右,开脱低器。3.3.5.5.开计量泵约10分钟,启动真空泵,当脱低器内有大量胶掉下来时,打开脱低器上的真空阀脱低分子,真空度控制在大于-0.098Mpa。3.3.5.6.当低分子槽内的低分子达到180kg刻线时,可换另一个低分子槽收集低分子,把低分子放入桶内称量,贴上标签,注明品名、批号、重量,摆放在指定的区域内,并做好记录。3.3.5.7.控制各环节的温度和膜压,使其在指标范围内。3.3.6.放胶3.3.6.1.打开低分子槽上的真空阀,抽真空至大于-0.098Mpa时,然后打开脱低器与接受器相连的大球阀,把胶放入接受器内。3.3.6.2.当接受器往大口桶内放胶时,先关闭大球阀,关闭低分子槽上真空阀,再打开空气加压阀,加压为0.3～0.4Mpa时,关闭加压阀,打开接受器底阀放胶。3.3.6.3.在放胶过程中用手捏一下胶是否粘手,看颜色是否透明,胶内有无杂质。3.3.6.4.包装,贴好标签。3.3.4.产品的检验与修饰基胶进行脱低分子后,进入存料釜,在800目滤网下进行压滤,装入料桶!检查产品有无杂质,胶料是否透明,有无黄变等不良。3.4硅橡胶的制作工艺过程3.4.1检查设备检查捏合机冷却系统,抽真空系统是否正常。3.4.2捏合3.4.2.1.设定温度为25℃,投入生胶、气相法硅粉(约10kg)、处理剂12kg,室温捏合10到20分钟。3.4.2.2.投入硅粉约5kg及处理剂8kg,室温捏合10～20分钟。3.4.2.3.投入硅粉约5kg,室温捏合10到20分钟。3.4.2.4.重复以上操作4遍。3.4.2.5.开盖升温捏合100～160分钟,将釜上的粉扫干净。3.4.2.6.出料,将釜壁上的胶铲干净。3.4.3停料硅橡胶胶料捏合混炼结束后,应经过一段时间的停放(一般以不少于24小时为宜),使各种配合剂(特别是结构控制剂)能与生胶充分起作用。3.4.4压滤因在捏合的过程中,多少会加入一些杂质,故冷凉后的生胶需进行压滤过后打卷材能包装入库。选用400目×5的滤网进行压滤,压滤过程中时刻注意滤网有无破坏。3.4.5送样检测物性包括硬度,抗撕,抗拉、老化性,伸长率、比重、可塑度,硫变等数据。3.4.6加色加硫因产品为食品包装,故色料不能含有毒性,加入黄色色料和白色色料进行开炼,硫化剂的含量视产品要求的性能决定。3.4.6.1.基胶打卷:称量基胶投入开炼机打卷后放于PE膜的停料桌上备用。贴标签标示品名、重量。3.4.6.2.开炼硫化剂/色料母料:称20kg基胶投入开炼机,加入所需的硫化剂及色料重量开炼混匀,做成硫化剂母料及色料母料放于铺有干净的PE膜的停料桌上,贴标签,标示备用。3.4.6.3.捏合:将已打好卷好的基胶及硫化剂母料/色料母料捏合均匀。3.4.6.4.出料:取6～6.5G样品测试硫变;取10G左右测试颜色。3.4.6.5.开炼打卷3.4.6.6.冷凉3.5挤出挤出是使胶料经过挤出机机筒壁和螺杆间的作用,连续的制成各种不同形状半成品的工艺过程。挤出工艺也称压出工艺,它广泛地用于制造胎面、内胎、胶管以及各种断面形状复杂或空心、实心的半成品。它还能够用于胶料的过滤、造粒、生胶的塑炼以及上下工序的联动。这里主要是用于胶料的过滤等。挤出工艺一般包括胶料热炼、挤出、冷却、截断及接取等工序。3.5.1胶料热炼胶料在进入挤出机之前必须进行充分的热炼预热,以进一步提高混炼胶的均匀性和胶料的热塑性,使胶料易于挤出,得到规格准确、挤出表面光滑的半成品。热炼一般使用开放式炼胶机,可分两次进行。第一次粗炼,采用低温薄通法(45℃左右,使用辊距1~2mm)提高胶料的均匀性;第二次为细炼,细炼时辊温较高(60~70℃),辊距较大(5~6mm),提高胶料的热塑性。第二次热炼后便可使传送带连续向挤出机供胶,也能够采用人工喂料的方法。连续生产的挤出工艺所需胶料较大供胶方法一般采用开炼机带式输送机,即由开炼机上割取胶条连续供胶,胶条宽度比加料口稍小,厚度由所需胶料量决定。采用这种供胶方法,挤出半成品的规格比较稳定,质量较好。另外利用这种供料方法有的在加料口处加一个压辊,构成旁压辊喂料,此种结构供胶均匀,无堆料现象,半成品质地密致,能提高生产能力,但功率消耗增加10%。另外,有的胶条卷成卷后再经过喂料辊喂料;或将胶条切成一定长度堆放在存放架上,按先后顺序人工喂料。无论哪种喂料都应连续均匀,以免造成供胶脱节或过剩。细炼后的胶料在供胶之前不应停放时间过久,以免影响热塑性。一般说来,胶料的热塑性越高,流动性越好,挤出越容易。但热塑性太高时,胶料太软,缺乏挺性,会使挤出半成品变形下塌,因此防止过度热炼。3.5.2挤出工艺挤出操作开始前,先要预热挤出机的机筒、机头、口型和芯型,以达到挤出规定的温度,以保证胶料在挤出机的工作范围内处于热塑性流动状态。开始供胶后,应及时调节挤出机的口型位置,并测定挤出胶料的尺寸、均匀程度,观察其表面状态(光滑程度,有无气泡等)及挺性等,直到调整到完全符合半成品要求的公差范围和质量为止。在调节口型位置的同时,也应调节好机台的温度。一般是口型处温度最高,机头次之,机筒最低。这样挤出的胶料表面光滑,挤出膨胀率小,不易产生焦烧等质量问题。挤出速度也要调好,挤出速度由螺杆的转速所决定,螺杆转速快,挤出速度快。但在一定的螺杆转速下,胶料的配方和性质也对挤出速度影响很大,如胶料的可塑度大,挤出速度快。挤出温度高,挤出速度快。挤出速度调节好后,应尽量保持不变,如挤出速度改变,机头压力就会改变,这会导致挤出物的断面尺寸发生变化。如要改变挤出速度,其它影响挤出的因素如挤出温度、胶料组成、胶料性质及口型等都应该做相应的调整。3.5.3挤出物截断及接取将挤出的胶料截断成所需的长度,用PE膜包住,防止有杂质进入。3.5.4挤出物冷却挤出的胶料离开口型时,温度较高,有时可高达100℃以上。为了防止热塑变形及存放时产生自硫,对挤出的胶料必须进行冷却。因此把上面包好的胶料停放一段时间使其冷却后再送去另一工序生产。 3.6入模压制成型工艺(一次硫化)3.6.1开炼制片:根据不同需要将基胶制成宽度不一样的片状体。3.5.2预压:将粉状或纤维状塑料在预压机上压成质量、形状一致的锭料,然后在模压时放入压缩模腔成型。由于生产过程复杂,预压仅只用于大批量生产。3.5.2预热和干燥:预热:在成型前对热固性塑料加热以提高料温便于模压干燥:用加热的方法以去除塑料中的水分及其它挥发物预热和干燥的方法:电热板加热、烘箱加热、红外线加热以及高频加热等。3.5.3模压过程热固性塑料的模压过程分为加料、闭模、排气、固化和脱模等几个阶段。(1)加料:在型腔内加入已预热和定量的物料。加料的方法:质量定量法、容量定量法和计数定量法(2)闭模:①当凸模尚未接触塑料之前,为了缩短模压周期,避免塑料在闭模之前发生化学反应,应尽量加快速度;②当凸模触及塑料之后,速度应放慢,以避免嵌件及成型零件的损坏。(3)排气:闭模之后,最好将压缩模松动少许时间,以便排出气体而避免塑件内部出现气泡或分层现象。一般放气1~2次,每次时间几秒到20秒。(4)固化:排气结束后,再次将压力升高到一定值并保持一定时间,有利于固化进行。时间过短:塑件的机械强度、耐蠕变性、耐热性、耐化学稳定性、电气绝缘性均下降,热膨胀、后收缩增加,有时还会产生裂纹;时间过长:塑件的脆性大、易变色,易出现密集小泡等。固化时间一般为30秒到几分钟。5)脱模:待塑料完全固化后,即可开模取塑件产品采用全顶出自然落料。要注意防止油渍和灰尘污染产品。取出的产品应按产品外观标准仔细进行检验,对合格的产品要用括刀细心削除浇口和飞边,不得削伤产品或产生划痕。表1模压常见质量问题及解决办法质

量

问

题产

生

原

因解

决

办

法制品表面裂口脱皮(发生在模具接缝处)硫化时胶料发生强烈的热膨胀、收缩和压缩等综合作用造成降低硫化温度;准确称量胶料,降低硫化压力;硫化后冷却至40～50℃时才脱模有深褐色斑点胶料中夹有空气泡适当控制返炼程度,避免过度返炼;准确称量胶料,并制成一定形状填充模腔,以便有效地排除空气;加压时要完全压紧模具,并解压几次,以排除空气;模具上设置排气孔制品表面有流动痕迹胶料流动受阻胶料充分返炼,并迅速装料、加压,以避免早期硫化制品表面有白色开花斑点(硫化剂BP硫化)硫化不足适当提高硫化温度制品缺胶半成品单耗不足或装胶料不足平板上升太快,胶料没有充分流动模具封不住胶料模具排气条件不佳模温过高从新确定模具装胶量减慢平板上升速度并重复放气改进模具设计降低模温,加快操作速度胶边过厚,产品超重装胶量过大平板压力不足模具没有相应的余胶槽严格控制半成品单耗增大平板压力改进模具设计裂纹胶料脏污隔离剂过多胶料焦烧保证半成品清洁合理使用隔离剂延长焦烧时间气泡配合剂中含有硫化分解的气体的物质工艺加工时窝气,模腔中的空气没有完全排出模具无排气线合模前重复放气,模具加开排气线制品过于粗糙模具表面粗糙混炼胶焦烧时间过短清洗模具延长焦烧时间出模制品撕裂隔离剂过多或过少启模太快,受力不均匀胶料流动性差,半成品粘接性差模具棱角、倒角不合理合理使用隔离剂,启模时制品均匀受力,减小胶料的门尼粘度,改进模具设计3.5.4模压后处理模压完毕后,可对模具进行清理,同时对塑件进行二次加工(即塑件后处理)。模具清理:当塑件脱模后,可立即用压缩空气或铜制工具将塑料碎屑、飞边、垃圾等全部清理掉。(2)产品成型后处理:硅橡胶在模压(硫化)时,胶料必然会沿着模具的分型面等部位流出,形成溢流胶边,也称毛边或飞边,胶边的多少及厚薄决定于模具的结构、精度、模压机(平板硫化机)平板的平行度和装胶余胶量。现在的无边模具生产的制品,胶边特别薄,有时启模时就被带掉或轻轻一擦就能够去掉。但这种模具的成本很高,易损坏,大多硅橡胶制品在硫化后都需要休整处理。休整的方法很多,简述如下:手工修边法:手工冲头、锉削、刀削、刮削等。机械修边法:冲切、磨削、转鼓研磨、热烫等。当塑件表面需要美观和防潮时,可进行特殊处理,如胶水漆处理及电镀或喷涂处理3.7二次硫化

硅橡胶制品经一段硫化后,有些低分子物质存在于硫化胶中,影响制品性能。例如,采用通用型硫化剂(如硫化剂BP、DCBP)的胶料,经一段硫化后,其硫化剂分解产生的酸性物质(如苯甲酸等)仍存在于硫化胶中,导致制品在高温(200℃以上)密闭状态下使用时发生裂解,硬度显著降低,物理机械性能急剧恶化,丧失使用价值;采用乙烯基专用型硫化剂的胶料,经一段硫化后,其硫化剂分解产物虽不具有酸性,但属于低分子易挥发物质,它们的存在也影响高温使用性能;胶料本身所含有的挥发物质,经一段硫化后,也有一部分残留在硫化胶中,影响制品质量。为此．需经二段硫化以除去上述物质,保证产品质量。

二段硫化是在电热鼓风箱中进行的,也称烘箱硫化或后硫化。硅橡胶经二段硫化后,强度、伸长等性能趋于稳定,压缩永久变形性能显著改进,电性能、耐化学药品性和耐热性也有所改进。近年来,也出现了一些不需要二段硫化的专用胶料。

二段硫化对设备的要求是,能迅速升温,在300℃下能连续工作;具有足够的鼓风量,使箱内温度均匀,并使硫化过程中产生的挥发物及时排出,以免发生着火爆炸;便于放置和取出制品。

硫化操作一般是先将制品在室温下放置于烘箱内,然后逐步升温至硫化温度,保持恒温一定时间,制品的放置情况以方便和不产生变形为宜。模制品可平放在铺有玻璃布的金属网上或开有小孔的不锈钢板上,胶板可悬挂在烘箱中,压出制品平放在不锈钢板上或卷在带透气孔的圆鼓上。一次装入的产品不宜过多,以免因挥发物过多而引起着火或爆炸。一般0.8×0.8×0.8m3的鼓风烘箱,一次可硫化约20～30kg的胶板。挥发物很多时,可打开箱门排出。

二段硫化条件应根据制品的胶料配方、规格尺寸和使用要求而定,一般说来,二段硫化温度应略高于制品使用温度。一般起始温度为150℃(或更低),然后逐步升温达200～250℃,保持恒温。硫化时间从数小时至几十小时不等。对于厚制品均采取较长时间的中间阶段逐步升温,以防起泡。用硫化剂BP作硫化剂的乙烯基硅橡胶一般制品可采用下列硫化条件:用1小时从常温升至150℃,再用1小时升至200℃,然后在200℃下恒温4小时,共6小时;或用1小时从常温升至150℃,再用1小时升至200℃,再用1小时升至250℃,然后在250℃下恒温4小时,共7小时。对于厚制品采取缓慢升温,如用1小时从常温升至150℃,保持150℃恒温1小时,再用1小时升至180℃,再用二小时升至200℃,然后在200℃恒温4小时,共8小时。或者用3小时从常温升至150℃,再用3小时升至200℃,再用3小时升至250℃,然后保持250℃恒温4小时,共13小时。采用硫化剂DBMPH作硫化剂的乙烯基硅橡胶胶条,二段硫化条件举例列于表9-29。表9-29

乙烯基硅橡胶胶条二段硫化条件单位:h成品厚度mm烘

箱

温

度,℃合

计1501752002252501～55～1010～1515～2020～30111～21～22～3—11～22～33～4111～22～33～4—11～23～44～522～44～64～64～846～88～1412～1816～24注:1.表中时间包括升温和恒温。2.20mm以上的厚制品升温速度宜采取5～10℃/h。3.当用硫化剂BP作硫化剂时,10mm以上的厚制品升温和恒温时间应当延长。3.3.5.产品的包装产品包装采用PE膜双包装,每只为一小包装,用塑料袋封装,每200小包装为一箱,用硬纸箱封装。3.3.6.废料的回收检验与修饰过程中的废品废料不得落地,应集中收集,不得混入杂质、灰尘和油污。收集达一定量后集中用裂解机裂解。裂解之后的产品名称要赢标签标注说明,由于废品废料量较少,采用累积集中裂解。每7天裂解一次。

4.工艺参数的确定4.1.投料量计算由于压缩成型模具采用的是半溢式压缩模,加料量为制品重量的105%,加料面积的确定:加料面积的大小,直接影响到制品的密实程度,料的流动距离和制品表面质量。它与SMC的流动与固化特性、制品性能要求、模具结构等有关。一般加料面积为40%-80%,过小会因流程过长而导致玻纤取向。降低强度,增加波纹度,甚至不能充满模腔。过大,不利于排气,易产生制品内裂纹。4.2.合模力计算根据[3]F开=k1×F成因为产品结构的配合环较高,塑件形状比较复杂,因此取K1=0.15;成型力考虑产品壁薄,塑件较小,成型压力应小些,取P=20MPa/cm2。成型面积A的计算:外表面A1=[3.14×5.5×(14.8+10.5)]/2+3.14×5.25²=305cm²内表面A2=[3.14×5.2×(14.5+10.2)]/2+3.14×5.1²=283cm²故成型面积A=A1+A2=305+283=588cm²4.3.压缩成型压力压力机经过凸模对塑料熔体充满型腔和固化时,在单位投影面积上施加的压力,简称成型压力。p成=(πD2/4A)·P表=20MpaP表——压力机表压力(MPa);D——压力机主油缸活塞直径(m);A——塑料与凸模接触部分在分型面上的投影面积(m2);p成——成型压力(MPa),一般为15~30MPa。影响p成因素:塑料的流动性、塑件厚度形状、塑料固化速度、压缩比4.4压缩成型温度压缩成型温度是指压缩成型时所需的模具温度。模具温度较高:成型周期缩短,生产效率高;模具温度太高:树脂和有机物分解;模具温度过低:固化周期过长,固化不充分,塑件表面无光,物理性能和力学性能下降。选择机硅橡胶的压缩成型温度为:165℃。4.5压缩成型时间:压缩成型时,热固性塑料要在一定的温度和压力下保持一定时间,才能使其充分地交联固化。影响时间因素:塑料的工艺性能,成型压力及模具温度。压缩成型时间分为一个排气时间和固化时间,排气时间根据其TS2确定为15s,固化根据其TC90的大小进行确定,其TC90＜135,故成型时间取150s总时间为165s)4.7.成型周期的计算成型周期=T排气+T固化+T加料+T闭模+T脱模=15+150+10+2+10=187s表2压力机工艺控制参数表[4]项目控制部位控制参数备注温度(℃)干燥料筒后段料筒中段料筒前段喷嘴模具压力(MPa)塑化背压注射压力保压压力锁模力(吨)时间(秒)干燥时间塑化时间注射时间保压时间冷却时间其它时间成型周期5.设备的选择5.1压力机的选择5.1.1压缩量的确定由工艺参数的确定中已知一次压缩量为109g,选用注射机的公称注射量Q为:Q＝109×1.2＝130.8g取压力机的公称注射量为130.8g5.1.2.锁模力的计算由工艺参数的确定中已知锁模力为20MPa,成型面积为588cm25.1.3所需注射机台数的计算由月产量和压力机的生产能力(每小时压缩的产品数量)及考虑设备利用率求出(写出具体计算公式和计算过程)本产品生产工作制度设计为24h两班工作制,设备24小时连续运转,设备利用率设为0.85,根据如前初设的工艺控制参数成型周期约为187秒,生产模具一模一件,则所需压力台数为:10万/30×24÷(3600/187)=2.12(台)取整数值3台根据以上计算出的公称压缩量130.8g,锁模力20MPa,成型面积588cm²选用压力机的型号为YB32-63,数量为3台。该机的技术性能参数如表3。表3压力机技术性能参数表项目单位参数备注公称压力KN600回程压力KN1335.2捏合机的选择按每小时生产所需原料捏合量(kg/h)和设备利用率求出所需捏合机的工作能力。捏合生产操作考虑其生产能力大于压力机生产能力,采用集中捏合,工作制度采用单班十二小时工作制(一个月按30天计算)选择混合机的规格型号及台数。根据月产量要求捏合机每小时所需生产能力(kg/h):Q＝=100000×130.8/30×8×0.85=64.12(kg/h)故选择每小时捏合能力为100(kg/h)的混合机,捏合锅总容积为V,型号为L该捏合机的技术性能参数如下表4。表4L捏合机技术性能参表项目单位参数备注投料量L1400主电机功率KW37-755.3原料脱水釜的选择按每小时的生产量(kg/h)和干燥时间求出所需干燥机的干燥能力,选择干燥机的规格型号。干燥机生产能力(kg/h)=单台捏合机每小时生产能力(kg/h)×干燥时间=64.12×1.5=96.18(kg/h)由干燥机所要求的生产能力96.18(kg/h)选择原料脱水釜机的型号为1000L其技术性能参数如表5表5脱水釜机技术性能参数表项目单位参数备注生产能力料罐容量温度调节范围抽料周期抽料间隔抽料最大高度内锅尺寸夹套尺寸电机功率电热功率Kg/hm3℃SSmmmmmkwkw100100050~35036001800≥512001300/14004.0~5.512×45.4裂解机的选择按废品率×产量。求出废品废料量,并考虑设备利用率,求出所需裂解机的生产能力,选择裂解机的规格型号。例如:设产品生产过程中可能产生的废品废料率约为2%。废品废料量=2%×每小时的产量=2%×64.12=1.28Kg废品废料总量=废品废料量=1.28(kg/h)由于废品废料量较少,采用累积集中裂解。选择裂解釜型号为:100C,其生产能力为100Kg/h。破碎机的性能参数表如表6表6破碎机的性参数表项目单位参数备注料罐容量L1000电机功率KW485.55.5色料研磨机由于生产的过程中,所采购的色料均为固体状,故在使用前应该先进行研磨,所采用的研磨机的型号为:SM-405三辊研磨机其技术参数如下表7表7SM-405三辊研磨机的性参数表项目单位参数备注研辊直径mm405快辊转速r/min135研辊工作长度mm810三辊速比1:3:9成品粒度Um/3次3~18电机功率Kw155.6开炼机在生产的过程中,由于硅胶需要打卷包装,调色,加入硫化剂,以及出片,这些操作都离不开开炼机的使用。我们使用的开炼机的型号为:XK-380炼胶机,其技术参数如表8表8XK-380炼胶机的性参数表项目单位参数备注辊筒直径mm360辊面宽度mm900主电机转速r/min980辊筒速比1:1.25投料量Kg15电机功率Kw30重量Kg5530表7设备汇总一览表设备名称规格型号数量(台)备注压力机捏合机L1脱水釜1000L1裂解机100C1色料研磨机SM-405三辊研磨机1开炼机XK-380炼胶机1合计66.模具设计6.1.模具的总体结构与形式根据产品的结构确定所用模具的总体结构类型。由于生胶流动性差,且塑件形状复杂,故可选不溢(封闭)式模具;根据本产品的结构特点,采用两板式单型腔一次分型顶杆顶出的模具结构。6.2计算成型压力F成=PANK=567600N其中P为成型压强选3000N/cm²A为单个型腔的投影面积A=π×14.8/2=172cm²N为型腔数N=1K为安全系数选择K=1.16.3计算压机的额定压力F′=F×K=567600×1.1=624360N其中F为成型压力K为安全系数取K值为1.16.4计算开模力F开=F′×k=624360×0.2=113520N其中F′为生胶的成型压力K为开模力系数,依加料室的配合环情况而定由于本加料室的轮廓较为复杂,配合环较高,故选取k

的值为0.26.5确定固定螺钉的数目n=1.02F开/Q=1.02×113520/15500=7.32个取整n=8个其中Q为每个螺钉所能承受的负荷,我们选取公称直径为M16,材料为45钢的螺钉。其所能承受的最大压力为15500Nn为选取的螺钉的数目F开为开模力6.6计算模具的闭合最大值Amax≤Hmax-h′-h-s=746-68-68-10≤600mm其中Amax模具闭合的最大值mmHmax压机动梁与工作台之间的开距mmh′为凸模的高度h为塑件的高度S为脱模时取出塑件所留下空间一般取5~10mm我们选取为10mm6.7计算模具闭合高度最小值Amin≥Hmin+S= 590+10mm≥600其中Hmin为压机动梁与工作台之间的开距mmS为脱模时取出塑件所留下空间一般取5~10mm我们选取为10mm6.8固定加料室尺寸的计算6.8.1加料室截面积的计算A=F′/p=624360/567600=311cm²其中F′为压力机的额定压力P为柱塞所施加的压力P=F成/A2=567600N/283cm²=.65N/cm²6.8.2压制所需的锁模力F锁=S2×F′=1.1×624360=686796N其中S2为常数取值范围为1.1~1.25F′为压力机的额定压力6.8.3加料室容积的计算V=V1×K=1706.04cm3其中V1为全部型腔和浇注系统的容积之和K为压缩比,是指塑粉和塑件体积或者比容之比值,其值恒大于1。在此取1.16.8.4加料室高度的计算H=V/A+S1=1848.21/311+1.3=7.2cm其中V为加料室的容积A为加料室的截面积S1为常数,其取值范围为0.8~1.5,在此取值为1.2由于我选取的是不溢式压缩模,因此按以下公式计算:h1=(v+v1)/A+(0.5~1)=(1421.7+1421.7)/232+1=13.25cm其中v为塑件的体积v=h×2π[(D/2)²+(d/2)²]/2=5.5×2×3.14[(14.8/2)²+(10.5/2)²]/2=1421.7cm²V1为下凸模凸出的的体积即塑件的体积A为加料腔的截面积对于不溢式模具来说,其截面积等于塑件最大轮廓的投影面积。A=F′/p=624360/567600=311cm²其中F′为压力机的额定压力P为柱塞所施加的压力P=F成/A2=567600N/283cm²=.65N/cm²6.9压机下推杆推出行程L=h+h1+S=150L为压机推杆的最大行程我选择150mm其中h为塑件的高度h为68mmh1为加料室的高度h1h1=72mmS取10~15mm我们选取10mm7.0计算脱模力F脱=Ac×f=588×80=47040N其中Ac为塑件表面积之和(包括内表面和外表面)。f为单位面积的脱模阻力。对于生胶取值范围为60~80,选择80N/cm²6.4.1结构设计根据产品是圆形体结构,圆形体的径向尺寸和深度尺寸都较小,为保证产品尺寸的准确性和外观质量,为加工的方便,采用整体式凹模,凹模在一块凹模板上,产品上部的凸模设在凹模顶上。不另设凹模底板,以简化模具结构,节约材料,降低成本,具体结构见模具型腔图6.4.2下凹模径向尺寸的计算腔1:D1=(148+148×0.02-×1)=150D2=(140+140×0.02-×1)=142.05.09D3=(137+137×0.02-×1)=138.99D4=(122+122×0.02-×1)=123.69D5=(120+120×0.02-×1)=121.65D6=(105+105×0.02-×1)=106.356.4.3凹模深度尺寸的计算L=(68+68×0.02-2/3×0.74)=69.26.5凸模结构设计与计算6.5.1结构设计对应于凹模型芯也采用整体式型芯,凸模加工成独立部件,再用固定板固定在型芯底板上.具体结构尺寸见模具凸模图6.5.2凸模径向尺寸的计算(对于圆形整体式,下同)芯1:d1=(142+142×0.02+×1.24)=145.77D2=(134+134×0.02+×1.24)=137.61D3=(131+131×0.02+×1.24)=134.55D4=(116+116×0.02+×1.24)=119.25D5=(114+114×0.02+×1.24)=117.21D6=(99+99×0.02+×1.24)=101.916.5.3凸模高度的计算H=(59+59×0.02+2/3×0.74)=60.556.7型腔底板、侧壁厚度与凹模垫板(固定板)、凸模垫板(固定板)的设计与计算凹模底板厚度的确定按强度条件计算:Hs=0.87[sqrt(pr²/[σ])]=0.87[(20*74*74/353)1/2]=15.32mm式中E——模具材料的弹性模量(MPa),碳钢为2.1×105MPa;P——凹模压力为20MPa;