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有机硅在脱模应用领域
2018-01-05
脱模剂基本工作原理
橡胶塑料制品在模具中成型加工,橡塑材料与模具表面接触,可能因模具工作表面凹凸等微缺陷,橡塑制品自模具剥离时会有一定的摩擦阻力。橡胶塑料在注射或挤出的加工过程中,橡塑材料和模具之间往往会形成负压,或二者之间因物理吸附或化学键合而致粘结。其结果导致在橡塑制品成型后从模具中剥离困难。为了弱化制品与模具间的吸附或粘接,常常采用能够形成有效隔离膜的添加剂——脱模剂,脱模剂是一种用在两个彼此易于粘着的物体表面的一个界面膜层,使粘结物与被粘物之间形成隔离,从而使得剥离力减弱,则制品脱模更容易和更便捷。


脱模剂的种类及应用
广义脱模剂包括许多种类型,分别应用于化工、冶金、建材等领域。本文局限于化工领域的脱模剂,主要讨论有关橡胶塑料等材料成型加工的外脱模剂。
可用作脱模剂的基础物质有很多种,常用的脱模剂有无机物、有机物和聚合物等类型。无机物类脱模剂常用的有石墨粉、滑石粉、云母粉、二硫化钼等粉体;常用的有机物类脱模剂有脂肪酸、脂肪酸皂、各种蜡类、乙二醇等,这类脱模剂兼有润滑剂的作用;聚合物类脱模剂主要有聚乙烯醇、醋酸纤维素、有机氟聚合物和有机硅聚合物等,其中有机硅聚合物是最适宜应用的脱模剂。
脱模剂的剂型分为固体和液体两种类型。固体形态是应用细粉状物料,因粉末状物质应用不便和可能转移附着与于橡塑制品表面,在橡塑制品加工中应用较少。经常使用的脱模剂初始形态大都是液体,有的应用液态本体聚合物,还有的是以有效主体物质添加溶剂、乳化剂、填料等组分配制的溶液、乳液、糊状物,也可以由它们再加抛射剂制得气雾剂等。涂覆于模具上的脱模剂有的是以液膜的形态存在,有的则固化成固体膜。


有机硅脱模剂的类型与特点1有机硅脱模剂的分类
1.1 按产品组成及形态分类
以有机硅为基础材料的脱模剂有多种类型。依照产品形态、物质组成、使用形式等特点可按如下分类:
⑴ 有机硅烷及其溶液
脱模剂基材是有机氯硅烷或有机烷氧基硅烷。例如,甲基氯硅烷、甲基乙氧基硅烷、苯基氯硅烷、苯基乙氧基硅烷等有机硅化合物,或上述有机硅烷溶于有机溶剂的有机硅烷溶液,涂覆于模具基材表面,即可形成抗粘结的工作膜。有机硅烷直接用作脱模剂应用有一定的局限性,其中有机氯硅烷在空气中吸收水份水解成膜过程放出的氯化氢有腐蚀性,只适用于玻璃、陶瓷等耐腐蚀模具基材。

⑵ 硅油及其溶液、油膏
脱模剂基材为甲基硅油、甲基苯基硅油及各种改性硅油等惰性线型高分子有机硅聚合物。通常应用的硅油型脱模剂是以硅油为主体组分,再添加甲苯、汽油等有机溶剂配制而成的硅油溶液。
以硅油添加白炭黑、硅藻土、云母粉等固体组分,混炼可制成半固体膏状物型脱模剂。

⑶ 硅橡胶及其溶液
液体硅橡胶可直接用作脱模剂,但更多应用是将硅橡胶加有机溶剂配制成硅橡胶溶液,再配合交联剂、催化剂等助剂组分,涂施于模具表面形成硫化硅橡胶工作膜。
⑷ 硅树脂及其溶液
脱模剂基材为甲基硅树脂、甲基苯基硅树脂等体型可交联固化的有机硅聚合物。通常将上述硅树脂溶解于乙醇、甲苯、汽油等有机溶剂中配制而成硅树脂溶液,应用喷涂或浸涂工艺将脱模剂涂覆于模具表面,然后通过加热等方式将硅树脂固化成工作膜。

⑸ 有机硅乳液
以硅油或硅树脂为主体组分,再添加乳化剂、水等配制而成的乳液。涂覆于模具表面的水乳液,待水分挥发后形成脱模剂工作膜。

⑹ 有机硅气雾剂
以硅油为主体组分,配合氟利昂、丁烷等抛射剂,混合封装于密封容器中。涂施脱模剂时,抛射剂携带脱模剂主体组分喷涂于模具表面,抛射剂快速挥发,存留物形成脱模剂工作膜。

⑺ 其它类型
此外,还有的直接应用硅橡胶制造弹性模具,硅橡胶模具本身不仅耐热性能好,同时具备抗粘结易脱模优良性能,特别适用于形状复杂制品的成型脱模。
1.2 按使用寿命分类
⑴ 暂时型脱模剂
在脱模剂工作过程中,脱膜剂组分有部分在逐步消耗,即在橡塑制品成型加工进程中脱模剂向制品转移,这类脱模剂称之为暂时型脱模剂,或称之为迁移型脱模剂。以各种惰性硅油为基础材料的有机硅脱模剂即为典型的迁移型脱模剂。暂时型脱模剂是一次涂施一次使用或一次涂施有限次数使用。

⑵ 半永久型脱模剂
如果脱模剂固化后的膜层较牢固附着于模具表面,在制品加工成型过程中和制品脱模后,脱模剂组分不向制品转移,基本不消耗,这类脱模剂称之为半永久型脱模剂,或称之为非迁移型脱模剂。以可交联固化的硅树脂为基材的有机硅脱模剂即属于非迁移型脱模剂。脱模剂组分不会向橡塑制品转移,不会影响成型橡塑制品的粘接涂饰等后续加工。
1.3 按应用对象或使用工艺条件分类
按具体加工材料或应用对象直接命名脱模剂,例如,聚氨酯脱模剂、轮胎脱模剂等。
按实际使用工艺条件称呼脱模剂,例如,耐高温脱模剂、耐酸碱脱模剂等。

2有机硅脱模剂的特点
2.1 有机硅脱模剂与非硅类型脱模剂的比较
脱模剂形态与剂型比较:通常应用石蜡、脂肪酸等作脱模剂,只有单纯的剂型;与之对应,有机硅脱模剂具有多种形态和剂型,可以应用本体油剂和各种溶液或乳液,因而为适应不同使用要求提供了选择便利。

脱模剂工作温度比较:由于有机硅聚合物的高分子骨架由硅—氧键构成,硅—氧键的键能高,有机硅材料的耐热性能优良,有机硅脱模剂的稳定工作温度超出几乎所有类型橡胶、塑料(树脂)加工温度范围。所以应用有机硅脱模剂不致出现脱模剂热分解、碳化等弊病。

脱模的剥离力比较:有机硅是低表面能材料,因而以有机硅聚合物制得的脱模剂,制品脱模的剥离力最小,即应用有机硅脱模剂制品脱模最容易。

脱模剂安全性比较:仅就材料的表面能而言,有机氟聚合物和有机硅聚合物同属人工合成最低表面能材料,但是在超过允许使用温度后,有机氟聚合物可能分解放出有毒物质;而有机硅材料耐热性好,可耐受几乎所有类型橡胶塑料加工温度,即使过热分解其产物也安全无毒。

脱模剂使用寿命比较:由于有机硅材料耐热性好,可以承受各种橡塑制品加工温度,特别是以硅树脂为基础材料的非迁移型有机硅脱模剂,不仅工作温度高,而且脱模剂组分稳定不迁移,显示出超长的脱模剂使用寿命。

有机硅脱模剂广泛适用于各种橡胶、塑料的加工过程,既可用于挤出、注射加工工艺,也可用于模压成型和层压制品的加工。有机硅脱模剂用于橡塑制品加工,可以减轻劳动强度,提高生产效率,改善加工制品质量。

2.2 各种有机硅脱模剂的比较
形态各异的不同类型有机硅脱模剂,它们的使用方法和效果有所不同。本体硅油型和气雾型脱模剂的应用方法最方便,只要将脱模剂简单地刷涂或喷涂在模具表面,即可进行下步塑料制品成型加工操作,并且制品脱模简便;但是经一次或有限次数脱模后,又需重复施涂脱模剂。油膏型脱模剂的涂抹操作较溶液型脱模剂的简单涂覆要相对繁杂些,但是油膏型脱模剂形成的工作膜层厚,可适用于表面粗糙的模具,同时可持续有效脱模的次数相对多些。
与溶液型有机硅脱模剂相比较,水乳液型有机硅脱模剂因不使用有机溶剂,对环境基本无污染,这是其优点。但是就橡塑制件脱模的难易程度相比较,应用水乳液型脱模剂的剥离力相对要大些,并且连续脱模使用次数也要较溶液型少些。
3有机硅脱模剂应用典型产品
3.1橡胶轮胎加工脱模剂
橡胶轮胎成型加工使用的乳液型有机硅脱模剂,采用甲基硅油或苯甲基硅油、羟基封端硅油和少量带有活性反应基团(硅羟基)的硅树脂作主体聚合物,配合适量烷氧基硅烷交联剂和有机锡羧酸盐催化剂,再附加润湿剂、杀菌剂等添加剂,加水乳化制得的乳液型有机硅脱模剂,贮存稳定,脱模效果好,使用寿命长。将其用于充气轮胎或半充气轮胎成型加工,轮胎外表面从钢膜表面上剥离摩擦力低,轮胎内表面与充气气囊的分离润滑性好。
综合利用甲基氯硅烷单体分馏的高沸物和低沸物制备有机硅聚合物,用其生产橡胶塑料制品加工的脱模剂,也可以达到相当好的使用效果。
3.2气雾型有机硅脱模剂
气雾型有机硅脱模剂大多采用适当粘度的硅油作为主体有机硅聚合物,配合润湿剂、抛射剂等组分,密封于带有喷射装置的金属罐中,使用时揿动喷射按钮,脱模剂呈细微液滴状喷射到模具工作面上,抛射剂挥发后形成脱模剂工作膜。气雾型有机硅脱模剂使用方便,主要应用于小尺寸精细橡胶塑料制件的成型和电子元器件塑料封装。
气雾型有机硅脱模剂应用不同粘度的硅油掺混,可以提高脱模效果和增加每次喷膜的有效脱模次数。如果改用水溶性聚醚改性硅油作脱模剂主体组分,制得的有机硅脱模剂不影响脱模制品的后续粘接涂饰性能。
3.3 芳纶布模具配套耐高温有机硅脱模剂
芳纶耐热性能高达350℃,机械强度高,以芳纶布作模具热压成型木屑纤维板,生产效率高,这是当前优选的纤维板先进成型工艺。但是芳纶布抗粘结性能欠佳,为了防止粘接剂与芳纶布模具的粘接,试用过多种脱模剂都不适用,大多数脱模剂耐高温性能与芳纶布不匹配。使用普通硅树脂基料的脱模剂,虽然耐热性能尚可,但通用型硅树脂固化后漆膜返粘,不能发挥脱模隔离作用。

笔者应用特种合成技术研制生产的高固化活性甲基苯基硅树脂,不仅具有通常甲基苯基硅树脂的高耐热性能,同时还具有固化活性高、固化后涂膜与基材粘附牢固和固化后的漆膜永不返粘等突出优点。将高固化活性甲基苯基硅树脂涂覆于芳纶布上,经热固化后,硅树脂涂膜牢固附着于芳纶布上,经受高温模压长期运转,仍保持优良的脱模性能。
3.4 航天工程用耐高温非迁移型有机硅脱模剂
航天工程应用的高性能纤维复合材料成型加工温度高,成型制品要求保持可靠的粘接性能。对此类复合材料成型加工的脱模剂要求极为苛刻:除要求制件成型精度高、制品脱模剥离力小之外,还要求脱模剂工作温度达到180℃以上,甚至个别工件加工温度高达400℃,同时要求脱模剂组分不得迁移到制件上,以免影响后续粘接加工。笔者以特种复合硅树脂作基础聚合物,配合耐高温润湿剂和复合溶剂,制得充分满足上述苛刻使用要求的脱模剂。该脱模剂涂覆流平性好,涂膜经150℃加热固化后,可以多次反复使用,持续保持耐高温非迁移的可靠脱模性能。此脱模剂因高功效和高可靠性,广泛应用于各种航天工程复合材料的加工。
3.5 高效浸涂防粘隔离剂
电子元器件应用环氧树脂等液体树脂浸渍封装时,经常遇到封装用液体树脂粘附金属引线难以清除的难题:如果采用机械刮削的办法,不仅效率低,而且会因刮伤引线上的镀层而影响元器件的可焊性;如采用常用的脱模剂预先涂覆金属引线,常常会因为脱模剂迁移,致使浸渍封装树脂在引线根部缺料和封装后元器件不能涂装标记。笔者应用低表面能有机硅聚合物配合高交联度固化剂组分,研制了高效浸涂防粘隔离剂。应用该隔离剂滚涂在电子元件金属引线适当部位,经固化以后,电子元件在液体环氧树脂中浸没超过隔离剂预涂过的引线部位,当电子元件从料浴中提出以后,原来附着在预涂隔离剂引线部位的环氧树脂会自动逆重力方向向上收缩,达到电子元件封装严密饱满而引线完全不沾树脂,制得的电子元件保持可靠的可焊性。
有机硅脱模剂包括不同形态、多种剂型,它们分别适用于不同类型的材质和不同加工工艺。因此需要依据工作温度、剥离力大小、制品后续表面涂饰粘接要求,选择最适宜的脱模剂。
(原文《有机硅脱模剂生产及应用技术》作者:姜承永)