注射成型工藝對橡膠制品質量的影響

張 屹，侯明英，陳亞楠，張居廣

（中國重汽集團濟南橡塑件有限公司，山東 濟南 250300）

注射成型橡膠制品的質量主要取決于模具設計與加工、材料的性能和成型過程控制。在材料性能方面，膠料注射成型工藝要求不同于平板模壓工藝，在設計上既要適用于注射工藝，還要保持合理成本。當膠料配方和模具結構確定后，制品質量主要取決于注射成型工藝過程即注射生產中各工藝參數是否合適，這是由于注射成型過程的工藝參數直接決定了膠料在模腔中的流動狀態，并對制品質量有著最直接、最重要的影響[1]。因此，合理控制注射成型過程中的各相關參數是提高注射制品質量的有效途徑。

本工作以減震件發動機支撐總成為例介紹注射成型工藝過程及其主要的工藝參數對制品質量的影響，并通過調整膠料配方改善注射成型工藝性能，提高制品質量。

1 注射成型工藝及其參數

注射成型工藝過程包括注射膠料和鐵件的準備、注射成型以及制品修邊檢驗3個階段。其中第1階段要保證膠條寬度和厚度適宜喂料，否則在入料時會增大入料壓力，縮短螺桿使用壽命，影響膠料工藝性能，甚至引起膠料焦燒。

1.1 成型設備

注射模具和注射機是注射成型的主要裝備，有時附帶啟模裝置。

注射模具一般為多腔模，注射膠道的設計對注射成型產品質量至關重要，設計時應考慮以下兩點：（1）膠道均勻分布，具有對稱性，以保證膠料同時充滿型腔；（2）膠道結構一般為半圓形，且至各型腔路徑最短。

注射機組成機構有開模機構、合模機構（包括頂出裝置）、喂料塑化裝置、注射裝置和控制系統。整個控制系統控制各部位的溫度、時間、壓力和速度等。

1.2 成型步驟

以生產減震件發動機后支撐總成為例，其注射成型步驟為入料、塑化、合模、注射、硫化、開模、頂出取件，然后按相同步驟進入下一循環周期。注射成型過程中各成型步驟的時間順序、合模壓力、注射壓力、速度和溫度都有周期性特點。

1.3 注射成型工藝參數

注射成型工藝參數主要指注射成型加工時設定的相關溫度、壓力、速度、時間等參數，需根據相應的制品要求制定各自工藝參數。

2 注射成型工藝參數對制品質量的影響

注射成型過程的工藝參數與制品質量直接相關，要獲得高質量的制品，必須對溫度、壓力、時間、速度等關鍵工藝參數進行控制。

2.1 溫度

在注射成型的各個階段，溫度都是決定制品質量優劣的關鍵因素，是過程控制的首選控制變量。主要溫度參數包括塑化溫度、射出溫度、硫化溫度和熱煤油溫度。

2.1.1 塑化溫度

塑化溫度是注射成型過程的基本變量，直接反映了膠料的狀態，需對其連續控制。塑化溫度的變化會影響膠料的流動速度、入料壓力和型腔壓力等多個變量[2-3]，對制品質量具有決定性的影響。經試驗確定塑化溫度，并設置一定溫差，冬季可取偏上限溫度。塑化溫度過低會導致入料困難，縮短螺桿使用壽命，同時會使制品出現流痕；塑化溫度過高，膠料在后期注射過程中導致焦燒的可能性會大幅度增加。

2.1.2 射出溫度

入料后膠料在射出管中處于待注射狀態，通過調節射出溫度可起到調整膠料溫度和勻化溫度的作用，射出溫度略高于塑化溫度為宜。

2.1.3 硫化溫度

硫化溫度直接決定制品的外觀和內在質量，其值取決于所用材料的種類和制品性能要求，提高硫化溫度可縮短硫化時間，提高生產效率。在確定硫化溫度時，應考慮膠料的導熱性、制品的厚度及結構組成。由于橡膠本身導熱性差，為使制品各部件均勻地達到一致的硫化溫度，宜采取較低溫硫化的方法。如果硫化溫度過高，出模時會導致制品撕裂。

2.1.4 熱煤油溫度

熱煤油溫度直接影響塑化溫度和射出管溫度。在實際生產中，熱煤油溫度經常發生變化，從而造成膠料工藝性能不穩定。因此應經常注意熱煤油量是否足夠，加熱鎖緊狀態是否正常。熱煤油溫度一般設置為略高于塑化溫度。

2.2 壓力

主要壓力參數包括入料壓力、注射壓力、合模壓力、頂出壓力、射退壓力和托模壓力。

2.2.1 入料壓力

入料壓力是指膠料進入射出管的壓力，提高入料壓力有助于壓實螺槽中的膠料，排出膠料中的氣體，改善塑化質量；但當入料壓力過大時會增大剪切力，導致膠料生熱快，降低膠料的斷裂強力，影響產品質量。因此應根據膠料的流動性設定入料壓力，若膠料的流動性好，則設定較小的入料壓力；反之則設定較大的入料壓力。一般入料壓力設置為3段。

2.2.2 合模壓力

在注射充模階段和保壓補縮階段，型腔壓力要產生使模具分開的脹模力，為了克服脹模作用，合模系統必須對模具施以合模壓力，使膠料致密，充滿型腔，并提高硫化膠的物理性能和制品的堅固性。設定合模壓力應考慮以下兩個方面：（1）膠料熱流動性。熱流動性小的膠料，合模壓力要大些，反之合模壓力可小些；（2）制品的結構特點。厚度大、層數多、結構復雜的制品需較大的合模壓力。合模壓力不足，會導致制品出現縮邊或模具開縫；合模壓力過大，會使模具變形，導致制品不合要求。合模壓力一般設定為額定合模壓力的70%～90%，以保證合?？煽?。

2.2.3 注射壓力

注射壓力是柱塞對膠料所施的壓力。注射壓力設定應考慮制品結構、注射噴嘴結構、膠料工藝性能、注射速度等因素，對結構復雜的制品注射壓力可適當增大，不同注射機噴嘴結構不同，但需注意噴嘴小時，注射壓力如過大，會產生膠料流動帶入空氣，在制品中易形成氣泡、流痕、局部焦燒等現象。

以生產發動機后支撐總成為例，將注射壓力分為3段，對應的壓力分別為注射一壓、二壓和三壓，3段壓力逐漸增大。注射三壓用于保壓，在型腔充滿膠料后，對模壓膠料壓實與補縮，防止模具內膠料向反方向溢出[4]。注射壓力與注射速度應相匹配，注射速度分為4個階段，即注射一速、二速、三速和四速，4個階段注射速度應逐漸減小。

2.2.4 頂出壓力

硫化后為使制品從模具上脫落，需要一定的外力克服制品與模具的附著力，即為頂出壓力。頂出壓力過小使得制品無法脫模；頂出壓力過大，頂出速度過快，會使制品變形。

2.2.5 其他壓力

射退壓力是指柱塞后退的壓力，以避免膠料從噴嘴中溢出；托模壓力是指托模進退動作時的壓力。

2.3 時間

2.3.1 硫化時間

在硫化過程中，膠料的各種性能均隨硫化時間而變化。為保證制品質量，硫化時必須保證所有各部位都達到正硫化，從而制得硫化程度適宜、內外硫化程度均勻、外觀質量最好的優質制品。而硫化時間過長會使得制品在出模時發生撕裂。

2.3.2 入料延遲時間

入料延遲時間是指制品開始硫化至下一批膠料開始入料的時間。不同注射量產品的入料所用時間不同，如過早入料，膠料在射出管中加熱過久會導致流動性下降，會增大注射過程中膠料焦燒的可能性。因此需在完成一定硫化時間后再開始入料。

2.3.3 注射分段壓力時間

注射一壓、二壓和三壓時間為分別對應3段注射壓力的運行時間。

2.4 速度

速度的設定為控制各個動作的快慢，應考慮安全和效率兩方面因素。

入料速度指原料進入射出管的速度。

合模動作依次為快速合模、慢速合模、快速鎖模和慢速鎖模。初始合模前段上下模有一定間距，為縮短循環周期采用較快速度合模；在上下模即將接觸時，因模內有骨架，速度減慢，以防止合模時發生意外，同時操作者觀察合模是否正常，并根據合模情況及時采取措施；快速鎖模是指開始合模后保持一定速度，合模完畢前適當降低鎖模速度，以保證鎖模平緩，避免造成合模碰撞力過大。

射出速度分4個階段，即射出一速、二速、三速和四速。各速度可依實際需要而定。

開模動作依次為前慢速開模、快速開模和慢速開模。因初始開模阻力較大，宜采用慢速，防止直接快速開模對產品和模具的拉傷；上下模大部分分離后進入快速開模，在上模到達頂點前有一段距離設為慢速開模，以避免快速沖擊上加熱板。

3 膠料配方的調整及注射成型工藝參數的確定

使用現有膠料在生產過程中經常出現產品流痕多、注射膠道堵塞甚至注射焦燒現象，造成了較大浪費。在調整注射工藝參數后，改善效果仍不明顯，分析其主要原因為現有膠料是平板模壓用膠，膠料焦燒期短、硫化速度快。改進措施為采用硫化啟動溫度較高的促進劑，并添加順丁橡膠（BR）、分散劑、石蠟和防焦劑。BR、分散劑和石蠟的使用有助于提高膠料的流動性，防焦劑和硫化體系的調整有助于延長膠料焦燒期。

改進前后膠料的硫化曲線和物理性能分別如圖1和表1所示。

圖1 膠料的硫化曲線

表1 改進前后膠料的物理性能

從圖1和表1可以看出，改進后膠料的焦燒時間延長，硫化速度降低，物理性能有所提高，生產效率并未受到影響，工藝性能良好。

按照改進后的膠料確定發動機后支撐總成的各項注射成型工藝參數（見表2），制品經檢測合格。

表2 發動機后支撐總成的注射成型工藝參數

4 結語

注射成型工藝中各參數的設定對整個注射成型過程和制品質量有著不同程度的影響，可以通過調整工藝參數和膠料配方來改善膠料的工藝性能，以滿足注射成型工藝的要求。良好的注射成型工藝應綜合考慮各方面因素，使整個注射成型過程動態地處于最佳工藝條件下，才能生產出尺寸穩定、外觀質量佳及產品性能好的橡膠制品，從而滿足汽車工業對橡膠制品越來越高的要求。