干冰颗粒清洗技术用于橡胶模具清洗

1.简介

自20世纪80年代中期以来，使用固体CO2 /干冰喷射对橡胶模具进行非磨损清洗，不取出模具或产生二次废物流，引起了模塑橡胶制品制造商的兴趣。如今，许多这些模塑橡胶的许多制造商都意识到CO2 /干冰喷射技术及其降低生产停工时间和维护劳动力成本的潜力，同时提高产品质量和外观。事实上，模塑橡胶制品制造商是全球二氧化碳/干冰喷射清洁市场的主要组成部分。

突驰科技在致力于开发和应用模塑橡胶制品行业的同时，开始寻找解决噪声、人体工程学、操作员安全、工作区域可访问性、系统可靠性和运营成本等一般问题的解决方案。突驰在模塑橡胶制品行业实施CO2 /干冰喷射模具清洗的经济影响非常显著，效益分析的成本通常表示以月而不是年回报。

以下讨论将为较先进的突驰驰技术固体CO2 /了解干冰喷射橡胶模具的清洁技术。从成本到效益的角度来看，固体CO2 /干冰喷射模具清洗通常被证明是橡胶模具清洗的许多方法和技术的较佳选择。然而，干冰喷射行业有各种技术提供不同层次的模具清洗成本和性能。

不同类型的CO2 /干冰喷射系统和CO2 /干冰介质的模具清洗性能非常显著。如果不了解这些根本差异，可能会导致选择不合适的系统，显著降低潜在的生产力增长和成本节约。

问题：为什么橡胶固化模具需要清洗？所有成型橡胶制品制造商面临的一个主要问题是模具结垢：橡胶模具固化表面残留物的积累主要是由脱模剂或粘合剂之间的化学反应引起的 - 在热和压力下，金属粘合部件和基础聚合物。注塑系统的主要问题之一是在固化过程中保持模具表面交配或紧密接触，以减少闪光。对于多截面橡胶模具，这些模具部件的表面在模具关闭时相互接触，并在部件上产生分型线。如果模具区域内残留物过多，即使在压力机的极端挤压下，模具部分也不会完全配合。结果是产品表面分型线处出现明显的闪光。闪光过多会导致额外的劳动力成本。对于设计为无毛边/无边框的模具，更重要的是保持表面无污垢的精确配合。过多的污垢残留物堆积在复杂的细节和模具的尖锐边缘或角落会导致零件松动的细节（字母、标志等）和关键截面形状（密封嘴唇，O形圈横截面等)) ，所有报废部件。

此外，空腔中过量的脱模剂会导致高脱模剂转移到零件上，导致玻璃等表面光泽度不足。虽然脱模剂有利于橡胶成型过程，但过量的空腔可能对过程有害。

另一个问题领域，特别是在注射和注射传输模具中，被污垢、流道、浇筑口和通风口堵塞，有污垢残留物、过度补充的脱模残留物和半固化橡胶。堵塞的通风口可能会导致不填充和其他严重的部件缺陷。

较后，橡胶 - 金属粘合部件中使用的脱模剂残留物或粘合剂残留物的过度积累会导致编织线和表面光泽度损失，甚至在拆卸过程中粘附在模具中撕裂。

比较成本和效益作为橡胶工业的例子CO2 /用户对干冰喷射模具清洗技术进行了深入的成本效益分析CO2 /干冰喷射的价值和喷砂方法已在他的工厂使用。在用CO 2 /在较终购买系统之前，在干冰颗粒完成试验使用期后研究爆破系统。用户考虑了资本和运营成本的各个方面，包括二氧化碳/干冰喷射设备的购买价格、二氧化碳/干冰颗粒的使用成本和研磨介质的成本、两种压缩空气和电力成本、模具和按下停机时间以及两种类型的系统清洗，以及与其操作相关的其他模具维护成本。

传统离线方法所需时间的1/10(十分之一)至1/4(四分之一)可完成二氧化碳/干冰颗粒的喷射清洗。有趣的是，通过使用CO2 /干冰喷射提出了每日增加产品销售的成本，而不是现有的离线研磨模具清洗方法 - 效益分析。研究表明，模具清洗造成的销售损失每天将减少75%。换句话说，使用所有模具CO2 /干冰喷射清洗技术，由于压榨停机时间，每天丢失零件的总销量减少到只有这个数量的25%。基于生产率的提高，用户决定在60天内实现便携式CO2 /干冰颗粒喷丸模具清洗系统的完全回报。橡胶制品制造商对其他成本效益进行了研究，结果相当，考虑到大多数橡胶模具制造商的制造过程的相似性，当使用时CO2 这种提高的生产率通常发生在干冰代替研磨模具清洗时。

2.二氧化碳/干冰喷射清洁性能橡胶模具清洁系统 -影响清洁性能的模具条件因素

自模塑橡胶制品行业二氧化碳/干冰喷射清洗以来，温度收集的数据支持300°F至350°F（149°C和177°C）橡胶模具可以比清洗快3到4倍。在环境温度下(冷模)相同的模具。虽然造成这种现象的原因和机制尚不完全清楚，但许多不同橡胶制品制造商的固化部门的模具清洗经验证明了这一点。涉及橡胶模具的污垢，特别是EPDM，FKM，NR，NBR，HNBR，在丁基化合物和氟代弹性体的案例研究中，基础聚合物中的活性化学物质、固化促进剂和抑制剂中的化学物质、固化温度下的许多脱模剂中的化学物质 - 在模具界面处形成几乎类似玻璃的材料。玻璃材料不同于固化产品的聚合物材料。

这种温下使用这种污垢残留物的玻璃特性CO 2 /干冰颗粒会导致高水平的热应力或热冲击，破碎成小颗粒，因此很容易从模具表面去除。由于固体CO2的温度为-109°F（-78.3°C），因此CO2 /干冰颗粒鼓风流是残留层热冲击的理想来源。低温(低于150)°F / 65.6°C）下面，从模具表面去除污垢残留物可能会变得更加困难，因为它类似于非常致密的粘弹性材料，它吸收CO2 /干冰颗粒的冲击能。由于材料与模具表面之间的温差很小，热冲击机制变得不太有效。总的结果是，从室温 - 或“冷” - 橡胶模具中可能很难去除污垢残留物，有时残留物根本不响应CO2 /干冰喷射。

生产橡胶 - 许多橡胶产品，特别是在汽车和振动安装市场，由钢安装板或圆柱形中心钢管的橡胶隔离形状组成。这些橡胶 - 金属粘合部件需要在金属部分施加热活化粘合剂，在固化周期间在金属和橡胶之间产生不可思议的强粘合。该方法的重点是加热的粘合剂在固化温度下几乎液化，高温固化循环过程中多余的粘合剂流出部分在模具表面产生大量快速积聚的结垢。在照片1下，模具表面显示了典型的橡胶 - 金属粘合剂粘合剂。

幸运的是，这种类型的烘烤粘合剂污垢也类似于玻璃残留物，这是由温度梯度引起的CO 2 /干冰喷射的热冲击去除机制反应很好。必要时，橡胶 - 如果需要，可以在印刷机中清洗金属粘合模具，所以可以轮换一次。CO2 /用橡胶喷洒干冰 - 金属粘合件制造商提供了保持模具连续生产安全、易用方便、成本高的有效方法。

在模具冶金和温度效应的早期阶段，橡胶产品模具制造商对模具材料冶金热变化造成的模具表面损坏的可能性表示了有效的担忧。使用马氏体等热处理硬化合金工具钢和一些沉淀硬化铝合金时，这种担忧非常强烈。20世纪90年代中期，资助并实施了大学和独立实验室冶金研究。

这些报告的具体发现属于支。但总的来说，结论是:(1)多次CO2 /干冰颗粒喷砂循环后，工具钢模具的马氏体或合金硬化结构无冶金变化。(2)地下冷却(热梯度)工具钢可忽略(导热系数低)，因此不存在促进微裂纹的机制。在导热性高、热质量低的铝模中，热梯度更大、更明显，但沉淀硬化结构在许多喷砂循环后没有发现变化。(由于热导率高，热质量通常较小，热梯度较大且更明显，但沉淀硬化结构在多次爆破循环后未发现变化。(由于热导率高，热质量通常较小，热梯度较大且更明显，但沉淀硬化结构在多次爆破循环后未发现变化。

磨料喷射介质，如塑料或玻璃珠，在去除残留物后通常会留下裸金属的外观，即使在钢模橡胶制品模具上。这种像新的外观是欺骗性的，因为它是以从模具表面去除少量金属为代价实现的，并通过赋予模具更粗糙的表面清洁度（更小的峰谷）来实现的。影响数千次磨蚀的凿削效果。粗糙的表面产生原始模具表面不存在的锚定图案。这导致污垢残留物以比原模具表面更快的速度粘附和积累。

许多目前正在使用或考虑使用精密设计的工具钢无闪光/无模具模具。工具分型线上的橡胶边缘需要额外的制造工艺来去除，额外的质量保证（检查）步骤来监控闪光去除的水平和有效性，产生必须处理和计算的废橡胶，都增加了整体生产成本。此外，一些类型的橡胶部件具有如此关键的表面光洁度和尺寸公差，只能使用无闪光/无调模具技术生产。无闪光/无调节工具几乎消除了零件闪光及其相关降低成本的生产成本，但工具的资本成本要高得多，

由于工具侵蚀和损坏的风险，无毛边/无内胎工具的喷砂清洗通常不能容忍。无需工具磨损，即可使用非磨损突驰技术干冰清洗技术进行数百甚至数千次清洗循环。

工具钢和硬化铝等普通模具材料的表面不会磨损或腐蚀二氧化碳/干冰喷磨损或腐蚀普通模具材料的表面。由于CO2 /干式喷砂只去除模具表面的残留物而不去除任何表面金属，因此模具表面会留下固化成型橡胶产品化合物的任何深色污渍，尤其是钢模。二氧化碳/干冰喷射后，功能清洁，无残留模塑橡胶产品模具较初可能不明亮 旧的金属表面标准看起来很干净。当第一个模具橡胶产品固化并检查模具细节的清晰度（特别是底切割和锐角密封表面）和橡胶表面的光泽时，将看到模具清洁度的证据。

研磨清洗后，许多橡胶模具必须立即用脱模剂调味。这通常涉及在每个循环后在空腔中喷射三到五个循环部件，直到粗糙表面的谷填充足够薄的防粘涂层。由于表面光泽缺陷等原因，调味过程中运行的所有部件都将报废。使用CO2 /干冰喷射清洗模具会随着时间的推移而缩短甚至缩短，如某些情况所报道，模具的调味时间会被消除，导致废物。这是因为模具表面在每个清洁循环中不会严重粗糙，而且可以调整CO 2 /干冰喷射的能量水平允许调味涂层保留。

如前所述，模具金属中的化学污渍通常不能通过非磨蚀性污渍CO2 /去除干冰喷射。严重的化学污渍可以从更多孔的模具金属中浸泡，导致零件霜冻，可能超过二氧化碳/干冰喷射的抵消能力。在某些情况下，通过使用CO 2 /干冰喷射清洗可显著减少模具的严重化学污染CO 2 /干冰喷射清洗不会像喷砂一样打开表面孔隙。随着表面粗糙度的下降和孔隙随着时间的推移而逐渐闭合，污渍浸出和污渍相关的缺陷也会减少。

3.轮胎和橡胶模具清洗技术：模具腐蚀和损坏研究

橡胶和轮胎模具使用的橡胶和轮胎模具清洗方法是磨料颗粒喷砂。该方法非常经济，安装维护方便，使用方便。所有形式的喷砂必须在封闭结构中进行，以防止细小空气中的磨损粉尘颗粒在工厂环境中分布，并捕获和回收过的介质。玻璃、塑料、金属和陶瓷珠是清洁橡胶模具较常用的磨料。橡胶行业认可这些介质，因为它们被认为是轻度磨损。

橡胶工业中使用的其他颗粒喷射介质的磨损程度不同于后续的模具腐蚀程度，包括硅砂、钢球、核桃壳、苏打碳酸氢盐和海绵。所有这些喷砂介质通常都可以用于多次清洗过程的捕获和回收。然而，它们较终会分解成细粉尘，必须按照联邦法规处理。所有这些介质类型都被认为是磨损，这意味着模具较终会被侵蚀到必须大量返工或报废的程度。磨料颗粒喷砂模具的清洗充其量只是经济有效的清洗方法和降低模具寿命/降低橡胶产品质量的折衷。

磨损甚至轻度磨损爆炸也会导致其他问题。二氧化硅灰尘残留物嵌入砂或玻璃珠喷砂，或塑料介质喷砂（PMB）嵌入式塑料灰尘可以改变橡胶模具的表面，足以防止某些脱模剂的适当化学键合。这些脱模剂实际上是从模具表面分离出来的，这些脱模剂依赖于完全的金属表面粘合来提供大量的固化循环，并且由于由于“粘合阻塞”效应而在较少的固化周期中变得无效。砂砾残留物嵌入模具表面。当试图应用各种模具涂层以获得长期产品释放能力时，可能发生相同类型的化学“粘合阻挡”。一般来说，

存在或正在出现其他非研磨性模具清洁技术，包括激光烧蚀，化学冲洗和残余橡胶的机械粘合剂粘合。然而，这些方法仍处于发展阶段，并未真正为模塑橡胶制品行业的近期和近期需求提供可行的解决方案。在目前可用的所有普遍接受的“现成”橡胶模具清洁技术中，只有固体CO2 /干冰喷射被认为是非磨蚀性的，成本有效的，并且不产生二次废物流或粘合剂阻挡灰尘残留物在模具表面上。 下面的表1和表2显示了由一家主要轮胎制造商在1991年和1996年再次进行的两次模具侵蚀研究的数据。表1显示了1991年的结果，其中检查了二氧化碳/干冰颗粒爆破，以查看使用三种不同的二氧化碳/干燥的四种类型的轮胎模具材料（钢，锻造铝和两种类型的铸铝）中明显的侵蚀效应冰粒喷嘴配置。所有样品在300psi（20.7巴）的爆炸压力下用CO 2 /干冰颗粒喷砂。颗粒质量流速为每小时113.6千克。

4.突驰干冰清洗技术清洗模具的要点

总上所述，CO2 /干冰喷射利用两种类型的能量来完成模具污垢残留物的去除。CO2 /干冰颗粒大小直接影响表面可用的动能（速度或冲击）能量和热（温度梯度或热应力）能量的水平。大颗粒化CO 2 /干冰介质的直径通常为3mm，长度为5mm至8mm。由保存的干冰块产生的糖粒大小的片状颗粒大致为球形，直径为0.5mm至1mm。在颗粒化的CO 2 /干冰喷射系统中，当颗粒加速并且已经穿过喷射软管和喷嘴时，它们被破碎成大致均匀尺寸的直径约2mm的干冰球。

鉴于固体CO2（干冰）在两个颗粒中具有相同的密度，破碎的颗粒“球体”具有约为单个剃刮的薄片或颗粒的质量的4倍。再参考动能方程，每个颗粒，如果以与每个颗粒相同的速度行进，则在表面上提供颗粒或薄片的冲击能量的4倍。由于在单管喷射系统断裂粒料球体通常行进3倍比在双管系统中的剃块颗粒更快，由4×3倍的动能增加2= 36。这是高速单软管CO2 /干冰颗粒喷砂系统能够去除和去除锚固在底切和角部轮廓中的橡胶残余物以及橡胶模具通风口的能力的重要潜在因素。

热能取决于每单位时间输送到给定表面区域的固体CO2 /干冰的质量（颗粒的数量和大小）。由于固体CO2（干冰）在模具表面（246U /磅（0.45kg）固体CO2）将相变为蒸汽CO2，因此存在巨大的潜热传递。与每个冲击的CO2 /干冰颗粒的这种热交换在几毫秒内发生，并且热量主要来自薄层残余物，一些来自模具表面。正是这种瞬时的“仅表面”传热效应将热应力传递到残留物中并使其从模具表面破裂。

喷射喷嘴的出口或“尖端”必须与被清洁的表面保持1至1.5英寸（2.5至3.8厘米），以便从CO2 /干冰颗粒中获得较大能量。这些基本要求，加上大多数橡胶压力机有4到8英寸（10.2到20.3厘米）的喉部开口，20英寸（50.8厘米）或更高的“深度”（工具的长度），这就要求高速喷嘴和手持式喷头必须紧凑，能够以90°或更大的角度转动高速CO2 /干冰颗粒的流动，产生很少或没有喷嘴反推，并提供模具清洁剂在清洁模具时能够看到模具细节的能力。此外，喷嘴设计必须能够使用较低空气CFM（m3 / min）完成所有这些并且产生尽可能低的噪音，而不会牺牲传递到模具表面的显着的爆炸能量。

干冰喷射相关的噪音二氧化碳/干冰喷射设备产生的噪音是另一个需要考虑的因素。所有基于压缩气体（空气）的颗粒喷射技术都具有固有的噪音。在喷嘴出口处产生的噪声的功率水平很大程度上是压缩空气流出量和速度的函数。在较小程度上，总噪声的另一个组成部分是各个CO 2 /干冰颗粒或颗粒与空气流的空气动力学相互作用。在橡胶模具清洁操作中，来自喷嘴的噪声通过模具工具的平坦表面和/或压力机的内壁有效地反射回操作者。噪声，特别是以分贝（dbA）为单位的声压级（SPL），是人工CO2 /干冰喷射中需要克服的一个非常现实的问题和问题。

总结

从购买系统设备与电力，压缩空气，干冰颗粒介质成本的角度来看，主要模塑橡胶产品制造商进行的成本效益比研究已证明突驰干冰喷射清洗技术是目前橡胶模具清洁的较佳选择。干冰清洗技术在整个橡胶产品生产过程中较能够保持橡胶模具处于不受污染的状态。提供高水平的动能，能够去除深腔，底切，尖锐部分细节中的污垢残留物，以及去除由橡胶 - 金属粘合部件和过量脱模剂引起的快速堆积残留物。此外，突驰科技CO2 /干冰介质的热效应，快速清除玻璃状污垢残留物，可快速，高效，完整地清洗橡胶模具。