1.简介

自20世纪80年代中期以来，使用固体CO2 /干冰喷射进行橡胶模具的非磨蚀性清洁而不从模具中取出模具或产生二次废物流，这引起了模塑橡胶制品制造商的兴趣。如今，许多这些模塑橡胶产品制造商都意识到CO2 /干冰喷射技术及其降低生产停工时间和维护人工成本的潜力，同时提高产品质量和外观。事实上，模塑橡胶制品制造商构成了全球二氧化碳/干冰喷射清洁市场的主要部分。

在致力于为模塑橡胶制品行业开发应用解决方案的同时，突驰科技开始寻找解决噪音，人体工程学，操作员安全，工作区可访问性，系统可靠性和运营成本等一般问题的解决方案。在模塑橡胶制品行业中实施突驰CO2 /干冰喷射模具清洁的经济影响非常显着，并且效益分析的成本通常表示以月而不是年为单位的回报。

以下讨论将提供对最先进的突驰科技固体CO2 /干冰喷射橡胶模具清洁技术的理解。从成本到效益的观点来看，固体CO2 /干冰喷射模具清洁通常被证明是目前可用于橡胶模具清洁的许多方法和技术中的最佳选择。然而，有各种技术在干冰喷射工业中提供不同水平的模具清洁成本和性能。

不同类型的CO2 /干冰喷射系统和CO2 /干冰介质的模具清洁性能水平非常显着。如果不理解这些根本差异，可能会导致选择不合适的系统，并显着降低潜在的生产力增长和成本节约。

问题：为什么橡胶固化模具需要清洁？
所有模塑橡胶制品制造商面临的一个主要问题是模具结垢：橡胶模具固化表面上的残留物积聚主要是由脱模剂或所用粘合剂之间的化学反应造成的用于橡胶 - 金属粘合部件，以及在热和压力下的基础聚合物。采用注塑系统，一个主要的问题是保持模具表面在固化过程中交配或紧密接触，不会产生残留物，以减少闪光。对于多截面橡胶模具，这些模具部分之间的表面在模具闭合时彼此接触并且在部件上产生分型线。如果在模具的这个区域中积聚太多残留物，即使在压力机的极端挤压力下，模具部分也不会完全配合在一起。结果是在产品表面的分型线处出现明显的“闪光”。过量的闪光会导致额外的人工成本。对于设计为无毛边/无边框的模具，保持精密配合表面无污垢更为重要。在复杂的细节和模具的尖锐边缘或角落中积聚过多的污垢残留物会导致零件松动的细节（字母，标识等）和关键的横截面形状（密封唇，O形圈横截面等） ，都导致报废部件。

此外，空腔中过量的脱模剂会导致高度的脱模剂转移到零件上，导致表面光泽度不足，如玻璃等。尽管脱模剂可以使橡胶模塑过程受益，但是过量的空腔可能对过程有害。

另一个问题领域，特别是在注射和注射传递模具中，是污垢，流道，浇口和通风口的堵塞，具有污垢残留物，过度补充的脱模残留物和半固化橡胶。堵塞的通风口可能导致不填充和其他严重的部件缺陷。

最后，橡胶 - 金属粘合部件中使用的脱模剂残留物或粘合剂残留物的过度堆积会导致编织线和表面光泽度损失等缺陷，甚至导致部件粘在模具中并在拆除时撕裂。

将成本与效益进行比较 
作为一个例子，目前橡胶行业CO2 /干冰喷射模具清洁技术的用户进行了深入的成本效益分析，以比较CO2 /干冰喷射的价值与喷砂方法已经在他的工厂使用。在用CO 2 /干冰颗粒完成试验使用期后进行该研究爆破系统，并在最终购买系统之前。该用户考虑了资本和运营成本的所有方面，包括二氧化碳/干冰喷射设备的购买价格，二氧化碳/干冰颗粒的使用和成本与研磨介质的成本，两种类型的压缩空气和电力成本随着时间的推移，模具和按下停机时间以及两种类型的系统清洁，以及与其操作相关的其他模具维护成本。

二氧化碳/干冰颗粒喷射清理可以在传统离线方法所需时间的1/10（十分之一）到1/4（四分之一）内完成。有趣的是，通过使用CO2 /干冰喷射而不是现有的离线研磨模具清洁方法，向“公司管理”提出了“每天增加产品销售额”的成本 - 效益分析。该研究表明，“由于模具清洁造成的销售损失”每天将减少75％。换句话说，通过对所有模具采用CO2 /干冰喷射清洁技术，由于压榨停机时间每天“丢失”的零件总销售额被削减到仅为该数量的25％。基于这种提高的生产率，用户确定在60天内实现便携式CO2 /干冰颗粒喷丸模具清洁系统的完全回报。橡胶产品制造商已经进行了其他成本效益研究，结果相当，并且考虑到大多数橡胶模塑商的制造工艺的相似性，当使用CO2 /干冰替代研磨模具清洁时，通常会出现这种提高的生产率。

2.二氧化碳/干冰喷射清洁性能方面橡胶模具清洁系统 -影响清洁性能的模具条件因素

温度 
自模塑橡胶制品行业出现二氧化碳/干冰喷射清洁以来收集的数据支持了这样一个事实，即300°F至350°F（149°C和177°C）之间的橡胶模具可以比清洁3至4倍快。相同的模具在环境温度下（冷模具）。虽然引起这种现象的原因和机制尚不完全清楚，但许多不同橡胶制品生产商的固化部门的模具清洁经验证明了这一点。在涉及橡胶模具污垢，特别是EPDM，FKM，NR，NBR，HNBR，丁基化合物和氟代弹性体的案例研究中，已经确定基础聚合物中存在的活性化学物质，固化促进剂和抑制剂中的化学物质，许多脱模剂中的化学物质在固化温度下结合，在产品 - 模具界面处形成几乎类似玻璃的材料。该玻璃状材料不同于固化产物的聚合物材料。这种污垢残留物在高温下的玻璃状特性使其能够通过用CO 2 /干冰颗粒引起高水平的热应力或“热冲击”而破碎成小颗粒，因此容易从模具表面除去。由于固体CO2的温度为-109°F（-78.3°C），因此CO2 /干冰颗粒鼓风流是在残留层中引发热冲击的理想来源。在较低的温度（低于150°F / 65.6°C）下，污垢残留物可能变得更难以从模具表面移除，因为它类似于非常致密的粘弹性材料，它吸收CO2 /干冰颗粒的冲击能量。热冲击机制变得不太有效，因为材料和模具表面之间的温差非常小。总的结果是，从室温 - 或“冷” - 橡胶模具中去除污垢残留物可能变得非常困难，并且有时残留物根本不会响应CO2 /干冰喷射。

生产橡胶 - 金属粘合部件的模具的粘合剂污垢 
许多橡胶产品，特别是在汽车和振动安装市场中，由围绕并粘合到钢安装板或圆柱形中心钢管的橡胶隔离形状组成。这些橡胶 - 金属粘合部件需要将热活化粘合剂施加到金属部分，这在固化周期期间在金属和橡胶之间产生难以置信的强粘合。该方法的关注在于加热的粘合剂在固化温度下几乎液化，并且在高温固化循环期间多余的粘合剂流出部件，在模具表面上产生大量快速积聚的结垢。照片1下面，显示了模具表面上典型的橡胶 - 金属粘合剂粘合剂。

照片1 - 由橡胶 - 金属粘合剂粘合剂引起的典型霉菌污垢

幸运的是，这种类型的“烘烤”粘合剂污垢也类似于玻璃状残留物，其对温度梯度引起的CO 2 /干冰喷射的“热冲击”去除机制反应非常好。如果需要，橡胶 - 金属粘合部件模具可以在印刷机中进行清洁，如果需要，可以进行一次轮换，因此CO2 /干冰喷射为橡胶 - 金属粘合部件制造商提供了安全，易于使用且成本极高的成本保持模具连续生产的有效方法。

模具冶金与温度效应 
早期，橡胶产品模塑商对模具材料冶金的热致变化导致的模具表面损坏的可能性表达了有效的担忧。在使用马氏体和其他经过热处理和硬化的合金工具钢以及某些沉淀硬化铝合金时，这种担忧很强烈。20世纪90年代中期，大学和独立实验室冶金研究由几个“二氧化碳/干冰清洁早期采用者”橡胶模塑公司资助和执行。这些报告中的具体发现是支付研究费用的公司所有。但总的来说，得出的结论是：（1）在多次CO2 /干冰颗粒喷砂循环后，工具钢模具的马氏体或合金硬化结构没有发生冶金变化，（2）地下冷却（热梯度）工具钢可忽略不计（导热系数低），因此认为促进微裂纹的机理不存在。在具有较高导热率和通常较小的热质量的铝模具中，热梯度更大且更明显，但是在许多喷砂循环之后未发现沉淀硬化结构的变化。（由于热导率较高且热质量通常较小，因此热梯度更大且更明显，但在多次爆破循环后未发现沉淀硬化结构的变化。（由于热导率较高且热质量通常较小，因此热梯度更大且更明显，但在多次爆破循环后未发现沉淀硬化结构的变化。

模具表面状况 
磨料喷射介质，如塑料或玻璃珠，在去除残留物后通常会留下“裸金属”外观，即使在钢模塑橡胶制品模具上也是如此。这种“像新的”外观是欺骗性的，因为它是以从模具表面去除少量金属为代价实现的，并且通过赋予模具更“粗糙”的表面光洁度（更微的“峰和谷”）来实现。数以千计的磨蚀影响的凿削效果。粗糙表面产生原始模具表面中不存在的“锚定图案”。这导致污垢残留物以比在原始模具表面上更快的速率粘附和累积。

无边框工具 
许多橡胶产品模塑公司目前正在使用或正在考虑使用精密设计的工具钢无闪光/无模具模具。工具分型线上的橡胶毛边需要额外的制造工艺来去除它，额外的质量保证（检查）步骤来监控闪光去除的水平和有效性，产生必须处理和计算的废橡胶，所有这些都增加了整体生产成本。此外，某些类型的橡胶部件具有如此关键的表面光洁度和尺寸公差，只有无闪光/无调模具技术才能用于生产它们。无闪光/无调整工具几乎消除了部件闪光及其相关的降低成本的生产成本，但工具的资本成本要高得多，

由于存在工具侵蚀和损坏的风险，通常不能容忍对无毛边/无内胎工具的喷砂清理。非磨蚀性突驰科技干冰清洗技术可用于数百甚至数千次清洁循环，无需工具磨损。

二氧化碳/干冰喷射的非磨蚀性方面二氧化碳/干冰喷射不会磨损或腐蚀普通模具材料的表面，如工具钢和硬化铝。由于CO2 /干式喷砂仅去除模具表面上的残留物而不去除任何表面金属，因此固化模塑橡胶产品化合物的任何深色污渍都会留在模具表面，特别是钢模具上。在二氧化碳/干冰喷射之后，功能清洁，无残留的模塑橡胶产品模具最初可能不会被明亮的裸露金属表面的旧标准看起来干净。当第一个模塑橡胶产品固化并检查模塑细节的清晰度（特别是底切和锐角密封表面）和橡胶表面光泽度时，将看到模具清洁度的证据。

在研磨清洁后，必须立即用脱模剂对许多橡胶模具进行“调味”。这通常涉及在每个循环之后在空腔中喷射三到五个循环的部件，直到足够的非常薄的防粘涂层填充在粗糙表面的“谷”中。由于表面光泽缺陷等原因，在调味过程中运行的所有部件都会报废。使用CO2 /干冰喷射来清洁模具会随着时间的推移而缩短甚至，如某些情况所报告的那样，消除了模具调味时间并导致废料。这是因为在每个清洁循环期间模具表面不会严重粗糙，并且因为可以调节CO 2 /干冰喷射的能量水平以允许保留调味涂层。

如前所述，模具金属中的化学污渍通常不能通过非磨蚀性CO2 /干冰喷射除去。严重的化学污渍，可以从更多孔的模具金属中浸出，导致部件“起霜”，可能超出了二氧化碳/干冰喷射抵消的能力。在某些情况下，通过使用CO 2 /干冰喷射清洁可以显着减少模具的严重化学污染，所述CO 2 /干冰喷射清洁不会像喷砂一样持续打开表面孔隙。随着表面粗糙度下降和孔隙随着时间的推移而逐渐闭合，污渍浸出和污渍相关的缺陷也会减少。

3.轮胎和橡胶模具清洁技术：模具腐蚀和损坏研究 
最着名和广泛使用的橡胶和轮胎模具清洁方法是磨料颗粒喷砂。该方法非常经济，易于安装和维护，并且相对容易使用。所有形式的喷砂必须在封闭结构中进行，以防止细小的空气中的磨蚀性粉尘颗粒在工厂环境中分布，并捕获和回收用过的介质。用于清洁橡胶模具的最常用的磨料是玻璃，塑料，金属和陶瓷珠。这些介质在橡胶工业中得到了认可，因为它们被认为只是“轻度磨损”。

橡胶工业中使用的其他颗粒喷射介质的磨蚀程度和随后的模具腐蚀程度不同，包括硅砂，钢丸，核桃壳，苏打碳酸氢盐和磨料浸渍海绵。所有这些喷砂介质通常可以被捕获和再循环以用于多于一次的清洁过程。然而，它们最终都会分解（粉碎）成细粉尘，必须按照联邦法规进行处理。所有这些介质类型都被认为是“磨蚀性”的事实意味着模具最终会被侵蚀到必须进行大量返工或报废的程度。磨料颗粒喷砂模具清洁充其量只是在经济有效的清洁方法和降低的模具寿命/不断下降的橡胶产品质量之间的折衷。

磨蚀或甚至“轻度磨蚀”爆破也会导致其他问题。来自砂或玻璃珠喷砂的嵌入的二氧化硅“灰尘”残留物，或来自塑料介质喷砂（PMB）的嵌入塑料“灰尘”，可以改变橡胶模具的表面，足以防止某些脱模剂的适当化学键合。这些依赖于完全金属表面粘合以便提供许多固化循环的脱模剂实际上从模具表面脱离，并且由于由于“粘合阻塞”效应而在较少的固化周期中变得无效。砂砾残留物嵌入模具表面。当试图应用各种模具涂层以获得长期产品释放能力时，可能发生相同类型的化学“粘合阻挡”。一般来说，

存在或正在出现其他非研磨性模具清洁技术，包括激光烧蚀，化学冲洗和残余橡胶的机械粘合剂粘合。然而，这些方法仍处于发展阶段，并未真正为模塑橡胶制品行业的近期和近期需求提供可行的解决方案。在目前可用的所有普遍接受的“现成”橡胶模具清洁技术中，只有固体CO2 /干冰喷射被认为是非磨蚀性的，成本有效的，并且不产生二次废物流或粘合剂阻挡灰尘残留物在模具表面上。 下面的表1和表2显示了由一家主要轮胎制造商在1991年和1996年再次进行的两次模具侵蚀研究的数据。表1显示了1991年测试的结果，其中检查了二氧化碳/干冰颗粒爆破，以查看使用三种不同的二氧化碳/干燥的四种类型的轮胎模具材料（钢，锻造铝和两种类型的铸铝）中明显的侵蚀效应冰粒喷嘴配置。所有样品在300psi（20.7巴）的爆炸压力下用CO 2 /干冰颗粒喷砂。颗粒质量流速为每小时113.6千克。

4.突驰干冰清洗技术清洗模具的要点

总上所述，CO2 /干冰喷射利用两种类型的能量来完成模具污垢残留物的去除。CO2 /干冰颗粒大小直接影响表面可用的动能（速度或冲击）能量和热（温度梯度或热应力）能量的水平。大颗粒化CO 2 /干冰介质的直径通常为3mm，长度为5mm至8mm。由保存的干冰块产生的糖粒大小的片状颗粒大致为球形，直径为0.5mm至1mm。在颗粒化的CO 2 /干冰喷射系统中，当颗粒加速并且已经穿过喷射软管和喷嘴时，它们被破碎成大致均匀尺寸的直径约2mm的干冰球。

鉴于固体CO2（干冰）在两个颗粒中具有相同的密度，破碎的颗粒“球体”具有约为单个剃刮的薄片或颗粒的质量的4倍。再参考动能方程，每个颗粒，如果以与每个颗粒相同的速度行进，则在表面上提供颗粒或薄片的冲击能量的4倍。由于在单管喷射系统断裂粒料球体通常行进3倍比在双管系统中的剃块颗粒更快，由4×3倍的动能增加²= 36。这是高速单软管CO2 /干冰颗粒喷砂系统能够去除和去除锚固在底切和角部轮廓中的橡胶残余物以及橡胶模具通风口的能力的重要潜在因素。

热能取决于每单位时间输送到给定表面区域的固体CO2 /干冰的质量（颗粒的数量和大小）。由于固体CO2（干冰）在模具表面（246BTU /磅（0.45kg）固体CO2）将相变为蒸汽CO2，因此存在巨大的潜热传递。与每个冲击的CO2 /干冰颗粒的这种热交换在几毫秒内发生，并且热量主要来自薄层残余物，一些来自模具表面。正是这种瞬时的“仅表面”传热效应将热应力传递到残留物中并使其从模具表面破裂。

喷射喷嘴的出口或“尖端”必须与被清洁的表面保持1至1.5英寸（2.5至3.8厘米），以便从CO2 /干冰颗粒中获得最大能量。这些基本要求，加上大多数橡胶压力机有4到8英寸（10.2到20.3厘米）的喉部开口，20英寸（50.8厘米）或更高的“深度”（工具的长度），这就要求高速喷嘴和手持式喷头必须紧凑，能够以90°或更大的角度转动高速CO2 /干冰颗粒的流动，产生很少或没有喷嘴反推，并提供模具清洁剂在清洁模具时能够看到模具细节的能力。此外，喷嘴设计必须能够使用最低空气CFM（m3 / min）完成所有这些并且产生尽可能低的噪音，而不会牺牲传递到模具表面的显着的爆炸能量。

干冰喷射相关的噪音 
二氧化碳/干冰喷射设备产生的噪音是另一个需要考虑的因素。所有基于压缩气体（空气）的颗粒喷射技术都具有固有的噪音。在喷嘴出口处产生的噪声的功率水平很大程度上是压缩空气流出量和速度的函数。在较小程度上，总噪声的另一个组成部分是各个CO 2 /干冰颗粒或颗粒与空气流的空气动力学相互作用。在橡胶模具清洁操作中，来自喷嘴的噪声通过模具工具的平坦表面和/或压力机的内壁有效地反射回操作者。噪声，特别是以分贝（dbA）为单位的声压级（SPL），是人工CO2 /干冰喷射中需要克服的一个非常现实的问题和问题。

总结

从购买系统设备与电力，压缩空气，干冰颗粒介质成本的角度来看，主要模塑橡胶产品制造商进行的成本效益比研究已证明突驰干冰喷射清洗技术是目前橡胶模具清洁的最佳选择。干冰清洗技术在整个橡胶产品生产过程中最能够保持橡胶模具处于不受污染的状态。提供高水平的动能，能够去除深腔，底切，尖锐部分细节中的污垢残留物，以及去除由橡胶 - 金属粘合部件和过量脱模剂引起的快速堆积残留物。此外，突驰科技CO2 /干冰介质的热效应，快速清除玻璃状污垢残留物，可快速，高效，完整地清洗橡胶模具。