CN111016017B

CN111016017B - 一种用于硫化模具表面处理的材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111016017B
Application number: CN201911411460.2A
Authority: CN
Inventors: 王恺阳
Original assignee: Shanghai Kailu Polymer Material Co ltd
Current assignee: Shanghai Kailu Polymer Material Co ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN111016017A

Abstract

本发明公开了一种用于硫化模具表面处理的材料及其制备方法和应用，所述材料是由热固性丙烯酸树脂、硅烷偶联剂、硅醇类齐聚物、碳化二亚胺、无机氧化物、去离子水和有机硅聚氧乙烯醚按特定配比组成。实验证明：本发明所述材料可在室温下在金属模具表面镀膜，无需特殊设备，操作简单快捷，容易施工和独立完成镀膜作业，且涂膜与金属模具表面的结合力强，具有较低表面能，疏水疏油性能优异，可减少或取消脱模剂的使用，同时还具有很好的防锈效果，使洗模周期和模具使用寿命均得到明显延长，洗模次数和企业成本得到明显降低；并且，所述材料为水性产品，不含溶剂，运输、贮存、施工安全；尤其对轮胎生产企业实现节能环保具有显著价值。

Description

一种用于硫化模具表面处理的材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明是涉及一种用于硫化模具表面处理的材料及其制备方法和应用，属于模具表面处理技术领域。

背景技术

所谓硫化模具是指用于橡胶产品(例如：轮胎)硫化成型的金属模型。由于在高温高压的硫化过程中，低分子碳化物、含硫、含锌化合物会逐渐沉积在模具表面，形成凹凸不平的垢，以致会影响硫化成型后的产品外观品质，也易造成“花纹圆角”等质量缺陷，因此，对硫化模具的表面处理一直是橡胶硫化制品生产企业中的一个重要环节，尤其在轮胎制造企业中，对轮胎模具的清洗显得尤为重要和突出，如果长时间不清洗不仅会影响轮胎制品的表面质量，还会造成模具腐蚀，影响模具的使用寿命。为此，现有技术中已有各种解决轮胎模具清洗的技术，例如，应用最广泛的离线清洗技术也称传统清洗技术：喷砂清洗法和化学清洗法，由于这些方法都需要拆装模具和升降温度，劳动强度高且清洗周期长，清洗效率很低，并且，其中喷砂清洗法在清洗过程对模具腔体的棱角损伤较大,会缩短模具寿命,同时也极易造成模具排气孔堵塞；化学清洗法长期使用会腐蚀模具,从而直接影响产品的外观和质量，另外，清洗所用的药剂会污染环境并损害操作人员的健康；因此，上述传统清洗方法已逐渐被在线清洗技术所替代，而目前最典型的在线清洗技术就是激光清洗技术和干冰喷射清洗技术。虽然激光清洗的优势在于高效、快捷、不会损伤模具、不会造成环境污染、安全可靠和不损害操作人员健康,可以清除各种不同厚度、不同成分的脏污,清洗过程易于实现自动化和远距离控制，但激光清洗设备投资高,操作人员必须具有较高的专业素养,在技术服务和配件供应等方面受到限制，另外在激光照射不到的边、角、缝、孔内的脏污清除效果比较差。另外，虽然干冰清洗法可在硫化机上直接清洗热轮胎模具,无需冷却和取下模具,不损伤模具,无残留物，清洗效率较快，但缺点是边、角、缝、孔内的脏污清除效果比较差，模具润滑效果不好，清洗完毕后得长时间升温，造成生产效率下降、处理成本高等问题；因此，延长洗模周期、减少洗模次数已成为本领域的迫切需求。

为满足上述需求，目前延长洗模周期的方法主要有以下几种：

(一)在模具表面镀一层特氟龙(Teflon)涂层，以减缓模具表面污染。但由于特氟龙涂层需要在400℃左右的高温条件下施工并且需要专用设备，施工要求较高，普通轮胎厂自身难以操作，因此，目前轮胎厂通常是将待涂覆的模具拆下来交至特氟龙加工厂家进行施工，而轮胎模具(双开模)体积大，重量重，使这一工作劳动强度大，周期长，为了弥补镀特氟龙影响产能，轮胎厂要准备更多的备用模具，从而造成企业成本增大。此外，特氟龙加工厂一般都是小规模、高污染企业，目前出于环保要求，此类加工厂逐渐被关掉，所以轮胎厂也很难找到运距近、加工精度高的特氟龙协力厂。再者，特氟龙镀层与金属模具的结合力不够好，在硫化启模时，橡胶的拉力很快会造成镀层的局部剥离，据统计，以全钢为例，特氟龙镀层在硫化2000条轮胎后即剥离，需要再次镀特氟龙，使轮胎制造成本进一步加大。并且，特氟龙镀层在剥落时会粘附在轮胎表面，造成轮胎表面“异物”，进而会造成“修品”产生及“报废不良率”。

(二)先在模具表面用溅射沉积方法沉积Cr和WC过镀层，然后利用等离子体增强化学气相沉积法制备DLC(类金刚石)涂层。该方法技术要求高，施工设备及工艺复杂，轮胎厂自身难以实施，设备投入高，难以推广。

(三)在模具表面喷涂脱模剂，以利于脱模和减少洗模次数。该方法效果甚微，使用周期短，通常每4～6小时要喷涂一次脱模剂，影响了生产效率，脱模剂本身也会变成积垢，增加作业环节，并且，脱模剂对模具容易造成污染，喷涂脱模剂后硫化的第1～3条轮胎的外观具有油污，影响了轮胎的外观品质和产生了“报废不良率”。

综上所述可见，本领域急需一种能有效防止模具积垢产生、可延长洗模周期、安全环保且处理方便的用于硫化模具表面处理的技术。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种能有效防止模具积垢产生、可延长洗模周期、安全环保且处理方便的用于硫化模具表面处理的材料及其制备方法和应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于硫化模具表面处理的材料，具有如下组成及配比：

热固性丙烯酸树脂：3～6wt％；

硅烷偶联剂：0.5～1wt％；

硅醇类齐聚物：0.5～2wt％；

碳化二亚胺：0.1～0.5wt％；

无机氧化物：5～10wt％；

去离子水：80～85.5wt％；

有机硅聚氧乙烯醚：1～3wt％；

上述各组成的百分比之和为100％。

一种优选方案，所述材料具有如下组成及配比：

热固性丙烯酸树脂：4～6wt％；

硅烷偶联剂：0.5～0.6wt％；

硅醇类齐聚物：0.5～1wt％；

碳化二亚胺：0.1～0.2wt％；

无机氧化物：8～10wt％；

去离子水：80～85.5wt％；

有机硅聚氧乙烯醚：1～2wt％；

上述各组成的百分比之和为100％。

一种实施方案，所述热固性丙烯酸树脂为含有羟基(-OH)和羧基(-COOH)基团的液型热固性丙烯酸树脂。

一种实施方案，所述硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(结构式为：CH₃(CH₃O)₂SiCH₂CH₂CH₂NHCH₂CH₂NH₂)。

一种实施方案，所述硅醇类齐聚物具有式Ⅰ所示化学结构通式：

其中，R₁为C1～C6的烷基或烯基(优选甲基或乙烯基)，n选自27至60中的任一自然数。

一种实施方案，所述有机硅聚氧乙烯醚具有式Ⅱ所示化学结构通式：

其中，R₂为C1～C6的烷基(优选甲基)，X选自95至105中的任一自然数(优选100)，Y选自25至35中的任一自然数(优选30)。

一种实施方案，所述无机氧化物为二氧化硅或/和二氧化钛。

一种制备本发明上述材料的方法，包括如下步骤：

a)先将配比量的热固性丙烯酸树脂与碳化二亚胺混合均匀，然后加入配比量的有机硅聚氧乙烯醚，搅拌使其混合均匀，得到物料A；

b)先将配比量的无机氧化物和硅烷偶联剂加入到1/3配比量的去离子水中，搅拌、研磨使其混合均匀，然后加入配比量的硅醇类齐聚物，搅拌使其混合均匀，得到物料B；

c)将物料A加入物料B中，并加入剩余配比量的去离子水，搅拌使其混合均匀，然后脱泡、过滤，即得所述材料。

本发明所述材料的一种应用，是用于轮胎模具的表面镀膜处理。

一种实施方案，所述表面镀膜处理的操作包括：将本发明所述材料装入喷嘴孔径为0.3～0.5mm的喷罐中，在喷射压力为0.6～0.8Mpa、喷射距离为50～60cm下均匀喷涂轮胎模具表面，并保证没有漏喷之处，然后在室温下使其自然干燥。

一种优选方案，在喷涂前，先采用喷砂和无水乙醇对轮胎模具表面进行清洁处理。

与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：

1)实验证明：本发明所述的用于硫化模具表面处理的材料可以在室温下在金属模具表面镀膜，且无需特殊设备，操作简单快捷，容易施工和独立完成镀膜作业，易于推广实施；

2)本发明所述的用于硫化模具表面处理的材料与金属模具表面之间能产生表层结合力强的涂膜，实验证明：在使用4200次后，仍未出现模具表面涂层脱落现象；

3)本发明所述的用于硫化模具表面处理的材料能在金属模具表面形成具有较低表面能的涂膜，且该涂膜疏水疏油性能优异，实验证明：在使用4200次中，一直没有喷脱模剂，但未出现粘膜现象，可减少或取消脱模剂的使用，显著降低了企业成本和提高了工作效率，并明显缩短了生产周期和减轻了工人劳动强度；

4)实验证明：本发明所述的用于硫化模具表面处理的材料能有效防止模具表面积垢产生，不仅可使洗模周期至少延长一倍以上，使洗模次数得到明显减少，有效降低了因洗模造成的模具损耗费用和洗模产生的费用；而且提高了成品合格率和外观品质；

5)本发明所述的用于硫化模具表面处理的材料对金属模具具有很好的防锈效果，可以取消或减少用防锈油，进而可取消用溶剂清洗防锈油的作业工序，明显减少了有机气体排放，有利于环保和安全防护；

6)本发明所述的用于硫化模具表面处理的材料为水性产品，不含溶剂，不仅运输、贮存、施工安全，而且不会污染、腐蚀模具，可有效延长模具使用寿命；

7)另外，本发明所述的材料的制备方法简单，无需特殊设备和复杂后处理工艺，不仅安全环保，而且能耗低，易于实现规模化生产；

综上所述，本发明相对于现有技术具有显著性进步和突出的有益效果。

附图说明

图1为表面镀有本发明所述材料的轮胎模具在使用不同时间后的对比图；

图2为表面镀有本发明所述材料的轮胎模具在使用不同时间后生产出的轮胎成品外观对比图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。

实施例1

(一)一种用于硫化模具表面处理的材料，具有如下组成及配比：

热固性丙烯酸树脂(YXAC1287-XB-50)：6wt％；

硅烷偶联剂(KBM602)：0.6wt％；

硅醇类齐聚物(MOAP1868)：1wt％；

碳化二亚胺：0.15wt％；

二氧化硅(SiO₂)：10wt％；

去离子水：80.65wt％；

有机硅聚氧乙烯醚：1.6wt％。

(二)所述材料的制备：

a)将配比量的热固性丙烯酸树脂和碳化二亚胺混合均匀(具体说，将配比量的热固性丙烯酸树脂和碳化二亚胺在分散机中搅拌10分钟，搅拌转速为2000rpm)，然后加入配比量的有机硅聚氧乙烯醚，搅拌使其混合均匀(具体说，在转速为500rpm下搅拌10分钟)，得到物料A；

b)将配比量的无机氧化物和硅烷偶联剂加入到1/3配比量的去离子水中，搅拌、研磨使其混合均匀(具体说，先在转速为140rpm下搅拌至无干粉，然后在胶体磨上研磨3个循环，每个循环5分钟)，然后加入配比量的硅醇类齐聚物，搅拌使其混合均匀(具体说，在转速为1400rpm下搅拌30分钟)，得到物料B；

c)将物料A加入物料B中，并加入剩余2/3配比量的去离子水，搅拌使其混合均匀(具体说，在转速为1400rpm下搅拌30分钟)，然后脱泡、过滤(如：100目滤网过滤)，即得所述材料。

(三)所述材料用于轮胎模具表面镀膜处理的操作如下：

1)喷砂处理：对待镀膜的轮胎模具表面进行喷砂处理；

2)清洁：用无水乙醇清洁残留砂粉；

3)镀膜：将本发明所述材料装入喷嘴孔径为0.3～0.5mm的喷罐中，在喷射压力为0.6～0.8Mpa、喷射距离为50～60cm下均匀喷涂轮胎模具表面，并保证没有漏喷之处(可按顺时针喷一圈，再按逆时针喷一圈)，然后在室温下使其自然干燥；

4)将镀膜好的模具组模，然后在180±5℃的低温条件下预热60分钟以上，即可进行正常使用状态。

(四)经本发明所述材料镀膜处理后的轮胎模具在硫化生产中的性能实验：

a)测试条件：

模具形式：双开模；

轮胎品种：PCR；

硫化温度：185℃；

硫化时间：10分钟；

脱模剂使用：试验中本发明的样本全程不喷脱模剂(至出现粘胎时试验终止)，空白试验对比组，每4小时喷一次脱模剂；

b)评判标准：以轮胎表面出现“局部不平”“明显色差”、“杂物”等现象时试验终止，模具清洗并计为洗模周期；

c)测试结果：

空白组试验：每4小时喷一次脱模剂，出现“局部不平”时间为14天，洗模；共计生产轮胎1960条，喷脱模剂80次，影响台时160分钟，消耗脱模剂8kg。

本发明组试验：出现“轮胎色差”时间为32天，洗模；共计生产轮胎4200条，喷脱模剂次数为“0”次，无粘胎。

此外，本发明组在30天后，模具外观状态正常，虽表面发黑但无明显结垢(如图1所示)，且所生产的轮胎成品外观状态正常、无差异变化(如图2所示)；而对比空白组：在硫化至14天时，模具侧板表面已出现明显“杂物”造成轮胎表面“局部不平”，模具必须进行清洗后才能正常作业。

由上述对比试验可见，采用本发明所述材料对轮胎模具表面进行处理，可使轮胎模具的洗模周期至少延长一倍以上(从14天延长到32天)，轮胎成品合格率得到明显提高；同时还可有效减少甚至取消脱模剂的使用，可明显节约生产时间、减轻员工劳动强度和降低生产成本，对轮胎生产企业实现节能环保具有显著价值。

实施例2

热固性丙烯酸树脂(FB9060)：4wt％；

硅烷偶联剂(KBM602)：0.5wt％；

硅醇类齐聚物(FZJ-168)：1wt％；

碳化二亚胺：0.1wt％；

二氧化钛硅(TiO₂)：8wt％；

去离子水：85.3wt％；

有机硅聚氧乙烯醚：1.1wt％。

(二)所述材料的制备：

本实施例所述材料的应用具有与实施例1中相当的性能和效果。

最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于硫化模具表面处理的材料，其特征在于，具有如下组成及配比：

热固性丙烯酸树脂：3～6wt％；

硅烷偶联剂：0.5～1wt％；

硅醇类齐聚物：0.5～2wt％；

碳化二亚胺：0.1～0.5wt％；

无机氧化物：5～10wt％；

去离子水：80～85.5wt％；

有机硅聚氧乙烯醚：1～3wt％；

上述各组成的百分比之和为100％；

所述热固性丙烯酸树脂为含有-OH和-COOH基团的液型热固性丙烯酸树脂；

所述硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷；

所述硅醇类齐聚物具有式Ⅰ所示化学结构通式：

其中，R₁为C1～C6的烷基或烯基，n选自27至60中的任一自然数；

所述有机硅聚氧乙烯醚具有式Ⅱ所示化学结构通式：

其中，R₂为C1～C6的烷基，X选自95至105中的任一自然数，Y选自25至35中的任一自然数；

所述无机氧化物为二氧化硅或/和二氧化钛。

2.一种制备权利要求1所述的用于硫化模具表面处理的材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.一种权利要求1所述的用于硫化模具表面处理的材料的应用，其特征在于：将所述材料用于轮胎模具的表面镀膜处理。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述表面镀膜处理的操作包括：将所述的用于硫化模具表面处理的材料装入喷嘴孔径为0.3～0.5mm的喷罐中，在喷射压力为0.6～0.8Mpa、喷射距离为50～60cm下均匀喷涂轮胎模具表面，并保证没有漏喷之处，然后在室温下使其自然干燥。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：在喷涂前，先采用喷砂和无水乙醇对轮胎模具表面进行清洁处理。