CN112405985A - 一种橡胶件的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种橡胶件的成型方法。本发明的方法包括：同时对胶料进行硫化处理和织构化处理，得到橡胶件。本发明在胶料硫化成型的同时进行织构化处理，使所得橡胶件表面产生织构化图案，能够改善显著提升橡胶件的耐磨性。本发明在橡胶件生产过程中的固有硫化处理的同时进行织构化处理，不会影响之前和/或之后的其他工艺制程条件。

Description

一种橡胶件的成型方法
技术领域
本发明涉及一种橡胶件的成型方法，属于橡胶制品生产领域。
背景技术
橡胶制件因为其优异的弹性与阻尼特性，被广泛应用于制造减震件、密封件、履带轮胎等，在工业生产、交通运输中起着重要作用。由于橡胶件在工作过程中往往存在使用效率高、使用强度大的特点，因此橡胶件耐磨性能的表现是否优异是衡量橡胶件性能的重要标准之一。橡胶件耐磨性能较差阻碍了一些应用橡胶件的高端装备向更严苛使用环境的进一步发展。
在现有技术中，橡胶件耐磨性能的改善方法主要是在橡胶原料中添加多种耐磨助剂，并且通过控制耐磨助剂的添加比例以及添加顺序实现对橡胶件整体的耐磨性能的改善，这不仅使橡胶件制备工艺更加复杂，也增加了橡胶件的制备成本。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提供一种橡胶件的成型方法，通过在橡胶件的硫化过程中辅以织构化处理，从而以较为简单的工艺以及较低的成本实现了对橡胶件耐磨性能的改善。
本发明提供一种橡胶件的成型方法，包括：同时对胶料进行硫化处理和织构化处理，得到所述橡胶件。
如上所述的橡胶件的成型方法，其中，所述织构化处理包括利用织构化结构对所述胶料进行压制成型。
如上所述的橡胶件的成型方法，其中，将所述胶料置于模腔中，使带有所述织构化结构的模腔与盛装所述胶料的模腔合模并进行硫化处理，得到所述橡胶件。
如上所述的橡胶件的成型方法，其中，所述织构化结构为带有织构化图案的金属板；
所述金属板的厚度不大于0.5mm，弹性模量不小于150GPa。
如上所述的橡胶件的成型方法，其中，所述织构化结构具有凹槽和/或凸起。
如上所述的橡胶件的成型方法，其中，所述凹槽的深度大于1μm。
如上所述的橡胶件的成型方法，其中，所述凸起的高度大于1μm。
如上所述的橡胶件的成型方法，其中，所述硫化处理和织构化处理后还包括：对处理件依次进行第一处理和第二处理，得到所述橡胶件；
其中，所述第一处理的温度不高于-20℃，所述第一处理的时间不低于4h；
所述第二处理的温度不低于100℃，所述第二处理的时间不低于4h。
如上所述的橡胶件的成型方法，其中，所述第一处理的温度为-200～-20℃，第一处理的时间为4～24h。
如上所述的橡胶件的成型方法，其中，所述第二处理的温度为100～200℃，第二处理的时间为4～24h。
本发明的橡胶件的成型方法，通过在对胶料进行硫化处理的过程中同时进行织构化处理，不仅能够使织构化处理借助硫化处理的温度而完成，更是节约了处理工序，从而以更为简便、低成本和低能耗的方式得到表面具有织构化图案的橡胶件。该织构化图案的立体特性能够改善橡胶件与其接触表面的摩擦性能，使橡胶件的耐磨性能得到优化，从而拓宽了橡胶件的应用范围，例如能够作为核心耐磨件应用于具有更严苛使用环境的高端装备中。
此外，本发明是通过使橡胶件的表面具有织构化图案而实现橡胶件的耐磨性能的改善，相较于目前通过向橡胶原料中添加多种耐磨助剂的方法而言，本发明仅仅是通过物理方法对橡胶件进行处理而实现了耐磨性能的提升，因此对于橡胶件的其他力学性能不会产生消极影响，从而使橡胶件的综合性能表现更为突出。
附图说明
图1为本发明织构化结构一实施例的结构示意图；
图2为本发明织构化结构一实施例的结构示意图；
图3为本发明织构化结构一实施例的结构示意图；
图4为本发明实施例1中的织构化结构的示意图；
图5为本发明实施例1中的橡胶件的表面示意图；
图6为本发明实施例2中的织构化结构的示意图；
图7为本发明实施例2中的橡胶件的表面示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种橡胶件的成型方法，包括：同时对胶料进行硫化处理和织构化处理，得到所述橡胶件。
本发明对橡胶件的种类不做具体限制，例如可以是硅橡胶件、三元乙丙橡胶件等。
上述胶料是指在制备橡胶件的过程中，用以进行硫化处理的中间产物。例如，以硅橡胶生胶为橡胶件的制备原料，该原料在成为橡胶件之前需要依次经过包括助剂填充处理、混炼处理和硫化处理的过程，则混炼处理后的中间产物即为本发明所指的胶料。
上述织构化处理是指使橡胶件的表面具有一系列规则或者不规则的、一定尺寸、形状和分布密度的三维立体图案(本发明也称之为织构化图案)的处理方法。本发明通过对胶料进行织构化处理，使产物表面具有织构化图案，从而改善了橡胶件与其他接触面的耐磨性能。并且，本发明对橡胶件耐磨性能的改善并不是通过向橡胶原料中添加耐磨助剂而实现的，因此不仅能够避免耐磨助剂对橡胶件其他力学参数造成的消极影响，也能够降低橡胶件的制备成本，更能够免去为了给耐磨助剂提供更好的作用环境、降低耐磨助剂对橡胶件其他力学参数造成消极影响而对制备参数进行控制的复杂工序，因此，本发明的橡胶件的成型方法更有利于在工业上进行大范围的应用和推广。
值得强调的是，本发明通过织构化处理而实现对橡胶件耐磨性能的改善，还更有利于实现对耐磨性能改善程度的控制，从而能够有针对性的得到具有不同耐磨性能的橡胶件。例如，当需要耐磨性能较高的橡胶件时，可以通过有目的性的织构化处理的实现方式，使橡胶件表面具有分布密度更大的织构化图案。
此外，在橡胶件的制备过程中，硫化处理是使胶料发生硫化反应而得到具有网状结构大分子的过程，其主要目的是使橡胶件的弹性、强度等得到提升。本发明的橡胶成型方法，以硫化处理的环节为切入点，通过在胶料发生硫化反应的同时对胶料进行织构化处理，使织构化处理能够在硫化反应的环境中发生，以低能耗、低成本确保了织构化处理的有效性，使胶料在一个工序中同时实现了弹性、强度以及耐磨性能的提升，因此，本发明的橡胶件的成型方法不仅工序简单，更是能够兼容现有的橡胶件的生产流程，在工艺应用上具有重大意义。
在一种具体实施方式中，本发明的织构化处理具体可以是利用织构化结构对所述胶料进行压制成型。
其中，织构化结构是指能够进行压制操作并且具有织构化图案的实体，例如具有织构化图案的硬质板体。本发明对织构化结构所具有的织构化图案不做具体限定。
在具体对胶料进行硫化处理的过程中，可以同时采用织构化结构对正在进行硫化反应的胶料进行压制成型，使织构化结构表面的织构化图案形成于硫化后的胶料表面，而得到表面具有织构化图案的橡胶件。能够理解，在织构化处理中，需要将织构化结构中具有织构化图案的一面朝向正在进行硫化反应的胶料，从而能够保证橡胶件织构化处理的有效性。
如前所述，本发明能够针对不同的需求制备得到耐磨性能具有不同改善程度的橡胶件。以利用织构化结构对胶料进行压制而实现织构化处理的实施方式而言，可以通过使织构化结构上具有不同形状、不同尺寸的织构化图案实现橡胶件不同的耐磨性能；也可以通过使织构化结构上的织构化图案具有不同的分布密度实现橡胶件不同的耐磨性能；还能够通过控制织构化结构朝向胶料的有效压制面积实现橡胶件不同的耐磨性能。例如，将织构化结构具有织构化图案的一面称为功能面，则可以通过调节对胶料进行压制的功能面的面积与功能面实际面积的比例而实现橡胶件不同的耐磨性能(示例性地，功能面的实际面积为A，在压制过程中可以仅利用功能面的ω％A的面积进行压制，通过调节ω，能够实现橡胶件不同的耐磨性能，0＜ω≤100)。
在实际操作过程中，可以以模腔为工具，具体地，将胶料置于模腔中，使带有织构化结构的模腔与盛装胶料的模腔合模并进行硫化处理，得到橡胶件。
其中，盛装胶料的模腔具有容置胶料的容置腔，带有织构化结构的模腔与容置腔对应，能够对模腔的容置腔中的胶料进行合模压制。在合模压制的过程中，控制合模压制的温度为硫化处理的温度，控制合模压制的时间为硫化处理的时间，使胶料的硫化处理在合模压制的过程中进行。其中，硫化处理的温度和硫化处理的时间可以根据胶料和硫化剂的组成进行确定。此外，由于模腔具有织构化结构，因此，在合模压制的过程中同时也对胶料进行了织构化处理。
对于带有织构化结构的模腔，本发明对织构化结构与模腔的关系不做限定，在一种实施中，该模腔朝向盛装胶料的模腔的一面可以为织构化模腔，从而使在合模压制过程中，完成对胶料的织构化处理。
在另一种实施方式中，该模腔可以为普通平面模腔，通过将带有织构化图案的织构化结构(例如带有织构化图案的硬质板体)与上述普通平面模腔固定并使织构化图案朝向盛装胶料的模腔一侧，从而使在合模压制过程中，完成对胶料的织构化处理。为了便于操作，当采用带有织构化图案的硬质板体与模腔固定的方式进行织构化处理时，可以选用厚度不大于0.5mm，弹性模量不小于150GPa的硬质板体，例如金属板体，从而能够保证合模压制的顺利进行。本实施方式可以仅通过更换与模腔固定的织构化结构而使橡胶件具有不同的织构化图案，进一步降低了橡胶件制备成本。一般的，带有织构化图案的硬质板体可以通过对金属板进行蚀刻处理得到。
在本发明中，用于进行织构化处理的织构化结构中可以具有凹槽、凸起中的至少一种。
图1为本发明织构化结构一实施例的结构示意图。如图1所示，该织构化结构具有凹槽。在应用时可以通过控制凹槽的分布密度满足对橡胶件不同耐磨性能的需求。
图2为本发明织构化结构一实施例的结构示意图。如图2所示，该织构化结构具有凸起。在应用时可以通过控制凸起的分布密度满足对橡胶件不同耐磨性能的需求。
图3为本发明织构化结构一实施例的结构示意图。如图3所示，该织构化结构具有凹槽和凸起。在应用时，除了可以通过控制凸起和凹槽的分布密度满足对橡胶件不同耐磨性能的需求，也可以通过控制凸起和凹槽的排布顺序而实现，例如使N(N≥1)个凸起和M(M≥1)个凹槽间隔分布。图3中，N＝1，M＝1。
本发明对凸起和凹槽的具体形状不做限制，例如可以是圆形、三角形、正方形、扇形、梯形等规则或者不规则的形状，并且一个织构化结构上包括的多个凹槽(或多个凸起)的形状也可以彼此不同、部分相同或全部相同。
为了进一步提升织构化结构对橡胶件耐磨性的改善效果，以图3为例，可以使织构化结构中的凹槽深度h1大于1μm，或者使织构化结构中的凸起高度h2大于1μm，或者同时使织构化结构中的凹槽深度h1和凸起高度h2大于1μm。其中，凹槽的深度h1是指凹槽的最低点到平面的距离，凸起的高度h2是指凸起的最高点到平面的距离。
除了凸起和凹槽外，只要有助于在橡胶件的表面形成三维立体图形的结构都可以形成本发明的织构化结构，例如织构化结构还可以具有镂空，此处不再赘述。
本发明的橡胶件的成型方法，不仅能够兼容现有的橡胶件的成型工艺，也无需增加额外参数的监控，能够使用于提升橡胶件耐磨性能的织构化处理与用于提升橡胶件弹性性能的硫化处理同步进行，最终以更为简单的流程和合理的成本实现了对橡胶件耐磨性能的提升，并且不会对橡胶件的其他力学性能产生消极影响，保证了橡胶件的综合性能。
进一步地，在硫化处理和织构化处理之后，还可以通过对得到的处理件(胶料经硫化处理和织构化处理后的产物)进行后处理使橡胶件的耐低温性能得到改善。
具体地，在硫化处理和织构化处理之后，可以依次对处理件进行第一处理和第二处理，其中，第一处理的温度不高于-20℃，第一处理的时间不低于4h；第二处理的温度不低于100℃，第二处理的时间不低于4h。
能够理解，第一处理是对处理件进行低温处理，例如可以通过将处理件置于制冷装置、液氮等低温环境中进行，并且持续控制温度不高于-20℃至少4h；第二处理是对经过第一处理后的处理件进行高温处理，例如可以将其置于烘箱等高温环境中进行，并且持续控制温度不低于100℃至少4h。
当第二处理结束后，得到本发明的耐磨性能和耐低温性能同时得到改善的橡胶件。
在第一处理中，温度越低越有利于使橡胶分子链更致密，但是基于满足易实现、低能耗的要求，当将第一处理的温度控制在-200～-20℃，且时间控制在4～24h内，基本能够保证橡胶件中分子链达到稳定致密的结构。
在第二处理中，高温处理有利于释放生产中的残余应力，但是基于满足低能耗的要求并且受限于橡胶件高温易老化的特性，当将第二处理的温度控制在100～200℃，且时间控制在4～24h内，基本能够保证处理件中的残余应力得到完全释放。需要注意的是，第二处理的温度要低于硫化处理的温度。
发明人在研究过程中发现，织构化处理(或硫化处理)与第一处理之间的时间间隔越低，越有利于橡胶件低温性能的改善，因此，在硫化处理和织构化处理之后，可以迅速对处理件进行第一处理。
基于本发明，不仅能在以低成本、低难度的基础上实现对橡胶件耐磨性能的改善，还能够通过增加后处理工序使橡胶件的耐低温性得到改善，不仅保证了橡胶件在低温环境中的功能性能，更是拓宽了橡胶件在低温环境中的应用范围。
以下，通过具体实施例对本发明的橡胶件的成型方法进行详细介绍。
实施例1
本实施例的橡胶件的制备方法包括以下步骤：
1、将带圆台凸起图案的316L不锈钢板(厚度为0.3mm，弹性模量210GPa)固定在加热模具的上模腔表面以覆盖原有上模腔面，使带有圆台凸起图案的一侧朝向装有胶料的下模腔中并在圆台凸起图案上涂抹脱模剂；
图4为本发明实施例1中的织构化结构的示意图，圆台高度为0.06mm；
2、将充足胶料放入下模腔中；
本实施例中的胶料是以硅橡胶生胶为初始原料，经过助剂填充处理、混炼处理后得到的硅橡胶混合料；
3、在160℃合膜压制，使得圆台凸起图案与胶料充分接触，5min后开模取出并降至室温，得到本实施例的橡胶件。
图5为本发明实施例1中的橡胶件的表面示意图，图5所示，本实施例制备得到的橡胶件具有织构化图案(圆台凹坑图案)。
实施例2
本实施例的橡胶件的制备方法包括以下步骤：
1、将带四边形镂空图案的304不锈钢板(厚度为0.2mm，弹性模量210GPa)固定在加热模具的上模腔表面以覆盖原有上模腔面，使带有四边形镂空图案的一侧朝向装有胶料的下模腔中并在四边形镂空图案上涂抹脱模剂；
图6为本发明实施例2中的织构化结构的示意图；
2、将充足胶料放入下模腔中；
本实施例中的胶料是以三元乙丙橡胶生胶为初始原料，经过助剂填充处理、混炼处理后得到的三元乙丙橡胶混合料；
3、在180℃合膜压制，使得四边形镂空图案与胶料充分接触，3min后开模取出并降至室温，得到本实施例的橡胶件。
图7为本发明实施例2中的橡胶件的表面示意图，图7所示，本实施例制备得到的橡胶件具有织构化图案(四边形凸起图案)。
实施例3
本实施例的橡胶件的制备方法包括以下步骤：
1、将实施例1中的织构化结构(带圆台凸起图案的316L不锈钢板)固定在加热模具的上模腔表面以覆盖原有上模腔面，使带有圆台凸起图案的一侧朝向装有胶料的下模腔中并在圆台凸起图案上涂抹脱模剂；
2、将充足胶料放入下模腔中；
本实施例中的胶料是以硅橡胶为初始原料，经过助剂填充处理、混炼处理后得到的硅橡胶混合料；
3、在160℃合膜压制，使得圆台凸起图案与胶料充分接触，5min后开模取出；
4、将步骤3中从下模腔中取出的处理件立即浸没在液氮中进行第一处理，在-196℃下处理4h；
5、将步骤4得到的处理件放入140℃的烘箱中保温8h进行第二处理，随后取出降至室温，得到本实施例的橡胶件。
实施例4
本实施例的橡胶件的制备方法包括以下步骤：
1、将实施例2中的织构化结构(带四边形镂空的304不锈钢板)固定在加热模具的上模腔表面以覆盖原有上模腔面，使带有四边形镂空图案的一侧朝向装有胶料的下模腔中并在四边形镂空图案上涂抹脱模剂；
2、将充足胶料放入下模腔中；
本实施例中的胶料是以三元乙丙橡胶为初始原料，经过助剂填充处理、混炼处理后得到的三元乙丙橡胶混合料；
3、在180℃合膜压制，使得四边形镂空图案与胶料充分接触，3min后开模取出；
4、将步骤3中从下模腔中取出的处理件立即浸没在液氮中进行第一处理，在-196℃下处理4h；
5、将步骤4得到的处理件放入170℃的烘箱中保温8h进行第二处理，随后取出降至室温，得到本实施例的橡胶件。
实施例5
本实施例5与实施例3基本相同，唯一不同的是，本实施例5在步骤4中的第一处理的温度为-120℃，时间为4h。
实施例6
本实施例6与实施例3基本相同，唯一不同的是，本实施例6在步骤4中的第二处理的温度为150℃，时间为12h。
对比例1
本对比例1与实施例1基本相同，唯一不同的是，本对比例1不采用织构化结构，所用模具模腔表面为平滑的，无图案、花纹等。
试验例
对上述实施例1-6和对比例1的橡胶件进行以下性能参数检测。检测结果见表1。
1、耐磨系数Q：利用摩擦磨损试验机测试所得橡胶件在相同工况下单位磨损体积消耗的摩擦功。
2、玻璃化转变温度Tg：采用示差量热扫描仪在10℃/min的升温速率下测得。
表1
Q(KJ/mm<sup>3</sup>) T<sub>g</sub>(℃)
实施例1 3.7 -70
实施例2 4.6 -43
实施例3 4.0 -92
实施例4 5.0 -58
实施例5 3.9 -85
实施例6 4.0 -93
对比例1 3.0 -70
根据表1可知：
1)与对比例1相比，实施例1-6所得橡胶件的耐磨系数Q明显增大，说明对橡胶同时进行织构化处理和硫化处理能够使得橡胶件的耐磨性能得到显著改善。
2)实施例3与实施例1相比，实施例3所得橡胶件的玻璃化转变温度降低；实施例4与实施例2相比，实施例4所得橡胶件的玻璃化转变温度明显降低，说明对橡胶件硫化后依次进行第一温度处理和第二温度处理能够明显改善橡胶件的耐低温性能。
3)实施例3所得橡胶件的玻璃化转变温度比实施例5所得橡胶件的玻璃化转变温度的低，说明第一处理温度越低，所得到的橡胶件耐低温性能越好。
4)实施例6所得橡胶件的玻璃化转变温度比实施例3所得橡胶件的玻璃化转变温度的低，说明第二处理温度越高，时间越长，所得到的橡胶件耐低温性能越好。
综上所述，本发明的方案能够有效改善橡胶件的耐磨性和耐低温性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种橡胶件的成型方法，其特征在于，包括：同时对胶料进行硫化处理和织构化处理，得到所述橡胶件。
2.根据权利要求1所述的橡胶件的成型方法，其特征在于，所述织构化处理包括利用织构化结构对所述胶料进行压制成型。
3.根据权利要求2所述的橡胶件的成型方法，其特征在于，将所述胶料置于模腔中，使带有所述织构化结构的模腔与盛装所述胶料的模腔合模并进行硫化处理，得到所述橡胶件。
4.根据权利要求2或3所述的橡胶件的成型方法，其特征在于，所述织构化结构为带有织构化图案的金属板；
其中，所述金属板的厚度不大于0.5mm，弹性模量不小于150GPa。
5.根据权利要求2-4任一项所述的橡胶件的成型方法，其特征在于，所述织构化结构具有凹槽和/或凸起。
6.根据权利要求5所述的橡胶件的成型方法，其特征在于，所述凹槽的深度大于1μm。
7.根据权利要求5所述的橡胶件的成型方法，其特征在于，所述凸起的高度大于1μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的橡胶件的成型方法，其特征在于，所述硫化处理和织构化处理后还包括：对处理件依次进行第一处理和第二处理，得到所述橡胶件；
其中，所述第一处理的温度不高于-20℃，所述第一处理的时间不低于4h；
所述第二处理的温度不低于100℃，所述第二处理的时间不低于4h。
9.根据权利要求8所述的橡胶件的成型方法，其特征在于，所述第一处理的温度为-200～-20℃，第一处理的时间为4～24h。
10.根据权利要求或8或9所述的橡胶件的成型方法，其特征在于，所述第二处理的温度为100～200℃，第二处理的时间为4～24h。
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