[发明专利]快速固化的由多个部分组成的硫化型弹性体组合物和弹性体组合物的共混、注射模塑和固化的方法

说明书

发明背景

本发明涉及一种特别适合注射模塑的快速固化的由多个部分组成的硫化型弹性体组合物。本发明还提供一种将弹性体组合物共混、注射模塑和固化以形成制品的方法。

在橡胶工业中，弹性体组合物也通常称为″橡胶配料(rubber compound)″。橡胶配料是至少一种弹性体聚合物(也称为″弹性体″或″橡胶″)和固化试剂(或如下定义的″固化剂″的组合)、任选地和一种或多种填料和添加剂如抗氧化剂、抗臭氧剂、润滑剂、加工助剂、活化剂、油、增塑剂等等的共混物。橡胶配料典型地通过机械装置将弹性体与填料和添加剂共混而制备，该机械装置通常是内混合器或开炼机。向所得的也称为″母炼胶″的共混物中，加入固化试剂(或硫化剂)和固化速率促进剂。这种硫化剂和促进剂的组合通常称为″固化剂″。在常规的橡胶加工中，″母炼胶″与″固化剂″组合以形成均匀混合物，其被称为″最终的配料″，由橡胶配料的最终用户将其准备成形并且硫化成最终的制品。如上所述，母炼胶和固化剂的共混典型地在内混合器或开炼机中进行。因为用于制备橡胶配料的弹性体典型地具有高分子量，因此这些材料的混合产生显著的由剪切力引起的热量。这种热量可能导致过早的硫化或″焦化″，因为这些在此阶段称为被促进的配料的橡胶配料含有固化速率促进剂以及硫化剂。因此，混合设备通常进行冷却以防止过早的硫化。

在典型的注射挤压操作中，将单一橡胶配料以单一带或线材或多样的相同配料的带或线材进料至含有输送机构的进料区中。这种输送机构的一个目的是移动配料至注射保持室中，同时加热配料，但不加热至模塑温度。配料填充注射保持室，注射保持室典型地处于比注射压机的输送部略微更高的温度。配料保持在注射保持室中直至一定比例的配料被注射到模具中。在打开模具之后，移出模塑的制品，并且封闭空的模具，将另一部分橡胶配料注射到模具中。

在橡胶配料的注射模塑中，在通过模塑完成将橡胶配料成形为所需的制品之前的过早硫化或焦化引起模塑的制品的性能的缺陷。在理想的注射模塑用体系中，可以在不开始固化反应的情况下将橡胶配料充分加热而使得其具有最大的流量。这种配料被注射到模具腔中，该模具腔被设定在固化温度。在硫化前可用于橡胶配料填满模具的时间量是″流动时间″，其可以表示为橡胶配料在通过门尼剪切盘式粘度计在典型为100℃至125℃的恒定温度测量时的粘度增加若干单位值的情况下所测量出的以分钟计的时间。在实际中，流动时间可以通过在恒定温度和压力的条件下橡胶配料填满模具腔室的时间来量度。门尼粘度增加5个单位所经历的时间是门尼t5时间，这可以用作橡胶配料的硫化诱导时间或焦化时间的量度。

橡胶配料的固化性能传统上通过在150～200℃的固化温度下使用振荡盘式流变计(Oscillating Disk Rheometer)(ODR)监测其扭矩来测量，所述150～200℃的固化温度高于测量门尼粘度时的温度。在室温的橡胶样品(称为″冷橡胶″)被放置在仪器中并且测量扭矩与时间的函数关系。冷橡胶提供对振荡盘的阻力，这导致扭矩的尖峰(spike)。这种尖峰被称为最初的扭矩。当样品加热至固化温度时，样品变得更软，并且扭矩下降。然后，样品开始固化，这显示为扭矩的增加。硫化诱导时间的量度为ts2，其是扭矩增加2个单位的时间。随着硫化进行，扭矩继续增加直至它达到最大值。这种最大值被称为M_H(最大扭矩)。达到这种扭矩增加量的90％的时间被称为t′90。t′90值越大意味着橡胶配料的固化时间越长。理想的橡胶配料表现出至少5分钟的门尼t5(为了最大的焦化安全)，在0.7至1.2分钟之间的ts2(为了理想的流动)，以及短的t′90(为了快速循环时间)。一般原则上来说(As a general rule of thumb)，配料具有的诱导时间(如通过ts2测量)越长，意味着固化时间(如通过t′90测量)越长。ts2值小于0.6分钟并且门尼t5值小于3分钟的配料被认为是″焦化的″并且难以加工。在配料完全填满模具腔室之前，这样的化合物将经历快速的交联。具有大于1.5分钟的长的ts2值的配料将难于在1分钟即在经济上适宜的固化时间内固化。

为了最小化焦化或过早硫化，橡胶配料通过使用化学速率延缓剂或通过促进剂的明智选择被配制成具有慢的固化速率。

在模塑工序完成时，必须通过在固化条件如在足够高的温度经历足够量的时间下将模塑的制品保持一定的时间使所得的制品经历完全的固化。