文化石用聚氨酯橡膠模具脫模性研究

1、文化石用聚氨酯橡膠模具脫模性研究【摘 要】液體聚氨酯橡膠耐磨、耐油性能優(yōu)異，主要應(yīng)用于各種零部件的制作，而在柔性模具領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎為空白。本文通過實(shí)驗(yàn)找出了一種可用于制作柔性文化石模具的有機(jī)硅改性聚氨酯橡膠PU-30，并利用GYR-18硅樹脂脫模劑解決了聚氨酯橡膠模具與水泥文化石產(chǎn)品之間的粘結(jié)，為聚氨酯橡膠在文化石行業(yè)的廣泛使用奠定了基礎(chǔ)。【關(guān)鍵詞】文化石；聚氨酯橡膠模具；脫模性；母模0 引言文化石又稱藝術(shù)石或人造石，是以精選的或經(jīng)過特別處理后的天然藝術(shù)石為母體，采用硅酸鹽水泥、輕質(zhì)骨料，并根據(jù)工程的需要加入珍珠巖、泡沫粒子等輕質(zhì)保溫材料以及各種輔助材料制作而成的內(nèi)外墻裝飾石材。文化石突出的特

2、點(diǎn)就是具有天然的色澤和紋理以及自然的原始風(fēng)貌。生產(chǎn)上普遍采用柔性模具將石材表面的質(zhì)感與藝術(shù)性充分展現(xiàn)出來，目前采用的柔性模具主要有軟質(zhì)PVC塑膠和液體室溫硫化硅橡膠（RTV）模具兩種。其中軟質(zhì)PVC塑膠模具紋理差、易收縮；而RTV硅橡膠粘度低、流動(dòng)性好能夠精確呈現(xiàn)母模表面的紋理、室溫成型、操作簡單，但易收縮并受養(yǎng)護(hù)溫濕度因素影響較大，會(huì)使部分產(chǎn)品表面產(chǎn)生一種無法清除的白色固體，造成大批產(chǎn)品和原材料的浪費(fèi)，在一定程度上影響了文化石公司的收益。針對上述問題我公司嘗試引進(jìn)一種新的柔性材料液體聚氨酯橡膠，該種材料具有不泛白、收縮率低、耐磨性能好、能夠精確復(fù)制母模表面紋理等優(yōu)點(diǎn)，不足是與文化石產(chǎn)品之間存

3、在一定的分離難度。本文的主要目的是通過實(shí)驗(yàn)確定可用于文化石模具制作的聚氨酯橡膠的理化性能參數(shù)，改善模具與產(chǎn)品之間的脫模性，提高模具與產(chǎn)品的有效脫模次數(shù)；開拓聚氨酯在文化石行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。1 試驗(yàn)1.1 原材料水泥：普通硅酸鹽水泥P.O 42.5 ，上海海螺水泥有限公司；陶粒510mm，浙江長興三星陶粒廠；黃砂，細(xì)度模數(shù)1.62.2，上海鑫鑫建材有限公司；邁地100萘系高效減水劑，上?；ㄍ趸瘜W(xué)有限公司；PU-18、PU-28、PU-30、PU-43、PU-60、PU-80、PU-93，經(jīng)上海古猿人石材有限公司改性制備；RTV硅橡膠及其固化劑，廣州天賜有機(jī)硅科技有限公司；水性1010、硅樹脂10

4、15、氟樹脂3015、臘系亞光1000-5、凡士林，廣州國昂有機(jī)硅科技有限公司；GYR-18脫模劑，上海古猿人公司自制。1.2 實(shí)驗(yàn)儀器水泥膠砂攪拌機(jī)JJ-5型，浙江路達(dá)機(jī)械儀器有限公司；電子天平，上海光正醫(yī)療儀器有限公司，多用電鉆攪拌機(jī)，800轉(zhuǎn)/分，上海喜立電動(dòng)工具有限公司；真空抽氣箱（上海雙茂真空泵有限公司），數(shù)顯式萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，型號WDS-05A，北京華德恒信科技；邵氏硬度計(jì)，橡膠粘度計(jì)型號A1730207，上海艾測電子科技有限公司。1.3 橡膠性能檢測邵氏硬度（邵氏A，度），GB/T 531.1-2008；拉伸強(qiáng)度（MPa）GB/T 528-2008； 斷裂伸長率（%）GB/T 5

5、28-2008；撕裂強(qiáng)度（KN/m），GB/T 529-2008；1.4 模種處理將1010、1015、3015、1000-5、凡士林（加熱融化）以及GYR-18脫模劑分別分3次均勻噴涂到同一款式的12套母模模種的表面（其中每一種脫模劑噴涂2套母模，按噴涂的脫模劑類型將模種編號為1010-1，1010-2；1015-1，1015-2；3015-1，3015-2；1000-5-1，1000-5-2；凡-1，凡-2；GYR-18-1，GYR-18-2），每次噴涂間隔10分鐘，最后一次噴涂后在低溫下烘干。待烘干后，將母模按順序放入模具框中，用于聚氨酯模具制作。1.5 模具制備將經(jīng)過性能檢測篩選出的聚

6、氨酯橡膠的A、B組分按比例攪拌均勻，抽真空排除氣泡，然后澆注到上述模具框中（模具按上述模種進(jìn)行編號），待橡膠固化后脫模，模具分成2組，第I組：1010-1、1015-1、3015-1、1000-5-1、凡-1、GYR-18-1；第組：1010-2、1015-2、3015-2、1000-5-2、凡-2、GYR-18-2；然后靜養(yǎng)48小時(shí)即可投入生產(chǎn)使用。1.6 產(chǎn)品制作1.6.1 方案1選擇第I組模具（共6片），參照古猿人公司文化石的制作方法：（1）配制顏色面層漿料和結(jié)構(gòu)漿料：顏色面層漿料：黑顏料4330、橙色4960和白水泥按一定比例混合加入適量的水?dāng)嚢杈鶆?，顏色可以根?jù)需要進(jìn)行調(diào)整；結(jié)構(gòu)漿料

7、：將水泥、大陶粒、小陶粒、黃砂按一定比例倒入攪拌機(jī)中，然后持續(xù)加入適量的水和減水劑，并攪拌均勻；（2）將配制好的顏色面層漿料噴涂到6片聚氨酯橡膠模具內(nèi)表面，形成顏色層；（3）向聚氨酯橡膠模具內(nèi)表面澆注步驟（1）中所配制的結(jié)構(gòu)漿料，然后振動(dòng)成型；（4）將制備好的產(chǎn)品經(jīng)過靜養(yǎng)（20，85+5%RH，4-6h）；升溫-恒溫：20，85+5%RH→60，100%RH，10h左右；降溫：60，100%RH→40，85+5%RH，2h左右，然后將產(chǎn)品脫模取出；（5）將上述步驟（1）-（4）重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次直至產(chǎn)品無法脫出為止，比較利用不同脫模劑制備的聚氨酯橡膠模具的脫模難易程度。注意：當(dāng)產(chǎn)

8、品無法脫出時(shí)，即停止此模具的使用。1.6.2 方案2（1）在第組模具的表面，噴涂一層與該編號對應(yīng)的脫模劑；（2）待模具表面的脫模劑干燥后，再按照2.6.1中的方案1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和養(yǎng)護(hù)；（3）按方案2中的（1）、（2）步驟重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次；（4）比較表面涂刷脫模劑后，聚氨酯橡膠模具的脫模難易程度。注意：當(dāng)產(chǎn)品無法脫出時(shí)，即停止此模具的使用1.7 脫模難易等級評定其中脫模難易程度級別共分為5級：A模具傾覆文化石即可倒出，B稍加壓力文化石即可取出，C稍加壓力剝出文化石，D文化石取出困難，E文化石取不出2 結(jié)果分析2.1 聚氨酯橡膠理化性能分析與金屬模具相比，柔性模具制造設(shè)備簡單、成本低、周期短、速度快，更適

9、合用來制作文化石產(chǎn)品?？紤]到文化石產(chǎn)品的紋理和質(zhì)地、模具的使用壽命和模具制作的可操作性，主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行材料篩選：（1）拉伸和撕裂性能；（2）混合膠料的流動(dòng)性；（3）軟硬度；（4）室溫可操作性。其中抗撕裂性能決定了模具的使用壽命，抗撕裂性能越好，使用壽命越長；混合膠料的流動(dòng)性越好、粘度越低，越利于體現(xiàn)文化石的紋理和質(zhì)感；成型橡膠的硬度越低，脫模時(shí)人為原因造成的的產(chǎn)品破損率越低；室溫可操作性決定了廠家根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行模具制作的可行性（大大降低了開模費(fèi)用）。目前我公司使用的RTV硅橡膠具有以下性能：粘度43000 mPa-s；拉伸強(qiáng)度3.7MPa；撕裂強(qiáng)度22.5 KN/m ；斷裂伸長率54

10、0%；邵氏硬度252A；室溫硫化、操作簡單，可以滿足文化石模具對紋理和壽命的需求，因此本實(shí)驗(yàn)的性能篩選以此為基礎(chǔ)。表2列出了7種有機(jī)硅改性的聚氨酯橡膠的性能數(shù)據(jù)，它們的混合粘度均低于RTV硅橡膠，從理論上來講紋理體現(xiàn)能力應(yīng)該都不遜于硅橡膠。其中熱硫化PU-80、PU-93聚氨酯的拉伸、撕裂性能優(yōu)于室溫硫化聚氨酯橡膠且硬度較大，據(jù)我司經(jīng)驗(yàn)知硬模用于文化石制備時(shí)產(chǎn)品脫模破損率較高，相對而言更適合用于文化石板材的制作。其余5種常溫硫化聚氨酯，從混合粘度、拉伸和撕裂性能、軟硬度方面考慮，PU-30性能最接近于RTV硅橡膠，PU-28次之。因此綜合考慮本文選擇PU-30聚氨酯用于文化石模具的制備。2.2

11、 方案1中PU-30模具脫模性比較表3列出了重復(fù)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)后模具的脫模難易等級，從表中可知1015-1、3015-1、1010-1和1000-5-1和凡-1模具重復(fù)用于產(chǎn)品制作的次數(shù)不高于5次，即在5次以內(nèi)產(chǎn)品將無法從模具內(nèi)部取出；而GYR-18模具在重復(fù)使用30次后依然保持相同等級的脫模性。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因猜測可能是1015、3015、1010、1000-5以及凡士林這5種聚氨酯制品用脫模劑，只起到了隔離母模和聚氨酯模具的作用。在橡膠模具與文化石母模分離時(shí)，脫模劑沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移或只有部分發(fā)生轉(zhuǎn)移，大部分脫模劑殘留在模種表面，因此對于聚氨酯橡膠模具的后續(xù)使用沒有產(chǎn)生太大影響。反之，GYR-1

12、8脫模劑部分或大部分轉(zhuǎn)移到了模具的內(nèi)表面，從而影響模具使模具與產(chǎn)品之間的粘性性降低，進(jìn)而可以重復(fù)使用多次。另外我們進(jìn)行了補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，將脫模性良好的GYR-18模具接著重復(fù)使用至脫模難度增加到E級時(shí)（本實(shí)驗(yàn)做到80次），然后再其內(nèi)表面噴涂一層GYR-18脫模劑，發(fā)現(xiàn)該模具的脫模性迅速恢復(fù)到B級，并重復(fù)使用50次左右，目前未出現(xiàn)難脫模問題，實(shí)驗(yàn)將會(huì)繼續(xù)。此補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)證明了上述猜測，即脫模劑可以主要附著在模具表面，起到有效分離產(chǎn)品和模具的作用。因此我們可以定期給模具噴涂一層脫模劑來緩解模具的脫模性，降低模具與產(chǎn)品之間的粘結(jié)。2.3 方案2中PU-30模具脫模性比較方案2與方案1的主要區(qū)別在于模具的使用方

13、法不同。同樣經(jīng)過30次產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，表面噴涂脫模劑后，各模具的脫模等級都能達(dá)到A級，但存在以下問題：（1）水性1010脫模劑噴涂后需要烘干，否則會(huì)使文化石面層顏色發(fā)花，同時(shí)延長了流水線的生產(chǎn)時(shí)間；（2）臘系1000-5脫模劑可能會(huì)因噴涂量控制不好，使脫模劑殘留在產(chǎn)品表面，影響了文化石產(chǎn)品的表面效果（3）凡士林脫模劑屬于油性脫模劑，不適合用于文化石模具，其會(huì)在產(chǎn)品和模具表面殘留，污染模具和產(chǎn)品。同時(shí)凡士林的油性會(huì)影響文化石的顏色，并使產(chǎn)品容易沾灰。（4）相對于其他而言，1015硅樹脂和3015氟樹脂脫模劑的脫模性能更好一些，但價(jià)格偏高，提高了文化石產(chǎn)品的成本。3 結(jié)論（1）通過實(shí)驗(yàn)篩選出了一種可

14、替代液體硅橡膠用于文化石模具制作的液體聚氨酯橡膠PU-30（本實(shí)驗(yàn)只列舉了7種），目前實(shí)驗(yàn)次數(shù)已達(dá)到80次，橡膠模具無損壞，此性能可滿足生產(chǎn)要求。（2）與方案1相比，方案2中模具的使用方法更有利于產(chǎn)品脫模。但每次噴涂脫模劑并烘干或晾干增加了生產(chǎn)工序，延長了操作時(shí)間，同時(shí)還額外增加了脫模劑使用成本。因此從生產(chǎn)成本、操作可行性和生產(chǎn)效率方面考慮，方案1中的GYR-18模具與GYR-18脫模劑的搭配使用較方案2中各模具每次噴涂脫模劑的的使用方法簡單、便捷、節(jié)省成本，不僅沒有增加生產(chǎn)工序還避免了脫模劑殘留對產(chǎn)品表觀顏色的影響。（3）經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，脫模劑的正確選擇與合理使用，對聚氨酯橡膠模具的脫模有很大關(guān)系。目前我司利用聚氨酯橡膠PU-30結(jié)合脫模劑GYR