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模型制品制造中的收缩率

2018/10/24 14:51
导读: 橡胶工艺工作者都知道,模型橡胶制品是绝不会与其硫化模型一样大的。成品在室温下的尺寸与模型尺寸之差(以百分率表示)称之为对模型的收缩率。由于模型制品的尺寸往往要求非常严格,因而
        橡胶工艺工作者都知道,模型橡胶制品是绝不会与其硫化模型一样大的。成品在室温下的尺寸与模型尺寸之差(以百分率表示)称之为对模型的收缩率。由于模型制品的尺寸往往要求非常严格,因而掌握收缩率对正确地进行模型设计是相当重要的。
        一方面,橡胶冷却时收缩是必要的,因为如果橡胶和模型热膨胀系数相同,就难以脱模。另一方面,由于橡胶的收缩,就难以制造公差严格的制品。下面就要谈到,降低硫化温度、增加胶料中填充剂的用量、采用适当类型的橡胶、填充剂和模型材料,均可降低收缩率。
        收缩率主要取决于硫化胶和模型材料之间热膨胀系数之差和硫化温度。在硫化时完全充满模型的橡胶制品,冷至室温时,它比模型收缩得多,因为它的热膨胀系数比模型大得多。因此,对模型尺寸的收缩量,取决于两者热膨胀系数之差和硫化温度与室温之差。计算收缩量的困难在于胶料不同时硫化胶的热膨胀系数也不相同。但是,即使预先不作实验,也可大体计算出收缩量。表3和图9表明无填充剂天然胶胶料硫化温度对其收缩率的影响(基本配方见图9)。



        但是硅橡胶料与上述情况有所不同。硫化时间增加时,由于低分子成分的挥发而收缩率也有所增加。在所有硅橡胶中,以Sliopren SVA Batches 为基料的混炼胶收缩率最低(大约与天然胶相同),受硫化时间的影响也最小。
        除硫化温度外,胶料中生胶含量对膨胀系数并因而对收缩率也有重大影响。一般地说,含胶量越高,热膨胀系数越大。详细的试验还指出,诸如促进剂、防老剂、增塑剂、树脂、蜡、油膏、再生胶及硫黄等类物质也会影响胶料的热膨胀系数,其作用与生胶类同。所以计算收缩率时,也应将其并入橡胶含量中。
        填充剂对收缩率的影响比较复杂。曾发现,加入填充剂越多,则胶料收缩率越低。由于填充剂和模型材料的热膨胀系数皆属同一数量级(见表8),故填充剂的作用应该说主要是使胶料中的生胶含量降低。此外,还有其他难以用计算方法表示的影响,使实际收缩率比按生胶和填充剂的热膨胀系数计算值小。表7和图10及图11所列许多填充剂的实验结果清楚地反映了这一事实。用基本胶料配方(配方见图7)并加入相应的填充剂作了相关的实验。混炼胶在3大气压(表压)(143℃)下硫化。表中首先列出收缩率的实测值,最后一栏是含胶量变化时的计算值。在计算中假定填充剂和模型金属的热膨胀系数是相等的,因而填充剂对收缩性不起作用。图10与图11上面一条曲线也是以收缩率的同样计算为根据的。


        这些结果表明,填充剂增加时收缩率下降不能只用填充剂的热膨胀系数比生胶小来解释。所以用橡胶含量计算收缩率并不能满足实际要求,而同样重要的是应根据实验曲线加以修正。丁腈胶中加入酯类增塑剂时更须作特别修正,因为朱维(Juve)和比锡(Beathy)曾发现,含这种增塑剂的胶料收缩率要比不加增塑剂的丁腈胶胶料大得多。
        由于橡胶和硫黄之间的反应而产生的收缩与温度无关,对收缩率影响也小。实验指出,含有常量硫黄之软橡胶胶料这种收缩率小于0.1%。填充胶料因生胶含量低,其收缩更小,这种收缩在误差范围以内,通常可以不必考虑。
        表8列出一些物质的热膨胀系数,可用于计算收缩率。
        需要指出的是,以胶料成分计算胶料收缩率时,由于硫化胶的各向异性,三个方向的收缩程度并不相同,以致精确度受到限制。对无填料的胶料无须为难。但必须估计到有时因压延或其他操作而引起的取向(因有粒子或纤维而使在一特定的方向取向增加),相互垂直的三个方向收缩率不一致。无奈这种取向的程度不能预知,也就难于进行必要的校正。
        这一问题对橡胶与金属结合的制品尤为严重。因为这时橡胶被金属扯住,不能进行正常的收缩,而橡胶能够自由移动的地方必然收缩较大。一种最特殊的情况是,两个大金属板之间夹有一片很薄的橡胶层,并且相互全部粘合在一起,胶层的整个收缩只能在与金属垂直的方向进行,其收缩率几乎是正常情况线性收缩率的三倍。根据不同的制品形状,必须估计到这种垂直收缩率至少是水平方向的1~3倍。
        综上所述,根据橡胶成分计算的收缩率只是一个大约数值。不过这种精确度已能满足一般要求。在特殊情况下,应通过实验确定收缩率。为此可用一具有精确尺寸的容器(例如其内部尺寸为300×200毫米)进行试样硫化,根据试样收缩后的长宽与容器的差数,可同时测出长和宽的收缩率。例如,混炼胶胶片(如300×15×15毫米)可在模型中交叉折叠四层后进行硫化,以消除压出效应。长度的变化必须很精确地加以测量—最好是在一带有三角形槽沟的铁砧上用一个能自动制动的测微螺旋进行。测微螺旋与橡胶件接触时必须非常准确,可以用放大镜观察。收缩率可用下式进行粗略计算(方程式9)。
        方程式9
        s(对模型的收缩率,%)=△T·△A·k·△F·△H
        其中:
        △T=硫化温度与室温之差
        △A=橡胶与模型热膨胀系数之差
        K=橡胶+丙酮溶物的体积(以%计)
        △F=填充剂与模型热膨胀系数之差
        △H=丙酮溶物与模型热膨胀系数之差
        若△F和△H因子非常小,可忽略不计,则可用近似方程式10:
        方程式10
         S=△T·△A·k
        以上近似公式的可靠性是以假定填充剂与丙酮可溶物分别与模型材料和橡胶的热膨胀系数相同为依据的,亦即假定它们与收缩率无关。严格地讲,为了用方程式10进行实际计算,应该以有关填充剂类型和用量的因子△F和所用配合剂类型的因子△H加以修正。但是已如上述,由于各种原因,即使进行这种修正也不能得到十分精确的结果。反之,在多数情况下,用图10和图11中实验得到的修正因子,可以相当准确地确定制造特定制品时模型应有多大尺寸,也可以确定利用现成模具而得到特定大小的制品应该怎样调整胶料配方和硫化温度。
        
        含胶量为99%的天然胶胶料,在143C的钢模中硫化时,硫化胶冷至室温的收缩率为2.49%。若已知钢模的收缩率,则扣除0.1%即可求得相当准确的对轻金属模的收缩率。
        特定温度下的收缩率,可将另一温度下的收缩率乘以与温度有关的因子求得,如
        在143C下的收缩率是2.49%,在151℃C下的收缩率是:
       
        从图10或11的曲线中求得计算曲线和含有相应数量填充剂的曲线之差,并从上述公式所计算的不含填充剂的胶料计算值中减去这个差值,即可求得为填充剂而作的必要修正。
 
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