CN115008663A - 一种橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法及加工模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法及加工模具。包括以下步骤：A、将超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片分别加入到橡胶护舷模具中；B、在橡胶护舷模具中分别对超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片进行一次性加温并同时加压实现初步烧结硫化成型并且在该初步烧结硫化成型中分别控制超高分子量聚乙烯粉末的烧结温度和橡胶硫化温度；C、将超高分子量聚乙烯板的温度降至与混炼橡胶片硫化工序相当的温度进而继续进行烧结硫化直至冷却脱模成型。优点是：得以有效的控制和保证了超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶之间粘接的有效性和强度，使其整体强度非常高。实现低温长时间硫化的目的，从而可靠保证了硫化程度相对均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种橡胶护舷的生产方法，具体地说是一种橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法及加工模具。
背景技术
橡胶护舷是船舶和码头的吸能防撞设施，起到保护船舶和码头的作用；对于工作面是平面的橡胶护舷(如：W型、梯型和方型橡胶护舷等)来说，由于橡胶表面摩擦系数较大，在工作时对橡胶护舷本体和接触对象的摩擦剪切力较大，影响橡胶护舷的使用寿命、擦伤被接触对象，为了减小橡胶护舷表面摩擦系数，一般在橡胶护舷工作平面上加装或者粘帖一块超高分子量聚乙烯耐磨面板，由于超高分子量聚乙烯是一种线性结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料,具有其它工程塑料所无法比拟的抗冲击性、耐磨损性、耐化学腐蚀性、耐低温性、耐应力开裂性和自润滑性能，非常适合橡胶护舷的工作环境，且能提高橡胶护舷的强度，特别是自润滑性能，可以大大降低摩擦系数，提高橡胶护舷的耐磨性能，从而延长了橡胶护舷使用寿命。
然而传统上，通常采用螺栓连接法和热硫化粘接法两种超高分子量聚乙烯面板安装方法，前者不再赘述，热硫化粘接法是对已烧结好的超高分子量聚乙烯面板进行复杂的表面物理化学处理并涂刷专用胶粘剂再与橡胶进行热硫化粘接而成的，然而，由于超高分子量聚乙烯板表面吸附力非常微弱，具有较强的抗粘性，表面处理效果非常重要，效果不好易造成粘接失败，并且还要首先将超高分子量聚乙烯粉末烧结、冷却成超高分子量聚乙烯板并加工成型，工序也十分繁杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不但生产工序简单、生产效率高、生产成本低，而且整体强度高、产品稳定性好、使用寿命更长的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法及加工模具。
为了解决上述技术问题，本发明的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，包括以下步骤：
A、将超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片分别加入到橡胶护舷模具中；
B、在橡胶护舷模具中分别对超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片进行一次性加温并同时加压实现初步烧结硫化成型并且在该初步烧结硫化成型中分别控制超高分子量聚乙烯粉末的烧结温度和橡胶硫化温度；
C、经过初步烧结硫化成型工序后使超高分子量聚乙烯粉末形成超高分子量聚乙烯板，将超高分子量聚乙烯板的温度降至与混炼橡胶片硫化工序相当的温度进而继续进行烧结硫化直至冷却脱模成型。
所述步骤B中，所述超高分子量聚乙烯粉末的烧结温度为200-210℃，所述混炼橡胶片的硫化温度为143-160℃，所述加压的压力≥10Mpa。
所述步骤C中，在初步烧结硫化成型工序后经过30-120min使超高分子量聚乙烯板的温度降至143-146℃进而继续进行烧结硫化。
所述步骤C中，通过向橡胶护舷模具通入冷却水的方式对超高分子量聚乙烯板进行降温冷却。
所述混炼橡胶片的原料包括天然胶、丁苯胶、顺丁胶、再生胶、硫黄、防焦剂、氧化锌、促进剂、硬脂酸、防老剂、微晶石蜡、均匀剂、炭黑以及芳烃油。
所述混炼橡胶片上涂覆有用于与超高分子量聚乙烯粉末接触的热硫化胶粘剂。
所述超高分子量聚乙烯粉末的粒径为100-200um。
所述超高分子量聚乙烯粉末内添加有炭黑。
所述步骤A中，所述混炼橡胶片的原料中还加入有抗硫化返原剂HTS和PK900。
一种橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法所使用的的加工模具，包括具有成型内腔的下模以及能够安置在下模顶部的上模，所述成型内腔内依次放置超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶，所述上模的顶部设置有用于直接对混炼橡胶片进行加热的上热板，所述下模的底部设置有用于直接对超高分子量聚乙烯粉末进行加热的下热板。
本发明的优点在于：
(1)通过直接将超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片一起加入到橡胶护舷模具中分别通过不同的温度进行一次性加温并同时加压进行初步烧结硫化成型，由此可以通过在初步烧结硫化成型过程中分别以不同温度烧结超高分子量聚乙烯粉末和硫化橡胶的巧妙手段，得以有效的控制和保证了超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶之间粘接的有效性和强度，使其整体强度非常高。
(2)通过采用经过初步烧结硫化成型工序后再将成型得到的超高分子量聚乙烯板的温度降至与橡胶硫化工序相当的温度再继续进行烧结硫化直至冷却脱模成型的特殊工艺手段，得以实现低温长时间硫化的目的，从而可靠保证了硫化程度相对均匀性。
(3)通过该整个特殊工艺方法的巧妙构思，只要采用特定的橡胶护舷模具进行一次性加工即可形成产品，无需再进行多道繁琐工序进行加工，其工艺十分简单、设备改造成本低，生产效率高并且能够大幅度提高产品质量，还有效降低了生产成本。
(4)通过在橡胶配方中加入的助剂抗硫化返原剂HTS和PK900，不但提高了硫化过程中胶料的热稳定性，还直接改善了胶料的抗硫化返原性能，与此同时还有助于提高胶料的物理性和胶料在动态条件下的耐屈挠性能，尤其是在硫化返原的过程中由于PK900的参与而形成的具有热稳定性的交联键，对于维持胶料物理性能和改善硫化胶特性产生了明显效果。
(5)通过在混炼橡胶片上涂覆有用于与超高分子量聚乙烯粉末接触的热硫化胶粘剂使其粘接强度进一步得到了提升。
(6)在超高分子量聚乙烯粉末内添加有炭黑与混炼橡胶片上涂覆的热硫化胶粘剂配合，不但大幅度提高了粘接强度，还能够利用炭黑实现着色，实现了产品外表一致性好使产品美观的优点。
附图说明
图1为本发明中橡胶护舷模具的使用状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法作进一步详细说明。
实施例一：
如图所示，本实施例的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，包括以下步骤：
A、将超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片先后加入到橡胶护舷模具中，使超高分子量聚乙烯粉末位于下层，混炼橡胶片位于超高分子量聚乙烯粉末的上层(如图1所示)，其中，对于超高分子量聚乙烯粉末的加入量来说，其分量和比例是根据产品最终所需尺寸确定的，具体地说超高分子量聚乙烯粉末的堆密度在0.4-0.5g/cm3，成型后得到的超高分子量聚乙烯板的密度是0.94g/cm3，因此加入到橡胶护舷模具中的超高分子量聚乙烯粉末厚度应该是产品所需超高分子量聚乙烯板厚度的两倍(如：成型后得到的超高分子量聚乙烯板材厚度要求20mm，则橡胶护舷模具中加入超高分子量聚乙烯粉末的厚度为40mm)，另外，混炼橡胶片的厚度同样按照产品所需尺寸进行确定，通常来说，在最终成型的产品中混炼橡胶片的厚度大约是超高分子量聚乙烯板材厚度的8倍以上。
B、在橡胶护舷模具中对超高分子量聚乙烯粉末进行一次性加温，与此同时对混炼橡胶进行一次性加温，然后再一起进行加压进而实现初步烧结硫化成型；需要注意的是在该初步烧结硫化成型中控制超高分子量聚乙烯粉末的烧结温度为200-210℃的同时控制橡胶硫化温度为143-160℃，同时加压的压力≥10Mpa，其中，本实施例中将超高分子量聚乙烯粉末的烧结温度选为200℃，同时将橡胶硫化温度选为145℃。
C、必须采用低温长时间硫化工艺才能保证硫化程度相对均匀，因此在初步烧结硫化成型工序后需要经过30-120min(根据产品厚度确定时间范围)将超高分子量聚乙烯板的温度降至与橡胶硫化工序相当的温度再继续进行烧结硫化直至冷却脱模成型，本实施例中，以产品要求板材厚度20mm为例，200℃温度下的烧结时间约为60min，再对橡胶护舷模具通入冷却水使超高分子量聚乙烯板的温度降至143-146℃。
另外，需要说明的是本实施例中说提及的混炼橡胶片的原料包括有天然胶、丁苯胶、顺丁胶、再生胶、硫黄、防焦剂、氧化锌、促进剂、硬脂酸、防老剂、微晶石蜡、均匀剂、炭黑、芳烃油(不含有抗硫化返原剂HTS和PK900)。
实施例二：
本实施例的橡胶护舷加工模具，是针对实施例一中的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法所做出的设计方案，由图1可见，它包括具有成型内腔的下模1以及能够安置在下模顶部的上模2，成型内腔内先放置超高分子量聚乙烯粉末3后再放置混炼橡胶4，上模2的顶部设置有用于直接对混炼橡胶进行加热的上热板5，下模1的底部设置有用于直接对超高分子量聚乙烯粉末进行加热的下热板6，在生产之前需要采用60-80份的天然胶、10-20份的丁苯胶、10-20份的顺丁胶、15-25份的再生胶、1-3份的硫黄、0.2-0.5份的防焦剂、3-8份的氧化锌、1-2份的促进剂、0.5-1.5份的硬脂酸、2-3份的防老剂4010NA、1-2份的防老剂RD(TMQ)、2-3份的微晶石蜡、1-2份的均匀剂、50-60份的炭黑、3-8份的芳烃油等原料制作混炼橡胶片；然后将超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片先后加入到橡胶护舷模具中，使超高分子量聚乙烯粉末位于下层，混炼橡胶片位于超高分子量聚乙烯粉末的上层，在生产过程中，对超高分子量聚乙烯粉末一侧(下热板)加热到200℃，对混炼橡胶一侧(上热板)加热到145℃，再一起加压进行初步烧结硫化，经过30-120min后再将下热板温度降至145℃进行烧结硫化直至冷却脱模成型，通过该生产过程可以看出，通过巧妙地对上热板和下热板采用不同温度并严格控制特定时间的方法进行烧结硫化以克服传统上超高分子量聚乙烯的烧结温度和混炼橡胶的硫化温度差异大的技术难点，从而得以实现最终效果。
另外，还可以在该橡胶护舷加工模具上设置有用于通入冷却水的流道(图中未示出)，通过设计流道可以实现对超高分子量聚乙烯板的快速降温冷却。
实施例三：
虽然采用不同温度进行烧结硫化，但因热量的传输混炼橡胶片与超高分子量聚乙烯粉末的接触面以上部分还会受到超出橡胶硫化温度的影响，使混炼橡胶在高温长时间硫化过程中产生硫化返原反应而降低物理性能。为了将这一影响降到最低，我们从混炼橡胶配方入手进一步研究出了本实施的技术方案，实际上本实施例的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法与实施例一大致相同，同样也采用了实施例二中的橡胶护舷加工模具，它与实施例一的不同之处仅仅在于，在混炼橡胶中添加了抗硫化返原剂HTS(0.5-1.5份)和PK900(0.5-1.5份)，其中，HTS加入能提高硫化过程中胶料的热稳定性，在现有硫化体系中就可以直接改善胶料的抗硫化返原性能,而且还有助于提高胶料的物理性和胶料在动态条件下的耐屈挠性能；PK900的突出性之一就是在加入一个配方中时,它是仅有的几种不影响胶料硫化特性和物理性能的橡胶助剂之一,这是因为它并不直接参与硫化反应,只是在出现热降解时才开始发生作用。在硫化返原的过程中,由于PK900的参与而形成的具有热稳定性的交联键,对于维持胶料物理性能和改善硫化胶特性,如降低生热、提高抗爆破性能等都会产生明显的效果。
经过实践证明，通过在混炼橡胶片的原料中添加了抗硫化返原剂HTS和PK900可以使其获得明显效果的提升，为了验证本发明的效果，给出了表一所示的配比表并基于表一的数据进行分析，其分析结果如表二所示：
表一：原配方和加入HTS、PK900的配比表
表二：原配方和加入HTS、PK900后的性能对比
从表2看出，在190℃X30min的硫化条件下，加入抗硫化返原剂的物理性能与原配方正常硫化条件下的主要物理性能相比较拉伸强度损失约10％，而原配方的拉伸性能却损失约38％，所以抗硫化返剂的加入效果显著。
实施例四：
为了提高粘结强度，可以在与超高分子量聚乙烯粉末接触的混炼橡胶片上涂覆热硫化胶粘剂，同时在生产之前在超高分子量聚乙烯粉末内添加有炭黑，具体步骤为：在生产之前需要制作混炼橡胶片以及在超高分子量聚乙烯粉末内混入炭黑并搅拌均匀，然后将混合有炭黑的超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片先后加入到橡胶护舷模具中，经过验证，在超高分子量聚乙烯粉末内添加有炭黑粘结强度效果更佳。
关于粘接效果，我们采用400万分子量，粒径在100-200um的超高分子量聚乙烯粉末(试验时调整混合的炭黑量)与混炼橡胶片进行硫化烧结，并进行了不同条件下的粘接剥离强度的检测效果良好，见表三。
表三：炭黑、热硫化胶粘剂(CH252X)、温度对橡胶与超高分子量聚乙烯粘接强度的影响 单位：KN/m
从表中看出，在不加炭黑和胶粘剂的情况下超高分子量聚乙烯与橡胶的粘接强度就有相对稳定的值7KN/m左右，加入少量的N220炭黑在180℃以下也有明显的效果，粘接强度能提高15％左右，在与超高分子量聚乙烯粉末接触的混炼胶片表面涂覆CH252X胶粘剂后效果更为明显，粘接强度提高50％，平均值达到10.4KN/m，所以在超高分子量聚乙烯粉末中加入0.5％的N220炭黑(也是着色剂)、在与超高分子量聚乙烯粉末接触的橡胶胶片表面涂以CH250X胶粘剂的方法进行加温加压烧结硫化成型，超高分子量聚乙烯板与橡胶的粘接剥离强度符合橡胶护舷行业标准HG/T2886-2016的大于7KN/m的要求。
综上所述，采用本发明的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，两种高分子材料粘接性能超过国家行业标准要求，同时减小了橡胶护舷表面摩擦系数很好地保护了船舶和码头的安全，提高了橡胶护舷的表面耐磨性能和整体强度，延长了橡胶护舷的使用寿命，减少了生产工序，提高了生产效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片分别加入到橡胶护舷模具中；
B、在橡胶护舷模具中分别对超高分子量聚乙烯粉末和混炼橡胶片进行一次性加温并同时加压实现初步烧结硫化成型并且在该初步烧结硫化成型中分别控制超高分子量聚乙烯粉末的烧结温度和橡胶硫化温度；
C、经过初步烧结硫化成型工序后使超高分子量聚乙烯粉末形成超高分子量聚乙烯板，将超高分子量聚乙烯板的温度降至与混炼橡胶片硫化工序相当的温度进而继续进行烧结硫化直至冷却脱模成型。
2.按照权利要求1所述的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，其特征在于：所述步骤B中，所述超高分子量聚乙烯粉末的烧结温度为200-210℃，所述混炼橡胶片的硫化温度为143-160℃，所述加压的压力≥10Mpa。
3.按照权利要求1或2所述的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，其特征在于：所述步骤C中，在初步烧结硫化成型工序后经过30-120min使超高分子量聚乙烯板的温度降至143-146℃进而继续进行烧结硫化。
4.按照权利要求3所述的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，其特征在于：所述步骤C中，通过向橡胶护舷模具通入冷却水的方式对超高分子量聚乙烯板进行降温冷却。
5.按照权利要求1、2或4所述的超高分子量聚乙烯与橡胶一次性烧结硫化成型的制备方法，其特征在于：所述混炼橡胶片的原料包括有天然胶、丁苯胶、顺丁胶、再生胶、硫黄、防焦剂、氧化锌、促进剂、硬脂酸、防老剂、微晶石蜡、均匀剂、炭黑以及芳烃油。
6.按照权利要求5所述的超高分子量聚乙烯与橡胶一次性烧结硫化成型的制备方法，其特征在于：在与所述超高分子量聚乙烯粉末接触的混炼橡胶片上涂覆热硫化胶粘剂。
7.按照权利要求1、2、4或6所述的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯粉末的粒径为100-200um。
8.按照权利要求7所述的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯粉末内添加有炭黑。
9.按照权利要求1所述的橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法，其特征在于：所述步骤A中，所述混炼橡胶片的原料中还加入有抗硫化返原剂HTS和PK900。
10.一种橡胶护舷一次性烧结硫化成型方法所使用的的加工模具，其特征在于：包括具有成型内腔的下模(1)以及能够安置在下模顶部的上模(2)，所述成型内腔内依次放置超高分子量聚乙烯粉末(3)和混炼橡胶(4)，所述上模(2)的顶部设置有用于直接对混炼橡胶片进行加热的上热板(5)，所述下模(1)的底部设置有用于直接对超高分子量聚乙烯粉末进行加热的下热板(6)。
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