降低腰線磚硅橡膠模具線收縮率的研究

摘要 本文主要研究了固化劑、納米二氧化硅粉和碳酸鈣粉等外加劑對硅橡膠模具線收縮率的影響。實驗結果表明：當固化劑的用量為2.3%時，模具的線收縮率為3.342%。外加納米二氧化硅粉和碳酸鈣粉可以明顯地降低硅橡膠模具的線收縮率，外加CaCO₃粉(球磨20min)的質量為硅橡膠質量的8%時，模具線收縮率為2.256%，較未加入時的3.342%減少了1.086%。

關鍵詞 硅橡膠模具，樹脂腰線磚，線收縮率

1引 言

腰線磚是一種和墻地磚結合使用，環繞在墻磚中間，為單調的墻面增加色彩，改變空間氣氛，增加裝飾效果的一種小條磚。當前腰線磚的生產工藝主要有兩種，一種是用采用傳統墻地磚工藝制備的腰線磚，另一種采用不飽和聚酯樹脂和固體填料通過樹脂的聚合制備樹脂腰線磚。

樹脂腰線磚的生產是將不飽和聚酯樹脂和固體填料組成的混合料注漿于硅橡膠制作的模具中經真空脫泡固化制作而成。硅橡膠模具的質量好壞直接影響到注漿倒出的坯體（白坯）的質量，硅橡膠模是將加成型雙組分室溫硫化硅橡膠加入固化劑攪拌均勻，真空脫泡制作而成。硅橡膠生膠是Si-O交替主鏈、側基為有機基團構成的線型半無機高分子。硅橡膠具有許多獨特而優異的性能，如耐高低溫、耐紫外線、耐輻照、耐候、電絕緣、高透氣性、生理惰性等。但是，由于硅橡膠模具比較軟，長時間的重復使用會使其老化變硬，再加上不飽和聚脂樹脂、油漆等化學原料的腐蝕和固化放熱等，會使硅膠模產生一定的收縮[1～6]，這樣倒出的坯體的尺寸也會跟著變小，特別是表面圖案復雜而且需要組合使用的腰線磚，模具的收縮會直接影響到成品的質量，因為模具收縮大了，倒出的白坯上的圖案會和預想中的產生交錯，錯開哪怕只有一毫米也會使原本藝術效果很強的產品產生大大的瑕疵，收縮太大甚至會使產品報廢。模具的收縮也會影響到如切邊、切頭、細修等工序的操作，增加產品的成本。本文主要討論外加物質對硅橡膠模具收縮率的影響。

2實驗部分

2.1 實驗所用原料

實驗所用的硅橡膠是溧陽市宇峰化工有限公司生產的硅橡膠727，碳酸鈣粉和納米二氧化硅粉由新瑪特粉體材料（東莞）有限公司生產，以溧陽市宇峰化工有限公司生產的二丁基二月桂酸錫為固化劑。

2.2 實驗工藝流程

本實驗的操作過程主要包括模具的制作，樹脂腰線磚的制作和模具線收縮率的測定三個步驟，具體如下：

2.2.1模具制作過程

用502膠水將母模粘在底板上，再用502膠水將四塊檔板粘成矩形將母模圍起來，檔板距離母模的長和寬的距離分別為10mm和8mm，脫模劑均勻噴于母模和檔板上。取硅橡膠適量放于塑料容器內，按要求用針管量取固化劑注入瓢內，用鐵鏟攪拌1min使之混合均勻，然后迅速將硅橡膠澆注于已經圍好的矩形中，放入真空泵中真空脫泡1min，取出模具用刀片將檔板上粘在外面的硅膠刮干凈，室溫通風環境下靜置1.5h，然后脫模即得到硅橡膠模具。

2.2.2樹脂腰線磚制作過程

將不飽和聚酯樹脂和（60目或80目）白玉砂加上超細碳酸鈣按一定比例混合均勻，再加甲乙酮固化劑，攪勻倒入已經做好的硅膠模具中真空脫泡，再烘烤脫模即得腰線磚白坯。

2.2.3模具線收縮率的測量

由于硅橡膠模具較軟，且具有一定彈性，再加上模具均為陰模，用卡尺直接測量模具長度會產生誤差。所以采用測量注漿倒出的樹脂腰線磚的長度的方法來測量模具的尺寸。模具線收縮率的測定在模具澆注15天后（360h）測定，線收縮率的計算如下式：

ε=(L₁-L₂)/L₁

式中：

ε——模具的線收縮率

L₁——模具的原始長度

L₂——模具收縮后的長度

3結果與分析

3.1 固化劑用量對硅橡膠模具線收縮率的影響

當固化劑的量為2.0%、2.3%、2.5%和2.7%時，模具的收縮率依次為：3.302%、3.342%、3.353%和4.901%?？芍S著固化劑用量的增加，模具的線收縮率增加，但是當固化劑用量為2.0%時，固化時間較長，影響生產，所以選固化劑的用量為2.3%較為合適。

加成型室溫硫化硅橡膠的固化，是因為基膠的乙烯基與交聯劑含氫硅油的Si-O鍵在催化劑的作用下，于室溫下進行硅氫化反應，形成三維網狀交聯結構而成彈性體。固化反應如下所示。

由加成反應式可知，固化劑的用量過多，會導致硅膠迅速發生硅氫化反應，瞬間生成大量的107-Vi膠，而107-Vi膠于室溫下發生第二步反應需要一定的時間，所以固化劑用量過多，會造成中間體107-Vi膠的大量積累，107-Vi膠結構中的乙烯基是雙鍵結構，其鍵能較小，容易發生取代反應，也很容易在外界不飽和聚酯樹脂的固化過程中放出的熱量的作用下發生斷裂而造成結構破壞。另外，107-Vi膠中的Si-H鍵、Si-O-Si鍵、Si-C鍵的斷裂也會使膠體收縮變大。107-Vi膠結構的破壞也阻止了固化交聯反應的進行，107-Vi膠的不穩定性也是模具收縮的一個原因。

3.2 納米SiO₂和碳酸鈣用量對硅橡膠模具線收縮率的影響

納米二氧化硅粉和碳酸鈣粉作為瘠性料，加入到硅橡膠中不與硅橡膠發生反應，顆粒的二氧化硅粉和碳酸鈣粉溶入到硅橡膠的三維網狀結構中，起到骨架支撐的作用，可以降低模具的收縮。由于硅橡膠有憎水親油的特性，所以納米SiO₂粉和碳酸鈣粉加入到硅膠中之前必須經過表面活性處理。處理方法如下：取適量的SiO₂粉和碳酸鈣粉放入球磨罐中，粉與磨介的比為1:2，加入硬脂酸的量為粉量的1%，配好后裝入球磨機中球磨30min，取出后烘干至恒重，得活性納米SiO₂粉和碳酸鈣粉。

當納米SiO₂加入量分別為0%、5%、8%和10%時，模具線收縮率為3.342%、2.895%、2.755%和3.253%。當碳酸鈣粉的加入量分別為0%、5%、8%和10%時，模具線收縮率為3.342%、2.939%、2.719%和3.440%。由實驗數據可知：無論是加入納米SiO₂粉還是加入碳酸鈣粉，當加入量為8%時，模具的線收縮率最小。當添加量為5%時，因為加入量太少，不足以填充硅橡膠的三維網狀的結構，所以線收縮率較大，當加入量為10%時，因為加入的無機粉過多，在填充了硅橡膠的三維網狀結構的同時，殘留的納米SiO₂或碳酸鈣粉由于顆粒太細粘結于硅膠中，不能很好地充分分散，所以其線收縮率也較大。在使用過程中，注漿固化后的白坯在倒出過程中容易斷裂，所以外加無機粉的量取8%為宜。當用量同樣是8%時，加入CaCO₃粉的模具的線收縮率2.719%比加入納米SiO₂粉的模具的線收縮率2.755%要低，所以碳酸鈣粉的加入對降低模具線收縮率的效果更好。

3.3 碳酸鈣粉的細度對硅橡膠模具線收縮率的影響

取經表面活性處理的CaCO₃，加入量為硅橡膠質量的8%，考察不同細度的碳酸鈣粉的加入對雙組分室溫硫化硅橡膠制作的模具的線收縮率的影響，通過球磨時間控制碳酸鈣粉的細度。當球磨時間分別是10min、20min、30min、40min 和50min時，相應模具的線收縮率分別為3.109%，2.256%，2.844%，3.159%和3.427%。

當球磨時間為40min和50min時，模具的線收縮率較大，效果較未改進時不是很明顯。這是由于球磨時間過長、細度過細，在固化交聯反應過程中接觸固化劑時未溶入三維網狀結構就產生了凝結，影響了反應的進行。 球磨20min的CaCO₃加入后效果最為理想，線收縮率為2.256%。

4結 論

本實驗的主要結論如下：

（1） 固化劑的用量為2.3%時，模具的線收縮率最小，為3.353%；

（2） 納米SiO₂和CaCO₃（經過表面活性處理）的加入量為硅橡膠加入量的8%時，對模具的線收縮率的改進最為理想，模具的線收縮率分別為2.755%和2.719%；

（3） 不同球磨時間的CaCO₃粉中，球磨20min的CaCO₃粉加入到硅橡膠中制作的模具線收縮率為2.256%。

參考文獻

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5 賈玉璽， 薛淑霞， 孫勝， 王廣春， 趙國群. 面向快速制造的硅橡膠模具計算機輔助設計研究[J].山東大學學報(工學版)，2002，32(2):131～135

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Study of the Line Contraction Reduction of Silicon Rubber Mould

Wang Yanxiang1 Wu Hanyang2 Ren Zhongjie1

(1 Jingdezhen Ceramics Institute Jingdezhen Jiangxi 333001 2 Foshan Brovo Advanced Materials Co.，Ltd. Foshan Guangdong 528000)

Abstract： The effects of solidified agent， nanometer silicon dioxide powder and calcium

carbonate powder on line contraction percentage of silicon rubber mould were discussed in this paper. The results showed that when the content of solidified agent is 2.3%，the mould line contraction percentage was 3.342%.The mould line contraction percentage is significantly reduced by addition of nanometer silicon dioxide powder or calcium carbonate powder. When the addition weight of CaCO₃ powder， milled 20 minutes， was 8% of silicon rubber mould， the mould line contraction rate was 2.256%， which was reduced by 1.086%.

Keywords: silicon rubber mould， resin waistline tile， line contraction percentage