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橡胶的冷冻去毛边

一、概况

未硫化胶料在高温、压力下为粘稠流体，而到了模压硫化阶段，胶料迅速充满模腔，其多余的部分（为了防止缺胶，填充在模腔中的胶料，肯定保持一定的过量）溢出硫化，便形成了溢胶(也称废边、飞边)。溢边一旦形成，为使外观整齐、美观，必须除去，这一工序习称修边。对修边的要求是尺寸精确、外观整齐。在实际生产中。产品的修边往往费时、耗工，对于要求严的产品，在修边时稍有不慎即可能出废次，必须谨慎对待。一般来说，产品的尺寸规格越小、构形越复杂，修边的难度越高，废品也越多。

修边方法分类

二橡胶制品的修边分为手工、机械和冷冻等三类:

1、手工修边。操作者手持刀具，沿着产品的外缘，将溢边逐步修去。这是最原始的方法。效率低、质量难保证，特别对构型复杂、精度要求高的产品难以做到彻底、于净，而且很容易损及产品本体与溢边的连接部。往往留下齿痕、缺口，从而留下漏油、漏气等影响密封的后遗问题。另外。手工修边对操作熟练程度的依赖也很突出。

2、机械修边。为了提高效率和质量，出现了机械修边。常见的是带旋转刀刃的专用电动修边机。所用的刀刃需与制品尺寸高度匹配。如果产品的内外缘都有溢边。则可设计成双刃、多刃口。以实现一次完成。机械修边的加工精度超过手工修边，效率也有成倍提高，特别对一模多腔的产品而言，可以按照产品的排列与分布，设计出与之匹配的刀具。待产品出模后。可整版套上，一次完成冲切。在加热的配合下，一次能修几十个。典型例子是医用药塞整版冲切修边。关键是冲切温度必须掌握好，防止过高后粘连。

3、冷冻修边。将硫化好的成品连同废边，在冷冻条件下进行除边。几十年来，随着冷冻介质的选择、换代以及机械动作的改进，冷冻修边也经历了几代改进，日臻成熟和完善，工作效率和加工质量都有了明显的提高。其过程是让已硫化产品在冷冻和动态条件下降温，使废边进入脆化状态。然后经过它们自身之间的相互摩擦，或在旋转、振动、摆动等动态条件下，借助于摩擦而去除废边。或者，令刚性的丸状介质。以一定速度对待修产品进行冲击。除去溢边。

三、冷冻修边介绍

1、基本原理。橡胶在低温下变硬、脆，且因厚度不同而变脆程度不同。就是说，在同样的低温条件下，薄的部分的变脆先于厚的部分。所以，利用溢边与本体的厚度差异所导致的脆性梯度来完成修边，也就是抓住溢边已脆而本体未脆的时间差，对待修产品施加摩擦、冲击、振动等外力将溢边去除。而此时制品本体尚处于弹性状态而不受损伤。后来。通过喷射介质的应用进一步提高了修边效果。

2、冷冻修边技术的演变。冷冻修边最早出现于20世纪50年代，此后大致经历了4个发展阶段

(1)第一代冷冻修边冷冻转鼓修边

以转鼓为工作容器，最初选择干冰作致冷剂。把待修件装入转鼓，或者再添加一些能起到摩擦作用的工作介质。桶内温度控制在溢边已发脆而制品本体未脆的范围。为了恰到好处地达到这一目的，溢边厚度应≤0.15mm。转鼓是设备的主要部件，呈八角形。其关键点是能控制好喷射介质的落点，以使翻滚周而复始地进行。

转鼓以反时针方向转动，而物料受重力的作用沿1－2线掉落，然后依序循环，达到翻匀。一段时间后，溢边脆化，最终均匀完成修边。第一代技术的不足之处是不彻底，特别在分型面两侧容易出现残余溢边。原因是模具设计欠妥，或分型面处的胶层太厚（大于0.2mm）所致。

(2)第二代冷冻修边机

其在第一代的基础上，做了三方面的改进。

①致冷剂改用液氮。因为于冰的气化点为-78.5℃，对某些脆性温度低的胶种(如硅橡胶)就不适用。而液氮的沸点仅-195.8℃，能囊括所有胶种。

②盛放待修制品容器的改进。由转鼓改为以槽形输送带作运载体。这样，由于待修产品能在带槽中周而复始地翻滚，大大减少了死角的出现几率。不仅提高了工效，也改善了修边的精密度。

③不再单纯地依靠待修件相互之间的摩擦来除边，而是引入细粒状的喷射介质助威。使用粒径0.5～2mm的粒状金属或硬质塑料弹丸，以线速25～55m/s射向待修品的表面，造成很大的冲击力，从而大大缩短了周期。

(3)第三代冷冻修边机

其是在第二代基础上改进而产生的，待修件的容器改为四壁带孔结构的吊篮。这些孔布满吊篮四壁，孔径为5mm左右(大于弹丸直径，以允许弹丸顺利通过孔眼而落下)，经回收到设备顶部后供第二次使用。这样安排既能扩大容器的有效容量，又可减少冲击介质(弹丸)的储存量。第三代冷冻修边机的内部构造设计重点包括:吊篮并非垂直安置，而是带一定的倾斜度(40º～60º)。其优点是在冲修过程中。由于两种力的叠加而翻动剧烈。第一种力是由吊篮底盘提供的旋转力;第二种力则是随弹丸冲击带来的离心力。当这两股力汇合在一起时，就产生了360º的全方位运动，导致均匀、彻底地翻动，从而缩短加工周期。

(4)第四代冷冻修边机

第三代冷冻修边机虽有翻动均匀、加工快速等优点，但也存在两个缺点。第一，受吊蓝容积的限制，不适用于直径≥200mm的大型制品;第二，正因为受吊蓝容积之限，只能进行分批作业，而每次换批、启动，又得重复耗用液氮，使成本增加。为此出现了可进行流水作业的连续生产线。待修件进入工作区后，借助于环形输送带向前运行，先后经过液氨冷冻区降温、冲击区接受弹丸喷射，完成冲击去边，然后已修边成品可以下线。如果大、小规格混杂的话，可以分拣。冲击介质回收后，经外循环重新回归到储库。

四、相关问题的谈论

1、致冷方法。降温是实现冷冻修边的必备条件，可供选择的致冷途径有:

(1)制冷机致冷。使用氟里昂为冷冻剂，提供适用的低温条件。缺点是能耗大，又不利于环保，所以不在考虑的范围。

(2)致冷剂致冷。可供使用的致冷剂有干冰(固态二氧化碳)和液氮。干冰因沸点高，致冷效果差，已淘汰。液氦是目前普遍使用的品种，因为它的沸点低(-195.8℃)，致冷效果突出。又因化学上呈惰性。使用安全，也不会影响橡胶的性能。蒸发1公斤液氦需从外界吸收201千焦尔的热量，所以致冷效果良好。其单耗大致控制在1公斤液氨础公斤橡胶制品。另外一个优点是气化膨胀率大，1立升液氮可气化成700立升的氮气，能产生很高的气流速度，实现良好的热平衡。

由于液氦在长途运输中不可避免地产生损耗，为了降低运输成本，用户与供应点的距离要求不超过300km。

2、喷射介质早期都采用高碳钢珠。直径在0.5～2mm之间。无论资料介绍或实践都证明使用单一粒径的效果，往往不如使用几种粒径按一定比例搭配混合使用。粒径大于1.5mm的适宜于冲修大而厚的废边;而小粒径的则可起补充加工之用。完成残余死角的修净。

近年来也开始使用硬质塑料(如聚甲醛)弹丸，其优点是不会在制品表面留下斑疤，也不会生锈。

缺点是耐用性较差，使用寿命短。另外，因强度较差，每次修边时。所需时间较长。

3、工艺参数的选定

(1)冷冻温度。应该根据胶种、废边厚度及喷射介质来确定。就胶种而言，脆性温度越低，则选用的温度应该越低。

另外，溢边越厚、一次批量越大意味着表面接触致冷剂的几率越小，冷冻温度应越低。

(2)装载量。取决于容器容量，同样也取决于产品结构。若产品为纯胶的，则按重量计，装载量(按公斤计)以等于容器体积的1/3~1/2为宜。例如60立升的容器，其合适的装载量应该是20～30公斤。但如果是橡胶/金属结合制品，则装载量可按1：1计算，即60公斤。

(3)喷射角度。实践证明，弹丸的喷射(或抛射)角度(即喷射介质流与容器所夹之角)以70º～8º为最理想，使喷射介质与吊蓝中的待修件处于最佳的对冲状态，从而确保均匀翻动。

(4)卸料和清料。使用后的喷射介质，将沿着下倾的振动筛，连同修下来的溢边、胶屑一起经受振动、分离，汇集到底部收集，实现废边与成品分离。

五、质量问题和控制

在冷冻修边中，会遇到一些质量问题，它们有的起因于前工序，有的则由于条件控制不当所致。常见的问题主要有:

1、接头处断裂。这一般是前工序(模压或注压)接头不良造成，原因多种多样，有胶料流动性差、胶料局部焦烧、硫化压力不足等。不牢固的接头在冷冻下受到冲击后便断开。

2、表面坑洼和麻点。一般因温度太低、冷冻时间过长或喷射速度过快所致。其中大的坑洼由大弹丸造成，而麻点则由小颗粒弹丸造成。

3、除边不彻底。有时在分型面处有残余的废边，可见，形成这类缺陷的原因较多，其中最主要的是大小弹丸搭配比例不当，一般小粒子太少容易造成此类问题。还有一种情况是废边太厚，如厚度超过0.2mm时废边就难以除尽。

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