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  • 聚氨酯模具膠的研制及應用

    摘要:對目前制作模具膠的材料進行了簡述及比較,并介紹一種雙組分澆注型聚氨酯模具膠的研制及簡單的應用。

    關鍵詞:模具膠  聚氨酯  硅橡膠  雙組分

    自從人類有文字記載以來,人們就已經開始使用模具了。最早使用模具的是古埃及人,距今已有幾千年之久。 經過多年的應用,人們從實踐經驗中找到了很多材料可以用于模具的制作,如沙子,木材,蠟質,石膏,金屬,還有塑料,橡膠等天然的和合成的高分子材料等。

    對于今天的模具制造行業來說,雖然有些材料仍然在使用,但是越來越多的功能型高分子材料的應用為其帶來了從未有過的發展前景。乳膠、環氧樹脂、不飽和樹脂、聚酯、聚硫橡膠、硅橡膠、聚氨酯等材料的應用已經得到普及,因為這些材料在加工上具有很好的可重復性,還有很好的拉伸強度和伸長率,而且材料價格低廉,制作過程簡單,所以這些都是理想的模具材料。

    在這些材料中,因其性能上的差異,也使得在模具應用上有著不同的有缺點。

    乳膠是從橡膠樹中提取的天然橡膠,耐磨性、回彈和伸長性能很好,在經過加工處理后可以作為模具膠。乳膠可能也是人們最早使用的模具材料。但是用乳膠制造模具比較費事,為了達到模具要求的厚度和抗拉強度,一般的乳膠模具要涂刷20次左右1,而且每次刷完要干燥4小時左右。這樣的話制造一個乳膠模具所需時間大概是一周左右。而且有的乳膠產品處理后還有一定的氨味。制成的模具硬度較低,不利于定型。

    應用于制造模具的聚硫橡膠材料一般都為雙組分。優點是用這種材料制作的模具柔韌性好,也適合用于制作有精密紋路的產品,使用起來比較方便。缺點是耐磨性較差,而且還有一定的氣味,耐污性較差。

    硅橡膠是目前在模具領域應用最廣的材料。硅橡膠模具材料也采用雙組分形式。模具制造方法可以涂刷也可以澆注。在催化劑的作用下可以室溫固化,成品硬度較低,有很好的抗化學品性能和耐高溫性能(最高可耐2502。最難能可貴的是硅橡膠制成的模具脫模性很好,不需要對模具內部預涂脫模劑,所以適合用于各種可澆注型的樹脂材料,而不必對澆注后的成品進行表面清理。很好的耐化學品性和耐高溫性也使得硅橡膠模具可以用于一些低融點的金屬混合物材料的澆鑄。但是硅橡膠材料的粘度較高,使用前必須進行真空脫泡處理,以防止由氣泡引起的產品表面的缺陷。另外,硅橡膠材料的價格較高。

    聚氨酯材料是近些年才發展起來的一種高分子材料。因其原材料品種繁多,配方和加工方法多種多樣,可調范圍極大,性能介于從塑料到橡膠材料整個范圍3,所以是近幾年發展最快的材料之一。

    用聚氨酯材料制作模具也是分為兩個組分,可以涂刷或澆注,也可以根據施工需要進行噴涂。模具硬度調整方便,可以從邵氏A15度至邵氏D85度。材料的粘度也較低,不用進行預先脫泡處理,使用方便,價格低于硅橡膠材料。缺點是聚氨酯材料的黏附性很好,模具內部要預先涂好脫模劑,才會不致使澆注的產品粘附模具。另外,因聚氨酯材料對濕氣很敏感,所以在使用時也要避免空氣中的水分對聚氨酯材料的影響,否則產品在固化過程中會與潮氣反應生成氣泡。

    這里我們簡單的介紹一種可以用來制作聚氨酯模具的模具膠。

    一、原料

    1.B組分(異氰酸酯組分)

    聚醚二元醇(分子量1000       75

    聚醚二元醇(分子量2000       85

    聚醚三元醇(分子量3000       85

    甲苯二異氰酸酯                    56

    二苯基甲烷二異氰酸酯            35

    2.A組分(多元醇胺組分)

    聚醚二元醇(分子量2000        68

    聚醚三元醇(分子量1000        12

    二氯-二胺基二苯甲烷             15

    催化劑                                 2

    助劑                                  13

    二、模具膠的制作

    1.B組分

    將配方中聚醚多元醇經高溫脫水與異氰酸酯反應,制得端-NCO基團的預聚物,分析檢測NCO基團的百分含量,密封備用。

    2.A組分

    將配方中二氯-二胺基二苯甲烷溶化于聚醚多元醇中,加入助劑,催化劑,密封。

    三、模具的制作

    1.處理模型表面,涂好脫模劑,最好可以烘干,避免因潮濕而使模具膠固化時產生氣泡。

    2.將模型放入容器中,擺放好位置,固定。容器內仔細涂好脫模劑。

    3.AB組分按一定比例稱量好(要求盡量準確),混合。攪拌均勻,注意在攪拌過程中盡量避免產生較多的氣泡。

    4.將混合好的膠導入容器中,傾倒時注意最好從容器的一邊注入,使其自然流淌至另一邊,或從容器低端流淌至高端。

    5.注滿容器(或達到要求)后,靜止放置12小時即可脫模。脫模后將作好模具的模具放入硫化箱中進行后硫化,大約610小時即為成品。也可以常溫放置,但要放置一周以后使用。

    四、聚氨酯模具與目前使用的硅橡膠模具的比較:

    項目

    單位

    聚氨酯模具膠

    硅橡膠模具膠

    外觀

    微黃透明液體

    乳白色

    粘度

    Pa.s

    0.15~0.25

    25.0~40.0

    密度

    g/cm3

    1.101.20

    1.051.10

    固化方式

    雙組分

    雙組分

    模型預處理

    清理,涂脫模劑

    清理

    釜中壽命

    min

    530

    210

    脫模時間

    min

    30120

    60120

    后硫化時間

    h

    6~10

    8~16

    成品外觀

    透明固體

    乳白色固體

    成品硬度

    邵氏A

    2075

    2030

    抗拉強度

    Mpa

    25.035.0

    4.06.0

    撕裂強度

    k/Nm

    33.045.0

    22.027.0

    伸長率

    %

    380710

    200500

     

    五、結論

    聚氨酯模具膠在使用性能和成品性能方面都優于硅橡膠模具,操作工藝簡單,可調整范圍較寬,而且價格較低,是一種很好的模具材料。聚氨酯材料優異的耐磨性能,耐曲撓性能,耐化學品性能,很小的壓縮永久變定,較高的回彈性等等都是其它高分子材料所難以比擬的。隨著國際交流的日益頻繁,更多的新材料在聚氨酯領域不斷得到應用,從而帶動了各個行業的發展,新興的高分子材料科學正在不斷地改變我們的世界。

    參 考 文 獻

    1.      smooth-on.com

    2.      羅運軍,桂紅星,有機硅樹脂及其應用

    3.    山西化工研究所,聚氨酯彈性體手冊


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