1.簡介

自20世紀80年代中期以來，使用固體CO2 /干冰噴射進行橡膠模具的非磨蝕性清潔而不從模具中取出模具或產生二次廢物流，這引起了模塑橡膠制品制造商的興趣。如今，許多這些模塑橡膠產品制造商都意識到CO2 /干冰噴射技術及其降低生產停工時間和維護人工成本的潛力，同時提高產品質量和外觀。事實上，模塑橡膠制品制造商構成了全球二氧化碳/干冰噴射清潔市場的主要部分。

在致力于為模塑橡膠制品行業開發應用解決方案的同時，突馳科技開始尋找解決噪音，人體工程學，操作員安全，工作區可訪問性，系統可靠性和運營成本等一般問題的解決方案。在模塑橡膠制品行業中實施突馳CO2 /干冰噴射模具清潔的經濟影響非常顯著，并且效益分析的成本通常表示以月而不是年為單位的回報。

干冰清洗模具

以下討論將提供對最先進的突馳科技固體CO2 /干冰噴射橡膠模具清潔技術的理解。從成本到效益的觀點來看，固體CO2 /干冰噴射模具清潔通常被證明是目前可用于橡膠模具清潔的許多方法和技術中的最佳選擇。然而，有各種技術在干冰噴射工業中提供不同水平的模具清潔成本和性能。

不同類型的CO2 /干冰噴射系統和CO2 /干冰介質的模具清潔性能水平非常顯著。如果不理解這些根本差異，可能會導致選擇不合適的系統，并顯著降低潛在的生產力增長和成本節約。

問題：為什么橡膠固化模具需要清潔？所有模塑橡膠制品制造商面臨的一個主要問題是模具結垢：橡膠模具固化表面上的殘留物積聚主要是由脫模劑或所用粘合劑之間的化學反應造成的用于橡膠 - 金屬粘合部件，以及在熱和壓力下的基礎聚合物。采用注塑系統，一個主要的問題是保持模具表面在固化過程中交配或緊密接觸，不會產生殘留物，以減少閃光。對于多截面橡膠模具，這些模具部分之間的表面在模具閉合時彼此接觸并且在部件上產生分型線。如果在模具的這個區域中積聚太多殘留物，即使在壓力機的極端擠壓力下，模具部分也不會完全配合在一起。結果是在產品表面的分型線處出現明顯的“閃光”。過量的閃光會導致額外的人工成本。對于設計為無毛邊/無邊框的模具，保持精密配合表面無污垢更為重要。在復雜的細節和模具的尖銳邊緣或角落中積聚過多的污垢殘留物會導致零件松動的細節（字母，標識等）和關鍵的橫截面形狀（密封唇，O形圈橫截面等） ，都導致報廢部件。

干冰噴射

此外，空腔中過量的脫模劑會導致高度的脫模劑轉移到零件上，導致表面光澤度不足，如玻璃等。盡管脫模劑可以使橡膠模塑過程受益，但是過量的空腔可能對過程有害。

另一個問題領域，特別是在注射和注射傳遞模具中，是污垢，流道，澆口和通風口的堵塞，具有污垢殘留物，過度補充的脫模殘留物和半固化橡膠。堵塞的通風口可能導致不填充和其他嚴重的部件缺陷。

最后，橡膠 - 金屬粘合部件中使用的脫模劑殘留物或粘合劑殘留物的過度堆積會導致編織線和表面光澤度損失等缺陷，甚至導致部件粘在模具中并在拆除時撕裂。

將成本與效益進行比較作為一個例子，目前橡膠行業CO2 /干冰噴射模具清潔技術的用戶進行了深入的成本效益分析，以比較CO2 /干冰噴射的價值與噴砂方法已經在他的工廠使用。在用CO 2 /干冰顆粒完成試驗使用期后進行該研究爆破系統，并在最終購買系統之前。該用戶考慮了資本和運營成本的所有方面，包括二氧化碳/干冰噴射設備的購買價格，二氧化碳/干冰顆粒的使用和成本與研磨介質的成本，兩種類型的壓縮空氣和電力成本隨著時間的推移，模具和按下停機時間以及兩種類型的系統清潔，以及與其操作相關的其他模具維護成本。

二氧化碳/干冰顆粒噴射清理可以在傳統離線方法所需時間的1/10（十分之一）到1/4（四分之一）內完成。有趣的是，通過使用CO2 /干冰噴射而不是現有的離線研磨模具清潔方法，向“公司管理”提出了“每天增加產品銷售額”的成本 - 效益分析。該研究表明，“由于模具清潔造成的銷售損失”每天將減少75％。換句話說，通過對所有模具采用CO2 /干冰噴射清潔技術，由于壓榨停機時間每天“丟失”的零件總銷售額被削減到僅為該數量的25％。基于這種提高的生產率，用戶確定在60天內實現便攜式CO2 /干冰顆粒噴丸模具清潔系統的完全回報。橡膠產品制造商已經進行了其他成本效益研究，結果相當，并且考慮到大多數橡膠模塑商的制造工藝的相似性，當使用CO2 /干冰替代研磨模具清潔時，通常會出現這種提高的生產率。

2.二氧化碳/干冰噴射清潔性能方面橡膠模具清潔系統 -影響清潔性能的模具條件因素

溫度自模塑橡膠制品行業出現二氧化碳/干冰噴射清潔以來收集的數據支持了這樣一個事實，即300°F至350°F（149°C和177°C）之間的橡膠模具可以比清潔3至4倍快。相同的模具在環境溫度下（冷模具）。雖然引起這種現象的原因和機制尚不完全清楚，但許多不同橡膠制品生產商的固化部門的模具清潔經驗證明了這一點。在涉及橡膠模具污垢，特別是EPDM，FKM，NR，NBR，HNBR，丁基化合物和氟代彈性體的案例研究中，已經確定基礎聚合物中存在的活性化學物質，固化促進劑和抑制劑中的化學物質，許多脫模劑中的化學物質在固化溫度下結合，在產品 - 模具界面處形成幾乎類似玻璃的材料。該玻璃狀材料不同于固化產物的聚合物材料。

這種污垢殘留物在高溫下的玻璃狀特性使其能夠通過用CO 2 /干冰顆粒引起高水平的熱應力或“熱沖擊”而破碎成小顆粒，因此容易從模具表面除去。由于固體CO2的溫度為-109°F（-78.3°C），因此CO2 /干冰顆粒鼓風流是在殘留層中引發熱沖擊的理想來源。在較低的溫度（低于150°F / 65.6°C）下，污垢殘留物可能變得更難以從模具表面移除，因為它類似于非常致密的粘彈性材料，它吸收CO2 /干冰顆粒的沖擊能量。熱沖擊機制變得不太有效，因為材料和模具表面之間的溫差非常小。總的結果是，從室溫 - 或“冷” - 橡膠模具中去除污垢殘留物可能變得非常困難，并且有時殘留物根本不會響應CO2 /干冰噴射。

生產橡膠 - 金屬粘合部件的模具的粘合劑污垢許多橡膠產品，特別是在汽車和振動安裝市場中，由圍繞并粘合到鋼安裝板或圓柱形中心鋼管的橡膠隔離形狀組成。這些橡膠 - 金屬粘合部件需要將熱活化粘合劑施加到金屬部分，這在固化周期期間在金屬和橡膠之間產生難以置信的強粘合。該方法的關注在于加熱的粘合劑在固化溫度下幾乎液化，并且在高溫固化循環期間多余的粘合劑流出部件，在模具表面上產生大量快速積聚的結垢。照片1下面，顯示了模具表面上典型的橡膠 - 金屬粘合劑粘合劑。

照片1 - 由橡膠 - 金屬粘合劑粘合劑引

幸運的是，這種類型的“烘烤”粘合劑污垢也類似于玻璃狀殘留物，其對溫度梯度引起的CO 2 /干冰噴射的“熱沖擊”去除機制反應非常好。如果需要，橡膠 - 金屬粘合部件模具可以在印刷機中進行清潔，如果需要，可以進行一次輪換，因此CO2 /干冰噴射為橡膠 - 金屬粘合部件制造商提供了安全，易于使用且成本極高的成本保持模具連續生產的有效方法。

模具冶金與溫度效應早期，橡膠產品模塑商對模具材料冶金的熱致變化導致的模具表面損壞的可能性表達了有效的擔憂。在使用馬氏體和其他經過熱處理和硬化的合金工具鋼以及某些沉淀硬化鋁合金時，這種擔憂很強烈。20世紀90年代中期，大學和獨立實驗室冶金研究由幾個“二氧化碳/干冰清潔早期采用者”橡膠模塑公司資助和執行。

這些報告中的具體發現是支付研究費用的公司所有。但總的來說，得出的結論是：（1）在多次CO2 /干冰顆粒噴砂循環后，工具鋼模具的馬氏體或合金硬化結構沒有發生冶金變化，（2）地下冷卻（熱梯度）工具鋼可忽略不計（導熱系數低），因此認為促進微裂紋的機理不存在。在具有較高導熱率和通常較小的熱質量的鋁模具中，熱梯度更大且更明顯，但是在許多噴砂循環之后未發現沉淀硬化結構的變化。（由于熱導率較高且熱質量通常較小，因此熱梯度更大且更明顯，但在多次爆破循環后未發現沉淀硬化結構的變化。（由于熱導率較高且熱質量通常較小，因此熱梯度更大且更明顯，但在多次爆破循環后未發現沉淀硬化結構的變化。

模具表面狀況磨料噴射介質，如塑料或玻璃珠，在去除殘留物后通常會留下“裸金屬”外觀，即使在鋼模塑橡膠制品模具上也是如此。這種“像新的”外觀是欺騙性的，因為它是以從模具表面去除少量金屬為代價實現的，并且通過賦予模具更“粗糙”的表面光潔度（更微的“峰和谷”）來實現。數以千計的磨蝕影響的鑿削效果。粗糙表面產生原始模具表面中不存在的“錨定圖案”。這導致污垢殘留物以比在原始模具表面上更快的速率粘附和累積。

干冰爆破

無邊框工具許多橡膠產品模塑公司目前正在使用或正在考慮使用精密設計的工具鋼無閃光/無模具模具。工具分型線上的橡膠毛邊需要額外的制造工藝來去除它，額外的質量保證（檢查）步驟來監控閃光去除的水平和有效性，產生必須處理和計算的廢橡膠，所有這些都增加了整體生產成本。此外，某些類型的橡膠部件具有如此關鍵的表面光潔度和尺寸公差，只有無閃光/無調模具技術才能用于生產它們。無閃光/無調整工具幾乎消除了部件閃光及其相關的降低成本的生產成本，但工具的資本成本要高得多，

由于存在工具侵蝕和損壞的風險，通常不能容忍對無毛邊/無內胎工具的噴砂清理。非磨蝕性突馳科技干冰清洗技術可用于數百甚至數千次清潔循環，無需工具磨損。

二氧化碳/干冰噴射的非磨蝕性二氧化碳/干冰噴射不會磨損或腐蝕普通模具材料的表面，如工具鋼和硬化鋁。由于CO2 /干式噴砂僅去除模具表面上的殘留物而不去除任何表面金屬，因此固化模塑橡膠產品化合物的任何深色污漬都會留在模具表面，特別是鋼模具上。在二氧化碳/干冰噴射之后，功能清潔，無殘留的模塑橡膠產品模具最初可能不會被明亮的裸露金屬表面的舊標準看起來干凈。當第一個模塑橡膠產品固化并檢查模塑細節的清晰度（特別是底切和銳角密封表面）和橡膠表面光澤度時，將看到模具清潔度的證據。

在研磨清潔后，必須立即用脫模劑對許多橡膠模具進行“調味”。這通常涉及在每個循環之后在空腔中噴射三到五個循環的部件，直到足夠的非常薄的防粘涂層填充在粗糙表面的“谷”中。由于表面光澤缺陷等原因，在調味過程中運行的所有部件都會報廢。使用CO2 /干冰噴射來清潔模具會隨著時間的推移而縮短甚至，如某些情況所報告的那樣，消除了模具調味時間并導致廢料。這是因為在每個清潔循環期間模具表面不會嚴重粗糙，并且因為可以調節CO 2 /干冰噴射的能量水平以允許保留調味涂層。

如前所述，模具金屬中的化學污漬通常不能通過非磨蝕性CO2 /干冰噴射除去。嚴重的化學污漬，可以從更多孔的模具金屬中浸出，導致部件“起霜”，可能超出了二氧化碳/干冰噴射抵消的能力。在某些情況下，通過使用CO 2 /干冰噴射清潔可以顯著減少模具的嚴重化學污染，所述CO 2 /干冰噴射清潔不會像噴砂一樣持續打開表面孔隙。隨著表面粗糙度下降和孔隙隨著時間的推移而逐漸閉合，污漬浸出和污漬相關的缺陷也會減少。

3.輪胎和橡膠模具清潔技術：模具腐蝕和損壞研究

最著名和廣泛使用的橡膠和輪胎模具清潔方法是磨料顆粒噴砂。該方法非常經濟，易于安裝和維護，并且相對容易使用。所有形式的噴砂必須在封閉結構中進行，以防止細小的空氣中的磨蝕性粉塵顆粒在工廠環境中分布，并捕獲和回收用過的介質。用于清潔橡膠模具的最常用的磨料是玻璃，塑料，金屬和陶瓷珠。這些介質在橡膠工業中得到了認可，因為它們被認為只是“輕度磨損”。

橡膠工業中使用的其他顆粒噴射介質的磨蝕程度和隨后的模具腐蝕程度不同，包括硅砂，鋼丸，核桃殼，蘇打碳酸氫鹽和磨料浸漬海綿。所有這些噴砂介質通常可以被捕獲和再循環以用于多于一次的清潔過程。然而，它們最終都會分解（粉碎）成細粉塵，必須按照聯邦法規進行處理。所有這些介質類型都被認為是“磨蝕性”的事實意味著模具最終會被侵蝕到必須進行大量返工或報廢的程度。磨料顆粒噴砂模具清潔充其量只是在經濟有效的清潔方法和降低的模具壽命/不斷下降的橡膠產品質量之間的折衷。

突馳干冰清洗機

磨蝕或甚至“輕度磨蝕”爆破也會導致其他問題。來自砂或玻璃珠噴砂的嵌入的二氧化硅“灰塵”殘留物，或來自塑料介質噴砂（PMB）的嵌入塑料“灰塵”，可以改變橡膠模具的表面，足以防止某些脫模劑的適當化學鍵合。這些依賴于完全金屬表面粘合以便提供許多固化循環的脫模劑實際上從模具表面脫離，并且由于由于“粘合阻塞”效應而在較少的固化周期中變得無效。砂礫殘留物嵌入模具表面。當試圖應用各種模具涂層以獲得長期產品釋放能力時，可能發生相同類型的化學“粘合阻擋”。一般來說，

存在或正在出現其他非研磨性模具清潔技術，包括激光燒蝕，化學沖洗和殘余橡膠的機械粘合劑粘合。然而，這些方法仍處于發展階段，并未真正為模塑橡膠制品行業的近期和近期需求提供可行的解決方案。在目前可用的所有普遍接受的“現成”橡膠模具清潔技術中，只有固體CO2 /干冰噴射被認為是非磨蝕性的，成本有效的，并且不產生二次廢物流或粘合劑阻擋灰塵殘留物在模具表面上。 下面的表1和表2顯示了由一家主要輪胎制造商在1991年和1996年再次進行的兩次模具侵蝕研究的數據。表1顯示了1991年測試的結果，其中檢查了二氧化碳/干冰顆粒爆破，以查看使用三種不同的二氧化碳/干燥的四種類型的輪胎模具材料（鋼，鍛造鋁和兩種類型的鑄鋁）中明顯的侵蝕效應冰粒噴嘴配置。所有樣品在300psi（20.7巴）的爆炸壓力下用CO 2 /干冰顆粒噴砂。顆粒質量流速為每小時113.6千克。

4.突馳干冰清洗技術清洗模具的要點

總上所述，CO2 /干冰噴射利用兩種類型的能量來完成模具污垢殘留物的去除。CO2 /干冰顆粒大小直接影響表面可用的動能（速度或沖擊）能量和熱（溫度梯度或熱應力）能量的水平。大顆粒化CO 2 /干冰介質的直徑通常為3mm，長度為5mm至8mm。由保存的干冰塊產生的糖粒大小的片狀顆粒大致為球形，直徑為0.5mm至1mm。在顆粒化的CO 2 /干冰噴射系統中，當顆粒加速并且已經穿過噴射軟管和噴嘴時，它們被破碎成大致均勻尺寸的直徑約2mm的干冰球。

鑒于固體CO2（干冰）在兩個顆粒中具有相同的密度，破碎的顆粒“球體”具有約為單個剃刮的薄片或顆粒的質量的4倍。再參考動能方程，每個顆粒，如果以與每個顆粒相同的速度行進，則在表面上提供顆粒或薄片的沖擊能量的4倍。由于在單管噴射系統斷裂粒料球體通常行進3倍比在雙管系統中的剃塊顆粒更快，由4×3倍的動能增加2= 36。這是高速單軟管CO2 /干冰顆粒噴砂系統能夠去除和去除錨固在底切和角部輪廓中的橡膠殘余物以及橡膠模具通風口的能力的重要潛在因素。

熱能取決于每單位時間輸送到給定表面區域的固體CO2 /干冰的質量（顆粒的數量和大小）。由于固體CO2（干冰）在模具表面（246BTU /磅（0.45kg）固體CO2）將相變為蒸汽CO2，因此存在巨大的潛熱傳遞。與每個沖擊的CO2 /干冰顆粒的這種熱交換在幾毫秒內發生，并且熱量主要來自薄層殘余物，一些來自模具表面。正是這種瞬時的“僅表面”傳熱效應將熱應力傳遞到殘留物中并使其從模具表面破裂。

噴射噴嘴的出口或“尖端”必須與被清潔的表面保持1至1.5英寸（2.5至3.8厘米），以便從CO2 /干冰顆粒中獲得最大能量。這些基本要求，加上大多數橡膠壓力機有4到8英寸（10.2到20.3厘米）的喉部開口，20英寸（50.8厘米）或更高的“深度”（工具的長度），這就要求高速噴嘴和手持式噴頭必須緊湊，能夠以90°或更大的角度轉動高速CO2 /干冰顆粒的流動，產生很少或沒有噴嘴反推，并提供模具清潔劑在清潔模具時能夠看到模具細節的能力。此外，噴嘴設計必須能夠使用最低空氣CFM（m3 / min）完成所有這些并且產生盡可能低的噪音，而不會犧牲傳遞到模具表面的顯著的爆炸能量。

干冰噴射相關的噪音二氧化碳/干冰噴射設備產生的噪音是另一個需要考慮的因素。所有基于壓縮氣體（空氣）的顆粒噴射技術都具有固有的噪音。在噴嘴出口處產生的噪聲的功率水平很大程度上是壓縮空氣流出量和速度的函數。在較小程度上，總噪聲的另一個組成部分是各個CO 2 /干冰顆粒或顆粒與空氣流的空氣動力學相互作用。在橡膠模具清潔操作中，來自噴嘴的噪聲通過模具工具的平坦表面和/或壓力機的內壁有效地反射回操作者。噪聲，特別是以分貝（dbA）為單位的聲壓級（SPL），是人工CO2 /干冰噴射中需要克服的一個非常現實的問題和問題。

總結

從購買系統設備與電力，壓縮空氣，干冰顆粒介質成本的角度來看，主要模塑橡膠產品制造商進行的成本效益比研究已證明突馳干冰噴射清洗技術是目前橡膠模具清潔的最佳選擇。干冰清洗技術在整個橡膠產品生產過程中最能夠保持橡膠模具處于不受污染的狀態。提供高水平的動能，能夠去除深腔，底切，尖銳部分細節中的污垢殘留物，以及去除由橡膠 - 金屬粘合部件和過量脫模劑引起的快速堆積殘留物。此外，突馳科技CO2 /干冰介質的熱效應，快速清除玻璃狀污垢殘留物，可快速，高效，完整地清洗橡膠模具。