橡膠注射成型工藝條件比較復(fù)雜，受很多因素影響，而且有些因素是互相且互相影響的。注射工藝的中心問題是在合適的溫度、壓力條件下，使膠料獲得良好的流動性，并在盡可能短的時間內(nèi)獲得質(zhì)量合格的產(chǎn)品。
1.溫度
橡膠注射成型中溫度的控制與塑料注射成型有原則上的不同。塑料的注射成型是在機(jī)筒中先將物料加熱到熔點(diǎn)Tm或粘流溫度Tf以上，使其具有流動性，然后在柱塞式螺桿壓力的推動下將物料注入模具型腔，冷卻凝固而得產(chǎn)品。物料的流動性主要靠外界加熱提高溫度來達(dá)到。而橡膠注射成型時，首先考慮的不是加溫流動，而是防止膠料溫度過高發(fā)生焦燒的問題。一旦溫度太高，膠料在機(jī)筒中發(fā)生早期硫化，輕則噴嘴堵塞，重則會使整個機(jī)筒堵塞，造成生產(chǎn)事故。為了達(dá)到高溫快速硫化，必須使膠料在進(jìn)入型腔時盡可能達(dá)到型腔溫度，因此要嚴(yán)格控制好各部位的溫度。
（1）機(jī)筒溫度 機(jī)筒溫度不僅影響膠料的加熱塑化，而且對其他工藝條件及硫化膠性能都有影響。
在一定范圍內(nèi)提高機(jī)筒溫度就可以提高注射溫度，縮短注射時間，提高硫化膠的硬度。所以控制機(jī)筒溫度十分重要，應(yīng)在焦燒安全性許可的前提下盡量高些。
機(jī)筒溫度的選擇還應(yīng)考慮注射機(jī)的型式、膠料硫化特性及膠料配方等因素。一般柱塞式注射機(jī)控制在70～80℃，移動螺桿式注射機(jī)因塑化較均勻，機(jī)筒溫度可高一些，約在80～100℃，有的可高達(dá)115℃.
膠料在機(jī)筒中允許的[敏感詞]溫度與膠料硫化特性有關(guān)，一般不應(yīng)超過120℃。因為硫化的熔點(diǎn)為119℃，高于120℃時就開始硫化，而機(jī)筒上測得的溫度又往往比膠料內(nèi)層溫度低20～25℃，所以機(jī)筒溫度多半控制在90～95℃，這樣膠料溫度就不至于超過120℃的允許溫度。
不同的膠料性質(zhì)也會影響注射條件，一般來說，分子間作用力大的剛性鏈橡膠如丁腈。氯丁等品種，內(nèi)耗大，生熱量也大，機(jī)筒溫度宜低一些；而分子鏈柔性高的天然、順丁、硅橡膠等生熱少，機(jī)筒溫度宜高一些，如100～120℃。至于填充劑，凡粒子細(xì)，結(jié)構(gòu)性高、補(bǔ)強(qiáng)性能好的活性填料，如超耐磨炭黑等，生都 很大；加入非活性填料對生熱影響很小，而軟化劑則可以降低生熱量。
（2）注射溫度 注射溫度是膠料通過噴嘴之后的溫度，注射溫度低，硫化時間延長，但注射溫度過高，則容易產(chǎn)生焦燒。因此注射溫度應(yīng)在焦燒安全許可的前提下，盡可能地控制在接近型腔溫度。
注射溫度除與機(jī)筒溫度有關(guān)外，還與許多因素有關(guān)，一般提高螺桿轉(zhuǎn)速、背壓、注射壓力和減小噴嘴孔徑均可提高注射溫度。
膠料各類不同，通過噴嘴后的溫升情況也不同，部分橡膠膠料經(jīng)噴嘴射出后的平均溫升見表6-19。
表6-19 部分橡膠膠料經(jīng)噴嘴后的平均溫升
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膠種 |
異戊橡膠 |
桂橡膠 |
氯丁橡膠 |
充油丁苯橡膠 |
丁基橡膠 |
天然橡膠 |
低溫丁苯橡膠 |
丁腈橡膠 |
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升溫/℃ |
10 |
18 |
23 |
25 |
26 |
35 |
38 |
60 |
（3）模具溫度 即膠料的硫化溫度。模具溫度低，硫化時間長，但模具溫度過高，在充模時會產(chǎn)生焦燒，反而降低膠料流動性，不能充滿型腔。所以應(yīng)盡可能采用充模時不會發(fā)生焦燒的[敏感詞]模具溫度，以提高生產(chǎn)效率。安全的[敏感詞]模具溫度是比出現(xiàn)焦燒現(xiàn)象時的溫度低3～5℃。
綜上述，橡膠在注射過程中，各部位的溫度從進(jìn)料到模具型腔是逐漸升高的，例如天然橡膠的硫化溫度為180～200℃，則各部位溫度大致為：進(jìn)料（20℃）→機(jī)筒（115℃）→注射前（125℃）→注射后（150℃）→模具型腔（180℃）。
2.注射壓力
注射壓力對膠料充模起著決定性的作用。對于非牛頓流體的橡膠而言，其表觀粘度隨壓力和剪切速率的增加而降低，所以增加注射壓力可以提高膠料的流動性，縮短注射時間。由于提高壓力可使膠料通過噴嘴時的生熱量增加，膠料的溫度上升，因而硫化周期也大大縮短。
從防止膠料焦燒的觀點(diǎn)來稈，提高注射壓力可以防止焦燒，因為壓力的提高雖然使膠料的溫度上升，但卻因此減少了焦燒的可能性。所以原則上說，注射壓力應(yīng)在許可壓力范圍內(nèi)選用較大的數(shù)值。但是過高的注射壓力是不利的，壓力開始增高時，膠料流動性大大增加，注射時間急劇降低，當(dāng)注射壓力達(dá)到一定值后，注射時間不再縮短，對提高生產(chǎn)效率不再顯示什么，反而會增加設(shè)備的負(fù)荷，而且會造成溢邊過多，脫模困難等問題。
3.螺桿轉(zhuǎn)速與注射速度
螺桿轉(zhuǎn)速對注射溫度、硫化時間和塑化能力的影響。隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提高，機(jī)筒內(nèi)的膠料受到剪切、塑化和均化的效果提高，可獲得較高的注射溫度，縮短注射時間和硫化時間，但是螺桿轉(zhuǎn)速過高時，螺桿表面的橡膠分子鏈發(fā)生拉伸取向，產(chǎn)生一種收縮力，使膠料成團(tuán)抱著螺桿一起轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生較嚴(yán)重的包軸現(xiàn)象，不能使膠料很好地受到剪切作用，故膠料溫度反而下降，注射溫度降低，硫化時間延長。一般認(rèn)為螺桿轉(zhuǎn)速以不超過100r/min為宜，螺桿直徑大，轉(zhuǎn)速宜低些，粘度高的膠料轉(zhuǎn)速也應(yīng)低些。
注射速度即注射柱塞式螺桿移動的速度，注射速度增加，注射溫度和硫化速度隨之增加。注射溫度升高，注射時間縮短，有利于提高生產(chǎn)效率。但注射速度過高，會造成摩擦生熱大，易焦燒，同時易使制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和各向異性一。若速度太低則不利于提高生產(chǎn)效率，而且會使制品表面出現(xiàn)皺紋或缺膠。
4.成型周期
在整個注射周期中，硫化時間和充模時間最為重要，它們的計算分配取決于膠料的硫化特性和設(shè)備參數(shù)。從硫化工藝來看，主要根據(jù)膠料在一定溫度下的焦燒時間t焦和正硫化時間t正硫來確定，即要求充模時間t充小于t焦硫化時間t硫等于t正硫。
充模時間必須小于焦燒時間，否則膠料會在噴嘴和模具流道處硫化。此外還要考慮充模后應(yīng)留有一定的時間使膠料能在硫化反應(yīng)開始前完成壓力的均化過程，通過分子鏈的松弛消除物料中流動取向造成的內(nèi)應(yīng)力。以丁腈-40膠料為例，如果我們在190℃下進(jìn)行注射硫化，預(yù)先測得該膠料在190℃下的焦燒時間為25s，正硫化時間為60s，那么t充可定為15s，壓力均化為5s，這樣，15s+5s<25s。確定充模時間后，變可以根據(jù)每次注膠量確定注射速度和壓力。
膠料的配方，特別是填充劑及軟化劑的品種和含量，對充模有十分重要的影響，如添加軟化劑可以大大縮短一定壓力下的充模時間。
硫化時間在整個成型周期中所占的比例較大，縮短硫化時間是提高橡膠注射成型生產(chǎn)效率的重要手段。硫化時間雖然與噴嘴大小、注射壓力及流道結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，但它主要取決于橡膠的配方和制品的厚度。采用高溫快速有效硫化體系可以大大縮短硫化時間，而且這種硫化體系在不太高的溫度下有很好的防焦性能。一旦達(dá)到高溫后，可在很短的時間內(nèi)達(dá)到正硫化時間。硫化溫度在180～200℃時，橡膠制品厚度與硫化時間關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)見表6-20。
表6-20 橡膠制品厚度對硫化時間的影響
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厚度/cm |
0.16 |
0.28 |
1.0 |
2.1 |
3.8 |
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硫化時間/s |
10 |
15 |
45 |
60 |
60～150 |
