1、 分类号 ： 学校代码 ： 10426 密级 ： 学号 ： 4016030006 专业硕士学位论文专业硕士学位论文 PROFESSIONAL MASTER DEGREE THESIS 橡胶模具表面防粘涂层制备 工艺及应用研究 作作 者者 ： 高远昊高远昊 指导教师指导教师 ： 曾宪奎曾宪奎 学科专业学科专业 ： 机械工程机械工程 专业代码专业代码 ： 085201 研究方向研究方向 ：高分子材料加工高分子材料加工技术及技术及装备装备 2019 年年 4 月月 20 日日 青岛科技大学研究生学位论文 I 橡胶模具表面防粘涂层制备工艺及应用研究 摘 要 橡胶模具在硫化过程中容易出现粘模问题，不仅造
2、成制品表面出现缺陷，影响产品质量，而且频繁的清理模具还会降低生产效率，损坏模具表面，降低模具尺寸精度。常规解决方法主要有两种：一是在模腔内喷涂脱模剂，这种方法不仅会增加成本造成环境污染，还会容易造成接痕，影响产品质量；二是采用模具表面防粘处理，主要有气相沉积、镀硬铬和特氟龙涂层等，其中镀硬铬污染环境且只能部分解决粘模问题；目前来说，特氟龙涂层是最好解决模具粘模的方法，但是使用过程中易脱落、耐磨性差以及寿命短。因此对橡胶模具表面防粘涂层制备工艺及应用的进一步研究是非常必要的。 本文以粉末氟树脂涂料为涂层材料，配合液体底漆对橡胶模具防粘涂层制备工艺和应用进行了研究。首先在研究涂层附着机理基础上，研
3、究了基体表面不同处理工艺对涂层附着强度的影响规律，研究了涂层喷涂工艺和烧结工艺参数对涂层性能的影响规律，制定了一整套橡胶模具表面防粘涂层制备工艺，并进行了应用研究。其主要研究内容如下： （1）通过查阅大量的文献资料，对目前国内外橡胶模具脱模剂的应用、橡胶模具表面清理技术、模具表面处理技术以及氟树脂涂料的研究现状进行分析总结；对涂层与基体附着机理和固体表面润湿机理进行研究，初步确定了橡胶模具表面防粘涂层材料以及涂层制备工艺研究方案。 （2）研究了不同表面处理工艺和物理机械表面处理方式参数变化对涂层附着强度的影响。首先选用不同表面处理工艺对基体表面进行处理，然后分别进行了粗糙度测试、涂层制备以及附
4、着强度测试；研究了物理机械表面处理后基体表面粗糙度对涂层附着强度的影响规律。研究结果表明喷砂处理的效果要好于其他处理效果，并且采用 60 目砂粒并在 0.4-0.5MPa 气压下对基体进行喷砂处理能够获得最大的涂层附着强度。 （3） 研究了静电喷涂工艺参数变化对涂层性能指标的影响。 采用正交试验和极差分析法，研究了静电喷涂工艺参数对粉末的一次上粉率、涂层厚度均匀性以及涂层外观质量的影响规律，确定出最佳喷涂工艺条件参数为喷涂距离 150mm，供气气压 0.5MPa，静电电压 80kv 时，既能保证获得较高的一次上粉率又能获得橡胶模具表面防粘涂层制备工艺及应用研究 II 较好的厚度均匀性，同时也保
5、证了涂层的外观质量。 （4） 研究了涂层烧结工艺参数变化对涂层性能指标的影响规律。 采用正交试验法研究了涂层烧结工艺参数对涂层光泽度、表面形貌、涂层附着强度以及接触角指标的影响规律，通过综合平衡法确定了最优涂层烧结工艺参数为：烧结温度380，烧结时间 30min，随炉冷却。 （5） 在上述研究基础上对橡胶模具表面涂层制备工艺进行了应用研究。 按照上述研究结果对橡胶密封圈和注射模具表面进行了防粘涂层制备，并在实际生产中进行了应用。研究结果表明所制备的涂层具有较好的脱模性和防粘性，能有效的防止模具粘模现象的发生，提高了制品表面质量，且使用寿命能达到 400 模以上，并且使生产效率提高了 5%-10
6、%。 关键词：橡胶模具 防粘涂层 喷砂处理 静电喷涂 涂层烧结 青岛科技大学研究生学位论文 I STUDY ON PREPARATION TECHNOLOGY AND APPLICATION OF ANTI-STICK COATING ON RUBBER MOLD SURFACE ABSTRACT The rubber is prone to sticking problems during vulcanization, which not only causes defects on the surface of the product, but also affects product q
7、uality. Frequent cleaning of the mold also reduces production efficiency, damages the mold surface, and reduces mold dimensional accuracy. There are two main solutions: one is to spray the release agent in the cavity. This method will not only increase the cost and cause environmental pollution, but
8、 also cause seams and affect the quality of the product. Second, the mold surface is treated with anti-sticking. There are mainly vapor deposition, hard chrome plating and Teflon coating. Among them, hard chrome plating pollutes the environment and can only partially solve the problem of sticking; c
9、urrently, Teflon coating is the best way to solve the mold sticking mold. However, it is easy to fall off during use, has poor wear resistance and short life. Therefore, further research on the preparation process and application of anti-adhesive coating on rubber mold surface is very necessary. In
10、this paper, powder fluororesin coating was used as coating material, and liquid primer was used to study the preparation process and application of rubber mold anti-stick coating. Firstly, based on the study of coating adhesion mechanism, the effects of different treatment processes on the adhesion
11、strength of the coating were studied. The influence of coating spraying process and sintering process parameters on coating properties was studied. A set of rubber molds was developed. Surface anti-stick coating preparation process, and applied research. The main research contents are as follows: (1
12、) Through reviewing a large amount of literature, the current application of rubber mold release agent at home and abroad, rubber mold surface cleaning technology, mold 橡胶模具表面防粘涂层制备工艺及应用研究 II surface treatment technology and fluororesin coating research status are analyzed and summarized; coating an
13、d substrate adhesion mechanism The research on the wetting mechanism of the solid surface was carried out, and the anti-adhesive coating material of the rubber mold surface and the research scheme of the coating preparation process were preliminarily determined. (2) The effects of different surface
14、treatment processes and physical mechanical surface treatment parameters on the adhesion strength of the coating were studied. Firstly, the surface of the substrate was treated by different surface treatment processes, and then the roughness test, coating preparation and adhesion strength test were
15、carried out respectively. The influence of the surface roughness of the substrate on the adhesion strength of the coating after physical mechanical surface treatment was studied. The results show that the effect of sand blasting is better than other treatment effects, and the maximum adhesion of the
16、 coating can be obtained by using 60 mesh grit and sandblasting the substrate at a pressure of 0.4-0.5 MPa. (3) The influence of the parameters of electrostatic spraying process on the performance index of the coating was studied. The effects of electrostatic spraying process parameters on the powde
17、r loading rate, coating thickness uniformity and coating appearance quality were studied by orthogonal test and range analysis method. The optimum spraying process parameters were determined as the spraying distance of 150mm. When the air supply pressure is 0.5 MPa and the electrostatic voltage is 8
18、0 kv, it can ensure a higher primary powder rate and better thickness uniformity, and also ensure the appearance quality of the coating. (4) The influence of the variation of coating process parameters on the coating performance index was studied. The effects of coating sintering parameters on coati
19、ng gloss, surface morphology, coating adhesion strength and contact angle index were studied by orthogonal test. The optimum coating sintering process parameters were determined by comprehensive balance method: sintering The temperature was 380 C, the sintering time was 30 min, and it was cooled wit
20、h the furnace. (5) Based on the above research, the application research on the preparation process of rubber mold surface coating was carried out. According to the above research results, the anti-adhesive coating was prepared on the surface of the rubber sealing ring and the injection mold, and it
21、 was applied in actual production. The results show that the 青岛科技大学研究生学位论文 III prepared coating has good release property and anti-stickiness, can effectively prevent the mold sticking phenomenon, improve the surface quality of the product, and the service life can reach more than 400 molds, and the
22、 production efficiency is improved. 5%-10%. KEY WORDS: rubber mold anti-stick coating sand blasting electrostatic spraying coating sintering 青岛科技大学研究生学位论文 I 目 录 1 绪论绪论 . 1 1.1 课题背景及意义 . 1 1.2 橡胶模具脱模剂及模具清理技术研究现状 . 2 1.2.1 脱模剂的研究现状 . 2 1.2.2 橡胶模具清洗技术的研究现状 . 3 1.3 橡胶模具表面处理技术的研究现状 . 5 1.4 氟树脂涂料发展和研究现状 .
23、 6 1.4.1 氟碳涂料结构与性质 . 6 1.4.2 氟树脂涂料的研究与应用现状 . 8 1.5 本文研究目的及内容 . 9 2 涂层与模具表面粘附机理及与制品不粘机理的研究涂层与模具表面粘附机理及与制品不粘机理的研究 . 11 2.1 涂层附着力定义及附着机理 . 11 2.1.1 涂层附着力定义 . 11 2.1.2 涂层附着机理 . 11 2.1.3 涂层附着力主要影响因素 . 14 2.2 固体表面润湿性理论基础 . 16 2.2.1 表面润湿性对粘附性的影响 . 16 2.2.2 表面润湿性理论 . 16 2.3 本章小结 . 20 3 橡胶模具表面预处理技术及方法的研究橡胶模具
24、表面预处理技术及方法的研究 . 21 3.1 实验材料与设备 . 21 3.1.1 实验材料 . 21 3.1.2 实验设备 . 22 3.2 实验方法及流程 . 22 3.2.1 涂层制备工艺概述 . 22 3.2.2 基体材料预处理 . 23 3.3 涂层性能测试 . 24 3.3.1 粗糙度测试 . 24 3.3.2 拉伸附着强度测试 . 25 橡胶模具表面防粘涂层制备工艺及应用研究 II 3.4 实验结果与分析 . 25 3.4.1 不同预处理对涂层与基体附着强度的影响 . 26 3.4.2 砂纸粒径对涂层与基体附着强度的影响 . 27 3.4.3 喷砂粒径对涂层与基体附着强度的影响
25、. 28 3.5 本章小结 . 29 4 橡胶模具防粘涂层静电喷涂工艺研究橡胶模具防粘涂层静电喷涂工艺研究 . 31 4.1 实验材料与设备 . 31 4.1.1 实验材料 . 31 4.1.2 实验设备 . 32 4.2 实验方法 . 32 4.3 涂层性能测试与表征 . 33 4.3.1 涂层厚度测试 . 33 4.3.2 一次上粉率的测试 . 34 4.4 实验结果与分析 . 34 4.4.1 喷涂工艺参数变化对粉末一次上粉率的影响 . 36 4.4.2 喷涂工艺参数变化对涂层厚度均匀性的影响 . 40 4.4.3 喷涂工艺参数变化对涂层外观质量的影响 . 43 4.4.4 最佳喷涂工艺
26、参数组合确定 . 46 4.5 本章小结 . 47 5 橡胶模具表面涂层烧结工艺及应用研究橡胶模具表面涂层烧结工艺及应用研究 . 49 5.1 实验材料与设备 . 49 5.1.1 实验材料 . 49 5.1.2 实验设备 . 50 5.2 实验方法及流程 . 50 5.2.1 实验方法 . 50 5.2.2 实验流程 . 51 5.3 性能测试及表征 . 51 5.3.1 涂层附着强度的测试 . 51 5.3.2 涂层形貌的测试 . 51 5.3.3 涂层光泽度的测试 . 52 5.3.4 静态接触角测试 . 52 5.4 实验结果与分析 . 52 青岛科技大学研究生学位论文 III 5.4
27、.1 烧结工艺参数变化对涂层光泽度的影响 . 52 5.4.2 烧结工艺参数变化对涂层表面形貌的影响 . 55 5.4.3 烧结工艺参数变化对涂层附着强度的影响 . 57 5.4.4 烧结工艺参数变化对涂层接触角的影响 . 59 5.4.5 最优烧结工艺参数的确定 . 62 5.5 涂层应用研究 . 63 5.5.1 实验设备及制品制作工艺 . 64 5.5.2 制品外观及模具外观分析 . 65 5.5.3 制品生产效率及涂层寿命 . 67 5.5 本章小结 . 68 6 总结与展望总结与展望 . 69 论文总结 . 69 本文创新点 . 70 展望 . 70 参考文献参考文献 . 71 致谢
28、致谢 . 75 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果 . 77 独创性声明独创性声明 . 79 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 . 79 青岛科技大学研究生学位论文 I 符号说明 fD 扩散系数 CX 浓度梯度 pl 扩散深度，mm cN 扩散分子数 ct 接触时间，S N 阿弗加德罗常数 物质的密度，g/3 M 物质分子的质量 eG 界面能，J/m2 eV 界面电势，V h 涂层与基体间的距离，mm d 介电常数 热膨胀系数，m/K mT 样品融化温度， E 杨氏系数 eT 脱模温度， 摩擦系数 t 模具厚度，mm 制件的柏松参数 表
29、面接触角， 1E 弹性模量，MPa 1V 泊松比 r 半径的变量 橡胶模具表面防粘涂层制备工艺及应用研究 II 剪切模量，Pa F 摩擦力，N 0a 接触区域接触半径，mm JH 颗粒的表面粘附力，N 1R 接触球半径，mm SV 固-气界面张力, mN/m D 型芯直径，mm A 两种表面的接触面积，cm2 K 扩散分子性质有关的常数 G 涂层剥离能，J/m2 涂层与基体附着强度，MPa S 横截面积，mm2 D 涂层厚度均值差，m 1D 中部厚度均值，m 2D 四周厚度均值，m M 喷涂一个试件所用粉末重量，g 1M 喷涂前试件质量，g 2M 喷涂后试件质量，g 能量损失函数 v 剥离速率
30、，m/s fsE 附着体系界面能，J/m2 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 绪论 1.1 课题背景及意义 伴随着工业的快速发展，橡塑模具成为工业生产中不可或缺的重要工艺装备 1。一直以来，在橡塑模具使用性上人们更多的情况下考虑的是耐磨与耐腐蚀等性能，对于模具型腔的抗粘附性研究非常有限，如何降低粘附力成为橡塑行业发展的重点和主要任务之一2。 橡胶制件经模具成型后从橡胶模具中脱出称为脱模3。在脱模过程中由于制件与橡胶模具间存在的物理吸附、制件成型时收缩以及接触界面化学反应等原因，会在接触界面上产生粘附力，使制件紧紧的附着在橡胶模具表上或者陷在模具型腔当中，在开模后，容易出现制品粘附模具的现象4
31、，使制品不能自动脱出或者很容易的顶出。脱模过程中粘附力过大容易造成制品缺陷、模具使用寿命降低以及生产效率低下等状况。 在橡胶制件成型过程中， 由于高压、 高温和摩擦等环境，极易产生由配合剂、橡胶等引起的综合污染5，从而引发严重的粘胶、磨损和腐蚀等问题。在制件脱模时，如果断裂发生在橡胶模具与制品粘附界面上，称之为界面剪切6，这时就既能保证产品的质量，防止产品缺陷和废品的产生，又能防止模具的破坏，同时这也是生产当中所追求的；如果断裂发生在界面附近且强度相对较低的一方，称之为界面区剪切6，强度高的那边表面上就会粘附强度低的材料，对产品和橡胶模具寿命产生极大影响。 当橡胶模具表面存在粘附污染物造成脱模
32、困难和质量严重下降时，橡胶模具使用厂家通常会使用物理或化学方法对其进行表面洗涤，比如干冰清洗、机械清洗、超声清洗、化学清洗以及激光清洗等，但是模具的频繁清洗需要耗费大量时间，造成生产效率的降低，同时清洗也会使成本增加，并且清洗会对橡胶模具造成了极大且难以修复的损伤与磨损，同时还不可避免的对环境造成污染5。随着橡胶模具清洗次数的增加，会造成模具尺寸精度的下降，降低产品合格率，甚至造成模具的报废， 从而带来巨大的经济损失。 为解决橡胶模具对制品粘附的问题，目前多数的橡胶制品生产企业通常会使用脱模剂或对橡胶模具表面进行处理这两种方式来解决橡胶模具粘模的问题。 脱模剂主要作用在橡胶模具与制品之间，用来
33、降低模具表面与制品之间的粘附力，使制品脱模时容易脱出，从而防止制品表面因粘附力而造成缺陷，有效提橡胶模具表面防粘涂层制备工艺及应用研究 2 高制品质量。虽然采用喷涂脱模剂的方法很大程度上降低了制品脱模难度，保证了制品的质量，但会对制品和环境造成污染7。目前，国内外很多研究者在提高模具表面抗粘附性方面做了许多的研究，并在模具脱模性上取得了一些进展，其研究主要集中在模具材料的表面改性上8-10。 常用的模具表面处理方法包括镀膜、喷涂、气相沉积、等离子加工等，这些方法绝大多数是对整个表面进行处理，改变模具表面的粗糙度、 硬度以及耐用性等， 但对模具表面粘附性能的改善并不大，反而有可能造成接触界面粘附
34、状态的进一步恶化。还有一些涂层针对某种橡胶的脱模性较好，而对于其他种类的橡胶只能起到减轻作用，并不能真正解决橡胶粘模的问题。所以，对模具表面抗粘附性能进行研究，有效地提高橡胶模具的抗粘附是亟待解决的问题之一。 基于上述分析，从模具脱模过程存在粘附现象出发，本文根据前人在橡胶模具表面喷涂固体涂层的研究的基础上，改变传统涂层制备工艺，应用新的涂层制备工艺在模具表面喷涂与烧结形成防粘涂层，通过降低橡胶制品接触界面的表面能，进而降低橡胶制品对模具表面的粘附作用，从而实现模具表面防粘的目的，进而提高生产效率，大大增加模具寿命，提高产品质量。 1.2 橡胶模具脱模剂及模具清理技术研究现状 1.2.1 脱模
35、剂的研究现状 脱模剂作为一种助剂被应用于制品与模具之间，防止模具与制品粘附现象产生。 在橡胶制品生产当中， 脱模剂经常被喷涂在模具型腔表面或添加在胶料当中，防止橡胶粘附在模具表面上，用来改善制品的脱模性，使制品脱模变得更容易。在模具上使用脱模剂可以降低废品率、提高制品表面光洁以及获得较高的尺寸精确制品和提高模具使用寿命，因而脱模剂在橡胶与塑料行业得到广泛的应用。脱模剂在使用方式上可以分为外涂型和内加型脱模剂。外涂型脱模剂在使用时直接喷涂到模具表面，用来隔绝材料与模具的直接接触。内加型脱模剂则是作为添加剂掺杂在制品材料当中，在硫化过程中逐渐转移到模具与制品的接触面，隔绝材料与模具的直接接触，起到
36、脱模的作用。 目前国内普遍采用的脱模剂主要有硅系列、氟系列和蜡系列三大类，此外还有无机粉末系列、界面活性系列以及聚醚系列脱模剂等。脱模剂在带来便利性的同时也会产生了污染等问题，在选择脱模剂时不仅要考虑脱模性还要考虑价格，这也是影响脱模剂使用原因之一。 青岛科技大学研究生学位论文 3 莫菲特11申请了一种含硅脱模剂的制造专利。 该脱模剂持续脱模次数可达 14次，在高分子树脂材料的脱模性应用中发现制得的高分子制品具有光洁的外观和完整的表面，大大提高了脱模性。 Lu12等发明了一种水型硅脱模剂，并对所制得的脱模剂进行实验研究，发现该脱模剂在生产聚氨酯制品时具有较好的脱模性。经过 150 天的脱模实验
37、发现使用次脱模剂的模具仍然对制件保持良好的脱模能力。 小田匡彦13等通过化学反应制得改性聚硅氧烷有机硅脱模剂，然后对制得脱模剂进行应用发现，该脱模剂应用在乙烯聚合物脱模过程中具有较小的剥离力，如果对模具持续涂，抹脱模效果会相对更好。 Matsuo Hitoshi14等通过实验研究制得一种水剂型氟脱模剂，然后对制得的脱模剂进行实验研究，用聚乙烯材料进行了剥离力测试，与非氟脱模剂相比，发现最大剥离力为 108N， 脱模效果明显比非氟脱模剂要好。 其脱模剂结构式如图 1-1 所示。 图 1-1 脱模剂结构式 Fig.1-1 Release agent structure 脱模剂在使用过程中虽然能获得
38、较好的脱模性，但不同的橡胶制品需要不同种类的脱模剂，并且脱模剂也会对对制品和环境造成污染在实际生产当中，脱模剂工作周期短，基本每生产几模就需要喷涂一次，耗费了大量生产时间，造成生产效率低下等问题，同时连续使用脱模剂也会造成橡胶模具的粘模。 1.2.2 橡胶模具清洗技术的研究现状 橡胶模具在使用过程中受橡胶、炭黑、配合剂以及脱模剂等多种因素作用会出现综合沉积污染，其中主要污染物有无机氧化物以及硫化物等，沉积物形成后如果反复使用，沉积物就会变硬，并紧紧的粘附在橡胶模具表面。当附着物沉积到某种程度时，就会造成制品的表面缺陷，从而形成残次品甚至是废品，造成资源浪费，影响企业生产成本与效益，因此需要对模
39、具进行不定期的表面清洗15。 目前，对于橡胶工业来说常用的模具清理技术与方法主要有以下几种：机械清洗、化学清洗、电化学清洗、超声波清洗以及干冰清洗和激光清洗。 橡胶模具表面防粘涂层制备工艺及应用研究 4 机械清洗16用机械力除去附着物，目前在橡胶行业被广泛采用。该种方法在模具清理上简单且易操作，对设备以及工具等要求不是很高，但是在实际的应用当中，机械清理会对橡胶模具表面造成机械损伤，急剧缩短模具的使用寿命。 化学清洗是利用化学试剂与附着物的化学反应将附着溶解去除。在清洗过程中附着物与溶液反应时生成的气体也会对附着物的附着力起到剥离的作用，使附着物快速溶解在溶液中，从而加速附着物的清除17。化学
40、清洗法操作简便，成本低，但容易造成模具的腐蚀，缩短模具的使用寿命，甚至影响产品质量。同时使用化学清洗时溶剂的挥发不仅会损害人员健康，还会造成环境污染，必须有完备的污染物处理设备，也会造成成本的增加。目前，化学清洗法多数被小型橡胶制品企业采用16。 电化学清洗法16根据电解电泳原理实现对模具表面附作物的清洗。电化学清洗过程是将粘有附着物的模具放入电解池溶液中，然后通电，溶液中的水就会在模具表面被电解成氢和氧，并逐渐形成气泡，随着小气泡的逐渐变大，模具表面附着物被剥离掉，使附着物从模具表面脱落。由于电化学清洗法在清洗过程中会产生大量的氧气和氢气混合物，具有一定的危险性，同时废液也会造成环境污染，因
41、此，在实际应用中很少见此方法的使用。 超声波清洗法16是近几年新开发的模具清洗方法，其清洗过程主要是利用超声波的高频率以及高强度的振动，振动赋予附着物足够的能量脱离模具表面实现清洗作用。超声波的波长短并且具有较强的穿透力，能够集成一束传播且在传播过程中衰减很小等特点使得超声波能够产生带有穿透性并且快速传递带有强烈振动的波束，在清洗过程中容易实现把附着物抖落。如果加入液体会在模具表面产生速度梯度和声流，进一步削弱或除去附着物，使污物迅速脱离模具表面18。该法清洗速度快、能清洁复杂形状、劳动强度低以及表面洁净度高等优点，其最大的一个优点就是避免了对模具的损坏19，但是对较薄的板状基体进行超声波清洗
42、法容易造成基体破裂，另外对亚微米量级的颗粒的清洗具有较差的清洗效果20。 干冰清洗法16是将二氧化碳制成一定规格的干冰颗粒，然后利用喷射清洗机将干冰颗粒喷射到被清洗物体表面，使具有一定动能的颗粒破坏附着物与基体间的附着力而实现附着物的清除。干冰颗粒打在附着物上与附着物进行热交换，附着物迅速收缩脆化，由于膨胀系数不同遇冷后附着力减低，同时加上干冰颗粒的冲击以及空气吹扫，使附着物破碎并被剥离，实现对附着物清洗的目的。该方法优点是可在线清洗不需要对模具进行拆卸，快捷、无需冷却、节约时间以及对环境无污染；其缺点为产生的噪音较高，清洗成本高、主要应用于清洗表面质量要青岛科技大学研究生学位论文 5 求高的
43、领域21-22。 激光清洗是利用高能激光束清除附着物的一种清理方法。激光清理的机理为基体表面的附着物被激光照射后吸收激光能量迅速气化挥发或者膨胀并被蒸汽带动脱离基体表面23。激光清洗法主要有四种24：激光干洗，利用脉冲激光直接对模具表面进行辐射去污；激光加液膜的方法，进行清洗时首先在模具表面涂覆一层液体膜，然后再利用激光束辐射去污；激光配合惰气法，在进行激光束清洗模具的同时用惰性气体吹，使去除物能及时吹走；激光与试剂清洗，首先用激光使附着物松散，然后用非腐蚀性的试剂进行化学清洗。激光清洗具有安全可靠、污染小、适用范围广等优点，最为重要的是其能够快速、高效地清除固体表面的附着物，而且还能有效清除
44、放射性污染物，同时激光不会对模具造成机械磨损，也不会产生有毒有害气体以及噪音小等特点25，但是激光清洗设备成本较高。 模具在清洗时需要耗费大量时间，造成生产效率的降低，成本增加，并且有些会对橡胶模具造成了极大且难以修复的损伤与磨损，同时还不可避免的对环境造成污染，因此寻求一种能有效解决频繁清洗所带来的问题是极其必要的。 1.3 橡胶模具表面处理技术的研究现状 表面处理主要从改变模具表面结构、成分以及形貌出发，提高模具表面的抗粘附性、耐用性等各种性能要求。利用表面改性、表面涂覆或者不同表面复合技术处理的方法，使表面的物理形态、组织结构和化学成分发生变化，从而来达到所要求的表面性能26。当前，用于
45、模具表面的处理技术有很多种，将这些表面处理方法进行分类归纳，可以发现主要有以下三种：化学表面处理法、物理表面处理法和表面涂层处理法。 物理表面处理法是采用物理方法对模具表面进行一系列处理，使模具表面获得理想的各种性能等。常见的物理表面处理法主要有各种表面淬火以及喷丸强化等。物理表面处理法具有设备简单、成本低等优点，但生产率低，质量控制比较困难，对于形状复杂的模具处理比较困难，主要针对数量少和质量要求不高的模具。刘道新等27采用喷丸表面强化技术，使得材料表面耐腐蚀性、抗微动损伤性能均有所提高。 樊湘芳28对GCr12钢模具表面进行激光淬火， 使模具的抗冲击能力得到提升，模具表面硬度提高4-5HR
46、C，模具使用寿命提高20%以上。 化学表面处理法是将模具放入由一种或几种介质组成的溶液当中，然后对溶液进行加热，使溶液中的活性介质渗入到模具表面当中，从而使模具表面性能满足使用要求。 在生产当中常见化学表面处理方法有渗氮、 渗碳、 碳氮共渗、 渗铝、橡胶模具表面防粘涂层制备工艺及应用研究 6 渗硼等。 SelcukB等30对钢表面进行了碳氮共渗处理， 经处理后钢表面的摩擦系数降低， 工件表面的耐磨性得到明显提高。 WENDC29采用渗氮处理对钢的表面进行了改性，发现渗氮处理后钢基体表面的耐磨性、硬度以及耐腐蚀性都得到了明显的改善。 ZhouP等人31对基体材料进行了等离子渗铌处理的研究， 通过
47、渗铌处理后基体表面摩擦系数和磨损量都得到明显的降低，使材料表面耐磨损性能以及润滑性得到极大提高。 表面涂层处理即在模具表面上通过各种手段沉积或制备一层涂层，用来改善基体表面性能从而达到使用要求的技术。涂层的组织、材料、化学成分可以与基材完全不同，从而提高模具表面性能和满足所需工况条件。常用的表面涂层处理有表面镀层、喷涂、气相沉积等。其中电镀和化学镀在模具表面处理中属于传统技术，因对环境造成的影响较大或者针对性强等因素，在使用上受到了很大的限制。戴晟32等人在模具钢表面采用激光熔覆技术制备复合涂层，并对其进行摩擦试验研究发现涂层后模具表面硬度得到明显提升，同时模具表面的摩擦系数也得到明显改善。韩
48、春霞33等人在常用模具材料钢表面采用化学镀技术对模具表面进行涂层制备，发现镀层后模具表面的硬度得到明显提升，并且由表层到内层呈现梯度降低趋势，在耐磨性上涂层后摩擦因数和磨损失重更低，涂层具有较好的减磨抗磨效果。 模具表面处理的方法还有很多34，有很多已被应用到模具表面处理上，且已创造了巨大经济效益，有的还存在改善空间，所以进一步改进已有表面处理技术还需要进一步的研究。先进的处理技术主要是通过对模具进行表面强化与改进来提高其表面机械性能，但并不能有效解决模具的粘附问题。目前针对模具粘附的研究大多停留在理论和实验的研究阶段，矛盾观点很多，同时涉及成本以及适用性等很难得到有效的应用。可见模具表面粘附
49、及其产生的一系列问题，仍是当前难以解决的技术难题。在传统涂层技术领域，已有大量国内外人员开展了模具防粘涂层的相关研究，为模具防粘提供基础性理论指导。 1.4 氟树脂涂料发展和研究现状 1.4.1 氟碳涂料结构与性质 氟碳材料优异特性的根本来源为氟原子所具有的独一无二的特性。氟原子的电子分布决定了它的原子半径相对来说比较的小，而且也决定了它有较强的电子吸附能力，即电负性。在氟原子与碳原子结合成共价键时，由于 CF 化学键键长青岛科技大学研究生学位论文 7 比 CCl 键和 CC 键的键长短，且键能大，所以 CF 化学键是所有化学单键中键能最高的，在化学键断裂时需要的能量也是最大的，因此具有高度的
50、化学稳定性。几种化学键比较如表 1-1 所示35。 表 1-1 几种化学键比较 Tab.1-1 Comparison of Several Chemical Bonds 化学键 CF CCl CC 键长 nm 0.142 0.177 0.154 键能 KJ/mol 466 326 372 由于氟原子带有较多负电荷并且电负性强，所以使得临近氟原子间产生较大的斥力， 使得氟原子沿碳链 （一般聚烯烃分子的碳链呈锯齿状） 呈现螺旋形分布，中间碳链被外围氟原子所包围着， 同时由于氟原子具有屏蔽效应， 使得 CC 键得到有效的保护。由于氟的极化率极小，且整个分子链是非极性和绝缘的，所以在表现出热稳定和化学
