橡胶制品生产问题探讨

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橡胶制品生产中的几点实践与思考
缪桂韶  华南理工大学材料学院
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一、混炼过程的“加料顺序”
众所周知，混炼是橡胶制品重要的加工历程，奇怪的是，关于混炼过程中配合剂的加料顺序，文献资料中却相对“模糊”，通常显现的是“人云亦云”、“照抄可也”的状况。或许，因为它有时也恰恰是“保密内容”。实践中，许多配方，对“加料顺序”“相对不必严谨”，“无招胜有招”、“糊涂炼胶”倒也“生产正常”；但又无可否认，有不少配方，若不注重“加料顺序”，炼不出合乎要求的混炼胶，有损后续工序的加工，生产不出“合格产品”。下面仅就开炼机混炼举几个例证。至于“原因”或“理由”，不想多加评说，留给读者“体会与思考”。
例1  （NR炭黑胶）/（汽门嘴）黄铜直接粘合
a）NR薄通达到（某个）塑炼胶可塑度，然后才加入炭黑，按步混炼，粘接力附胶量皆达标，测试数据稳定。
b）NR薄通，在未达到要求的塑炼胶可塑度时便加入炭黑混炼，即使随后再通过薄通母炼胶使之先达到a）法混炼胶的可塑度（总能耗比a）法多近一倍），然后按步混炼，也难以达到a）法的粘接效果，数据亦相当分散。
b）法中，NR过早同炭黑借助混炼而“结合”，使大分子链更难“断裂”，损害了流动性，损害粘接效果。
例2  （CR/炭黑）胶/黄铜直接粘合
$ G; J6 r  ~  E+ a, J( d2 NCR已薄通达到所要求的可塑度，然后
0 u5 G2 s: W2 B6 G! ?* u注：如果薄通塑炼时加入少量“转型剂FH 21O”，促使 CR构型转化，塑炼更快，效果更佳。
a）加完（炭黑/白炭黑）之类填料并适当捏炼之后才加入“直接粘合剂SW”，非均匀扯离粘接强度超过6MPa（最高可达到或超过1OMPa），附胶 100%。
7 K6 S; e' }- l+ x* jb）先加“粘合剂SW”然后加入（炭黑/白炭黑），极端的情况便是非均匀扯离粘接强度不足1MPa，附胶近于O%。
b) 法中，炭黑、白炭黑吸附“粘合剂SW”，或相互接触、反应，使之过早地消耗，大大失去粘接效力。
, [0 P# V; F1 t# x: I例3  低硬度橡胶制品
1 c4 }( m/ G0 r4 m对于常常借助“高油量”获取“低硬度”（如邵尔A30°）的橡胶制品，先加填料/最后慢慢加油的方法（后加油法），往往比其它方法（例如，填料/油拌均同加，填料与油间隔或分批加入）炼得均匀，物机性能好，数据也比较集中。至少，制品的表观状况，合模线处出现“烂边”的情况皆大大改善。低硬度（32°±3°）/高撕裂强度（大于45kN/m）的NR制品，采用这种混炼方法才能达标且有稳定的测试数据；实践证明，对于“低硬度/均匀细密微孔”海绵，“后加油法”也是行之有效的炼胶方法。
5 P- T( I8 k& F2005年年会作为“反向思维”例子提过的“后充胶法”，同样是这类“高油量/低硬度”橡胶制品的一种有效混炼方法。高粘度利于获取大的剪切力，有助填料分散。
例4  高门尼粘度 EPDM为主材的橡胶制品
对于高门尼粘度EPDM（例如荷兰DSM的8340A，ML 125℃值为 80；拜耳EPT 9650，ML 12℃值为94）为主材的配方混炼，除高辊温外，先（全部或适量）加油，调低粘度之后才小量分批加入炭黑，比之常见的（炭黑/油拌匀同加或间隔或分批加入）混炼方法，可获得相对优越、相对稳定的力学性能。
. m4 M5 ^% h8 |1 E3 y. |( N适度先降低粘度，有利于对填料的润湿，有利于填料混入与均匀分散。
例5  含（白炭黑/偶联剂）与炭黑的低硬度（40°）IIR制品
2 K/ e0 J/ ~" M$ x: q* a- Z调好辊距、辊温，IIR包辊并适度捏炼之后：
a）（白炭黑/偶联剂）小量，慢慢加入，逐步加大每次的“加入量”，每加完一批次，都要适量多炼一段时间，加完之后，左右割胶回炼，然后才加炭黑，所得混炼胶不仅“断面油润有光泽”、柔韧有力、流动性好，而且硫化制品亦表面光洁，无“小气泡”，合模线处“烂边”减少以至消除。
b）方法同a），但（白炭黑/偶联剂）开始时加料过快，加入量过多，甚至，如
6 `4 d& R& a, h4 E, Y. h3 ^c）先加炭黑，随后加（白炭黑/偶联剂），b）法与c）法皆难获得a）法的效果。
应该注意，IIR对不同类填料之间相互作用强度不尽相同，必然影响混炼效果。
1 t. D2 ?/ y8 H0 i: _例6  （NR/BR/炭黑）混炼胶
并用胶的炭黑加入方法（如，先掺后混，NR冲稀法、BR冲稀法、母炼胶掺合法）不同，所得混炼胶的加工性能、成品性能会有很不相同，这方面的国内外文献相当多。NR、BR对炭黑的亲和力不同，应依据所需要的（主要）性能（组合），选取合适的“炭黑加入方法”。借助不同的炭黑加入法，调整炭黑在不同胶相中的分布，并达到均匀分散，获取不尽相同的性能水平（或性能的平衡）。
例如，求耐疲劳，炭黑大部分或全部先加入NR中，适度炼胶后才加入BR进行后续混炼（BR冲稀法），耐疲劳性能明显优于其它三种方法，而且相对节省混炼时间。
2 E7 Z) o+ Z9 U总之，领悟与掌握“橡胶、配合剂相互之间的相互作用”，以及它对加工性能、物机性能、制品质量的效应，在实践中印证、调整，有助于恰宜地确认混炼过程的“加料顺序”。

- S8 W" y  h% ]0 B+ P2 P/ o. g( }二、硫化仪的t90
: j7 _) t+ ?6 j' w% `) ~0 H; V2002年年会，吴老师已谈过t90。
5 K% ?! I* \: A% h! e杂志上许多文章，硫化条件皆取t90，令人感到困惑。
1 T9 Y& G% k5 \7 M" xa）t90，“统计意义”的“恰宜硫化时间”，不一定是某个具体性能的“最佳硫化时间”。鉴于不同类制品偏重的具体性能（组）不同，应该对各种性能（耐疲劳、耐磨耗、撕裂强度等）相应的“恰宜硫化时间”有所了解、掌握，从而更有效地选取“硫化时间”。
b）对二烯类橡胶，如NR、BR、SBR及NBR，t90的 “统计意义”相对显然；有些橡胶（如 IIR、ECO）以及某些硫化体系，t90的统计意义就不那么明确了，有时要加倍t90时间才能硫化熟（如内部不出泡），在工厂、实验室，这已是屡见不鲜的事实。
c）由于人为设定硫化仪测试时间，对于“微斜上行”或“斜上行”的硫化仪曲线，t90大小明显依赖于“设定测试时间”，使计算得出的t90具有“不确定性”。
; _* F6 T7 U+ q' B& V' Z# Q3 Hd）硫化仪作为（在线）检测胶料品质（制定取舍）的仪器，从“有转子”到“无转子”，目的在于加快测试进程。这两种类型的硫化仪，试样厚度、有无转子、操作历程等差异导致 “传热效果”不同，虽有类似（形状）的“硫化历程曲线”，但计算得出的t90很不相同，“无转子”的t90小许多！由此应该想到，硫化设备（及模具）的“传热工况”同硫化仪的不同，差异更大，很多时候实际（产品）硫化条件除参考t90外还需借助硫化效应积分仪作出明智的调整。
6 _. `; I/ r. U- |e）并用胶，尤其是“并用组合”硫化机理不同，或者采用不同类型硫化体系的并用胶，“硫化仪曲线”及依此计算出的t90，有时只是“假象”，存在硫化不熟、内部发泡等等情况，对制品生产毫无意义。
6 Y+ e: H6 _7 L7 t. I5 {2 R笼统地说，t90只有“定性”以至“半定量”的含义，实际硫化条件应借助t90并依据实际工况作调整与确认，以确保产品质量。

( X$ z/ T0 i% r, L! a1 A三、 模压橡胶制品合模线“烂边”
; j) h0 W3 y* H$ V: a: r5 I“烂边”（“缩边”、“凹缩”，back riding），综合着配方、工艺以及模具设计的影响，至于具体情况那个因素或因素的组合在起作用，常常难以判断和“对症下药”！通常，含油量高的低硬度胶，含再生胶（胶粉）量高的胶，焦烧过短（或硫化过快）的胶，相对容易出现“烂边”。一之例3、例4表明炼胶工艺对“烂边”的效应。人所共知，适当调低硫化温度、相对严格控制填胶量及其适宜的分配，是工厂为消除“烂边”常常采用的工艺方法。至于“模具设计的效应”，下面举些例子，或者对解决“烂边”有点借鉴与帮助。
% n: T) a/ i% {' @例1  EPDM（邵尔A75～80°）导电胶
2000年笔者曾试制EPDM导电橡胶制品，采用模压法、“塑料注射模类宽流胶槽”，严重“烂边”。随后，修改成细线（宽、深约 1.0～1.5mm）流胶槽，配方与硫化工艺不变，“烂边”再没有出现。此法曾用于多种橡胶制品获得成功。
例2  
四轮驱动（遥控）模型赛车小轮胎采用四腔一模，各腔相对而独立，每腔的产品都在靠近模具中心部位“烂边”，估计模具不同区域受压差异所致，改用单腔模具，大大改进“烂边”以致消除，改用“单腔压注模”后则效果更佳。机械工业出版社，2007年1月，吴生绪编著，《橡胶成型工艺技术问答》一书P255 页，谈及产生“缩边”的成因等等；《世界橡胶工业》，2006，33（12）：41～47，王作龄译《橡胶的硫化与成型技术（七）》（译自日本2004年的文献），从更深的层次谈及“缩边”，多有借鉴意义。
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编者：本文原发表于《广东橡胶》2008年第7期

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