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有機硅在脫模應用領域
2018-01-05
脫模劑基本工作原理
橡膠塑料制品在模具中成型加工,橡塑材料與模具表面接觸,可能因模具工作表面凹凸等微缺陷,橡塑制品自模具剝離時會有一定的摩擦阻力。橡膠塑料在注射或擠出的加工過程中,橡塑材料和模具之間往往會形成負壓,或二者之間因物理吸附或化學鍵合而致粘結。其結果導致在橡塑制品成型后從模具中剝離困難。為了弱化制品與模具間的吸附或粘接,常常采用能夠形成有效隔離膜的添加劑——脫模劑,脫模劑是一種用在兩個彼此易于粘著的物體表面的一個界面膜層,使粘結物與被粘物之間形成隔離,從而使得剝離力減弱,則制品脫模更容易和更便捷。


脫模劑的種類及應用
廣義脫模劑包括許多種類型,分別應用于化工、冶金、建材等領域。本文局限于化工領域的脫模劑,主要討論有關橡膠塑料等材料成型加工的外脫模劑。
可用作脫模劑的基礎物質有很多種,常用的脫模劑有無機物、有機物和聚合物等類型。無機物類脫模劑常用的有石墨粉、滑石粉、云母粉、二硫化鉬等粉體;常用的有機物類脫模劑有脂肪酸、脂肪酸皂、各種蠟類、乙二醇等,這類脫模劑兼有潤滑劑的作用;聚合物類脫模劑主要有聚乙烯醇、醋酸纖維素、有機氟聚合物和有機硅聚合物等,其中有機硅聚合物是最適宜應用的脫模劑。
脫模劑的劑型分為固體和液體兩種類型。固體形態是應用細粉狀物料,因粉末狀物質應用不便和可能轉移附著與于橡塑制品表面,在橡塑制品加工中應用較少。經常使用的脫模劑初始形態大都是液體,有的應用液態本體聚合物,還有的是以有效主體物質添加溶劑、乳化劑、填料等組分配制的溶液、乳液、糊狀物,也可以由它們再加拋射劑制得氣霧劑等。涂覆于模具上的脫模劑有的是以液膜的形態存在,有的則固化成固體膜。


有機硅脫模劑的類型與特點1有機硅脫模劑的分類
1.1 按產品組成及形態分類
以有機硅為基礎材料的脫模劑有多種類型。依照產品形態、物質組成、使用形式等特點可按如下分類:
⑴ 有機硅烷及其溶液
脫模劑基材是有機氯硅烷或有機烷氧基硅烷。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機硅化合物,或上述有機硅烷溶于有機溶劑的有機硅烷溶液,涂覆于模具基材表面,即可形成抗粘結的工作膜。有機硅烷直接用作脫模劑應用有一定的局限性,其中有機氯硅烷在空氣中吸收水份水解成膜過程放出的氯化氫有腐蝕性,只適用于玻璃、陶瓷等耐腐蝕模具基材。

⑵ 硅油及其溶液、油膏
脫模劑基材為甲基硅油、甲基苯基硅油及各種改性硅油等惰性線型高分子有機硅聚合物。通常應用的硅油型脫模劑是以硅油為主體組分,再添加甲苯、汽油等有機溶劑配制而成的硅油溶液。
以硅油添加白炭黑、硅藻土、云母粉等固體組分,混煉可制成半固體膏狀物型脫模劑。

⑶ 硅橡膠及其溶液
液體硅橡膠可直接用作脫模劑,但更多應用是將硅橡膠加有機溶劑配制成硅橡膠溶液,再配合交聯劑、催化劑等助劑組分,涂施于模具表面形成硫化硅橡膠工作膜。
⑷ 硅樹脂及其溶液
脫模劑基材為甲基硅樹脂、甲基苯基硅樹脂等體型可交聯固化的有機硅聚合物。通常將上述硅樹脂溶解于乙醇、甲苯、汽油等有機溶劑中配制而成硅樹脂溶液,應用噴涂或浸涂工藝將脫模劑涂覆于模具表面,然后通過加熱等方式將硅樹脂固化成工作膜。

⑸ 有機硅乳液
以硅油或硅樹脂為主體組分,再添加乳化劑、水等配制而成的乳液。涂覆于模具表面的水乳液,待水分揮發后形成脫模劑工作膜。

⑹ 有機硅氣霧劑
以硅油為主體組分,配合氟利昂、丁烷等拋射劑,混合封裝于密封容器中。涂施脫模劑時,拋射劑攜帶脫模劑主體組分噴涂于模具表面,拋射劑快速揮發,存留物形成脫模劑工作膜。

⑺ 其它類型
此外,還有的直接應用硅橡膠制造彈性模具,硅橡膠模具本身不僅耐熱性能好,同時具備抗粘結易脫模優良性能,特別適用于形狀復雜制品的成型脫模。
1.2 按使用壽命分類
⑴ 暫時型脫模劑
在脫模劑工作過程中,脫膜劑組分有部分在逐步消耗,即在橡塑制品成型加工進程中脫模劑向制品轉移,這類脫模劑稱之為暫時型脫模劑,或稱之為遷移型脫模劑。以各種惰性硅油為基礎材料的有機硅脫模劑即為典型的遷移型脫模劑。暫時型脫模劑是一次涂施一次使用或一次涂施有限次數使用。

⑵ 半永久型脫模劑
如果脫模劑固化后的膜層較牢固附著于模具表面,在制品加工成型過程中和制品脫模后,脫模劑組分不向制品轉移,基本不消耗,這類脫模劑稱之為半永久型脫模劑,或稱之為非遷移型脫模劑。以可交聯固化的硅樹脂為基材的有機硅脫模劑即屬于非遷移型脫模劑。脫模劑組分不會向橡塑制品轉移,不會影響成型橡塑制品的粘接涂飾等后續加工。
1.3 按應用對象或使用工藝條件分類
按具體加工材料或應用對象直接命名脫模劑,例如,聚氨酯脫模劑、輪胎脫模劑等。
按實際使用工藝條件稱呼脫模劑,例如,耐高溫脫模劑、耐酸堿脫模劑等。

2有機硅脫模劑的特點
2.1 有機硅脫模劑與非硅類型脫模劑的比較
脫模劑形態與劑型比較:通常應用石蠟、脂肪酸等作脫模劑,只有單純的劑型;與之對應,有機硅脫模劑具有多種形態和劑型,可以應用本體油劑和各種溶液或乳液,因而為適應不同使用要求提供了選擇便利。

脫模劑工作溫度比較:由于有機硅聚合物的高分子骨架由硅—氧鍵構成,硅—氧鍵的鍵能高,有機硅材料的耐熱性能優良,有機硅脫模劑的穩定工作溫度超出幾乎所有類型橡膠、塑料(樹脂)加工溫度范圍。所以應用有機硅脫模劑不致出現脫模劑熱分解、碳化等弊病。

脫模的剝離力比較:有機硅是低表面能材料,因而以有機硅聚合物制得的脫模劑,制品脫模的剝離力最小,即應用有機硅脫模劑制品脫模最容易。

脫模劑安全性比較:僅就材料的表面能而言,有機氟聚合物和有機硅聚合物同屬人工合成最低表面能材料,但是在超過允許使用溫度后,有機氟聚合物可能分解放出有毒物質;而有機硅材料耐熱性好,可耐受幾乎所有類型橡膠塑料加工溫度,即使過熱分解其產物也安全無毒。

脫模劑使用壽命比較:由于有機硅材料耐熱性好,可以承受各種橡塑制品加工溫度,特別是以硅樹脂為基礎材料的非遷移型有機硅脫模劑,不僅工作溫度高,而且脫模劑組分穩定不遷移,顯示出超長的脫模劑使用壽命。

有機硅脫模劑廣泛適用于各種橡膠、塑料的加工過程,既可用于擠出、注射加工工藝,也可用于模壓成型和層壓制品的加工。有機硅脫模劑用于橡塑制品加工,可以減輕勞動強度,提高生產效率,改善加工制品質量。

2.2 各種有機硅脫模劑的比較
形態各異的不同類型有機硅脫模劑,它們的使用方法和效果有所不同。本體硅油型和氣霧型脫模劑的應用方法最方便,只要將脫模劑簡單地刷涂或噴涂在模具表面,即可進行下步塑料制品成型加工操作,并且制品脫模簡便;但是經一次或有限次數脫模后,又需重復施涂脫模劑。油膏型脫模劑的涂抹操作較溶液型脫模劑的簡單涂覆要相對繁雜些,但是油膏型脫模劑形成的工作膜層厚,可適用于表面粗糙的模具,同時可持續有效脫模的次數相對多些。
與溶液型有機硅脫模劑相比較,水乳液型有機硅脫模劑因不使用有機溶劑,對環境基本無污染,這是其優點。但是就橡塑制件脫模的難易程度相比較,應用水乳液型脫模劑的剝離力相對要大些,并且連續脫模使用次數也要較溶液型少些。
3有機硅脫模劑應用典型產品
3.1橡膠輪胎加工脫模劑
橡膠輪胎成型加工使用的乳液型有機硅脫模劑,采用甲基硅油或苯甲基硅油、羥基封端硅油和少量帶有活性反應基團(硅羥基)的硅樹脂作主體聚合物,配合適量烷氧基硅烷交聯劑和有機錫羧酸鹽催化劑,再附加潤濕劑、殺菌劑等添加劑,加水乳化制得的乳液型有機硅脫模劑,貯存穩定,脫模效果好,使用壽命長。將其用于充氣輪胎或半充氣輪胎成型加工,輪胎外表面從鋼膜表面上剝離摩擦力低,輪胎內表面與充氣氣囊的分離潤滑性好。
綜合利用甲基氯硅烷單體分餾的高沸物和低沸物制備有機硅聚合物,用其生產橡膠塑料制品加工的脫模劑,也可以達到相當好的使用效果。
3.2氣霧型有機硅脫模劑
氣霧型有機硅脫模劑大多采用適當粘度的硅油作為主體有機硅聚合物,配合潤濕劑、拋射劑等組分,密封于帶有噴射裝置的金屬罐中,使用時撳動噴射按鈕,脫模劑呈細微液滴狀噴射到模具工作面上,拋射劑揮發后形成脫模劑工作膜。氣霧型有機硅脫模劑使用方便,主要應用于小尺寸精細橡膠塑料制件的成型和電子元器件塑料封裝。
氣霧型有機硅脫模劑應用不同粘度的硅油摻混,可以提高脫模效果和增加每次噴膜的有效脫模次數。如果改用水溶性聚醚改性硅油作脫模劑主體組分,制得的有機硅脫模劑不影響脫模制品的后續粘接涂飾性能。
3.3 芳綸布模具配套耐高溫有機硅脫模劑
芳綸耐熱性能高達350℃,機械強度高,以芳綸布作模具熱壓成型木屑纖維板,生產效率高,這是當前優選的纖維板先進成型工藝。但是芳綸布抗粘結性能欠佳,為了防止粘接劑與芳綸布模具的粘接,試用過多種脫模劑都不適用,大多數脫模劑耐高溫性能與芳綸布不匹配。使用普通硅樹脂基料的脫模劑,雖然耐熱性能尚可,但通用型硅樹脂固化后漆膜返粘,不能發揮脫模隔離作用。

筆者應用特種合成技術研制生產的高固化活性甲基苯基硅樹脂,不僅具有通常甲基苯基硅樹脂的高耐熱性能,同時還具有固化活性高、固化后涂膜與基材粘附牢固和固化后的漆膜永不返粘等突出優點。將高固化活性甲基苯基硅樹脂涂覆于芳綸布上,經熱固化后,硅樹脂涂膜牢固附著于芳綸布上,經受高溫模壓長期運轉,仍保持優良的脫模性能。
3.4 航天工程用耐高溫非遷移型有機硅脫模劑
航天工程應用的高性能纖維復合材料成型加工溫度高,成型制品要求保持可靠的粘接性能。對此類復合材料成型加工的脫模劑要求極為苛刻:除要求制件成型精度高、制品脫模剝離力小之外,還要求脫模劑工作溫度達到180℃以上,甚至個別工件加工溫度高達400℃,同時要求脫模劑組分不得遷移到制件上,以免影響后續粘接加工。筆者以特種復合硅樹脂作基礎聚合物,配合耐高溫潤濕劑和復合溶劑,制得充分滿足上述苛刻使用要求的脫模劑。該脫模劑涂覆流平性好,涂膜經150℃加熱固化后,可以多次反復使用,持續保持耐高溫非遷移的可靠脫模性能。此脫模劑因高功效和高可靠性,廣泛應用于各種航天工程復合材料的加工。
3.5 高效浸涂防粘隔離劑
電子元器件應用環氧樹脂等液體樹脂浸漬封裝時,經常遇到封裝用液體樹脂粘附金屬引線難以清除的難題:如果采用機械刮削的辦法,不僅效率低,而且會因刮傷引線上的鍍層而影響元器件的可焊性;如采用常用的脫模劑預先涂覆金屬引線,常常會因為脫模劑遷移,致使浸漬封裝樹脂在引線根部缺料和封裝后元器件不能涂裝標記。筆者應用低表面能有機硅聚合物配合高交聯度固化劑組分,研制了高效浸涂防粘隔離劑。應用該隔離劑滾涂在電子元件金屬引線適當部位,經固化以后,電子元件在液體環氧樹脂中浸沒超過隔離劑預涂過的引線部位,當電子元件從料浴中提出以后,原來附著在預涂隔離劑引線部位的環氧樹脂會自動逆重力方向向上收縮,達到電子元件封裝嚴密飽滿而引線完全不沾樹脂,制得的電子元件保持可靠的可焊性。
有機硅脫模劑包括不同形態、多種劑型,它們分別適用于不同類型的材質和不同加工工藝。因此需要依據工作溫度、剝離力大小、制品后續表面涂飾粘接要求,選擇最適宜的脫模劑。
(原文《有機硅脫模劑生產及應用技術》作者:姜承永)
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