注射成型工藝對(duì)密封制品性能的影響

張頂峰 井瓊瓊 齊大翠 王彩君

(河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001)

橡膠密封制品廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)、建筑、宇航、電子、液壓等領(lǐng)域，隨著這些行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)橡膠密封制品的性能、質(zhì)量也有了更高的要求。橡膠成型技術(shù)有模壓成型、注壓成型和注射成型，傳統(tǒng)的模壓成型和注壓成型技術(shù)已很難滿(mǎn)足目前市場(chǎng)對(duì)高性能橡膠制品的需求。與其他工藝相比，注射成型技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):成型的制品質(zhì)地密實(shí)、尺寸精確、物理化學(xué)性能好;自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率高。注射成型技術(shù)因而得到人們的廣泛關(guān)注，發(fā)展迅速［1-4］。另一方面，高硬度的橡膠混煉膠粘度高，流動(dòng)性差，成型制品易出現(xiàn)表面流痕、燒焦、欠膠等現(xiàn)象，不易注射［5-6］。徐衛(wèi)星等人從注射模具的設(shè)計(jì)、從橡膠注射機(jī)參數(shù)的調(diào)整以及對(duì)密封圈注射成型硫化條件的篩選等方面，制備了滿(mǎn)足性能要求的O形橡膠密封圈制品［7］。本文在此基礎(chǔ)上，由高硬度的三元乙丙混煉膠注射成型橡膠制品，研究了注射成型工藝對(duì)密封制品性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與設(shè)備

三元乙丙混煉膠:陜西華興橡膠制品有限公司。

開(kāi)煉機(jī):XK-160，無(wú)錫潤(rùn)興機(jī)械制造有限公司。

擠出機(jī):XJ150，利拿式橡膠擠出機(jī)。

橡膠注射機(jī):YL-V20F，佛山伊之密精密橡膠機(jī)械有限公司。

硫化儀:MDR100E，無(wú)錫蠡園電子化工設(shè)備廠(chǎng)。

烘干箱:RGH-9036A，無(wú)錫市蘇瑞試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

橡膠硬度計(jì):GY-GS-HB，高鐵檢測(cè)儀器有限公司。

厚度計(jì):HD-10，上?；C(jī)械四廠(chǎng)。

電子拉力機(jī):AI-3000，高鐵檢測(cè)儀器有限公司。

1.2 試樣制備

1.2.1 材料制備

將三元乙丙橡膠的混煉膠放入開(kāi)煉機(jī)上混煉5min，薄通3-5次，包輥，切割成條狀;將膠條放入擠出機(jī)內(nèi)，擠出圓條狀的樣條，剪至合適長(zhǎng)度，備用。

1.2.2 硫化曲線(xiàn)測(cè)定

稱(chēng)取6g～8g三元乙丙橡膠的混煉膠，放置在硫化儀內(nèi)部，設(shè)置溫度分別為165℃、170℃、175℃，時(shí)間為40min，按照實(shí)驗(yàn)要求操作。試驗(yàn)得到T90、T10值如表1。

表1 不同溫度三元乙丙橡膠硫化曲線(xiàn)的T90、T10

備注:T10:焦燒時(shí)間 T90為工藝正硫化時(shí)間

從表1可以看出，代表焦燒時(shí)間的T10分別為0'50″、1'2″、1'4″，175℃焦燒時(shí)間為 0'50″，時(shí)間較短，不易操作，不利于生產(chǎn)。T90為工藝正硫化時(shí)間，在正硫化階段中，膠料的物理機(jī)械性能保持最高值或略低于最高值，而正硫化時(shí)間是膠料達(dá)到正硫化所需要的最短硫化時(shí)間，膠料保持正硫化階段的時(shí)間越長(zhǎng)，橡膠制品的物理性能越穩(wěn)定。因此，實(shí)際生產(chǎn)可根據(jù)T90時(shí)間設(shè)定制品的硫化時(shí)間。

1.2.3 試樣制備

根據(jù)在不同溫度下的硫化曲線(xiàn)T90顯示的時(shí)間，在注射機(jī)上設(shè)定不同溫度不同時(shí)間的硫化工藝，制備所需試樣。

1.3 性能測(cè)試

拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率測(cè)試按GB/T 528-2009測(cè)試;撕裂強(qiáng)度測(cè)試按GB/T 529-2008測(cè)試;硬度測(cè)試按GB/T 531-2008測(cè)試;硫化曲線(xiàn)測(cè)試按GB/T 9870.2-2008測(cè)試;壓縮永久變形測(cè)試按GB/T 7759-1996測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)性能

按照不同溫度不同時(shí)間的硫化工藝，注射拉伸試樣和撕裂試樣，做拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率以及撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2、表3和表4。

表2 溫度時(shí)間對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響(MPa)

表3 溫度時(shí)間對(duì)扯斷伸長(zhǎng)率的影響(%)

表4 溫度時(shí)間對(duì)撕裂強(qiáng)度的影響(kN/m)

從表2、表3、表4可以看出，溫度和時(shí)間對(duì)拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度的影響不大，相同時(shí)間內(nèi)，隨著溫度的升高，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度變化較小，降低幅度小，扯斷伸長(zhǎng)率則明顯降低。

圖1 不同硫化工藝下的扯斷伸長(zhǎng)率變化趨勢(shì)圖

相同時(shí)間內(nèi)，隨著溫度的升高，膠料的硫化程度增加，分子鏈之間形成的交聯(lián)鍵數(shù)量增多，形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。交聯(lián)鍵的存在，使分子鏈滑移困難，扯斷伸長(zhǎng)困難，故扯斷伸長(zhǎng)率降低較多，變化趨勢(shì)如圖1所示，8min時(shí)降低了21%，9min時(shí)降低了28%，10min時(shí)降低了30%。

2．2 硬度、壓縮永久變形

按照不同溫度不同時(shí)間的硫化工藝，注射試樣，做硬度、壓縮永久變形的試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5、表6。

表5 溫度時(shí)間對(duì)硬度的影響(邵A)

表6 溫度時(shí)間對(duì)壓縮永久變形的影響

從表5可以看出，相同時(shí)間內(nèi)，隨著溫度的升高，膠料的硬度明顯增加，升高了4%。而相同溫度下，隨著時(shí)間的增加，硬度無(wú)明顯變化。溫度升高，促使膠料的進(jìn)一步硫化，交聯(lián)鍵增多，硬度升高。

圖2 不同硫化工藝下的壓縮永久變形值變化趨勢(shì)圖

從表6可以看出，相同時(shí)間內(nèi)，隨著溫度的升高，膠料的壓縮永久變形值降低較多;而在同一溫度下，隨著時(shí)間的增加，壓縮永久變形值降低，圖2顯示了壓縮永久變形值變化的趨勢(shì)，8min時(shí)降低了49%，9min時(shí)降低了67%，10min時(shí)降低了53%。膠料在170℃的條件下壓縮永久變形值變化較小，膠料比較穩(wěn)定。隨著時(shí)間和溫度的升高，在硫化過(guò)程中，交聯(lián)鍵的增多，使得橡膠分子結(jié)構(gòu)中的雙鍵或活性官能團(tuán)的數(shù)量逐漸減少，而且使橡膠分子鏈段的熱運(yùn)動(dòng)減弱，耐熱氧老化性能提高，在經(jīng)受100℃ ×70h的壓縮變形后，不可恢復(fù)的壓縮量小，壓縮永久變形值低，表現(xiàn)出良好的回彈性和抗變形能力。

3 結(jié)論

在不同溫度下的硫化曲線(xiàn)，175℃的焦燒時(shí)間過(guò)短，不易操作，不利于生產(chǎn)。

在不同溫度不同時(shí)間的硫化工藝下，相同時(shí)間內(nèi)，隨著溫度的升高，膠料的扯斷伸長(zhǎng)率最多降低了30%，壓縮永久變形值最多降低了53%。而相同溫度時(shí)，隨著時(shí)間的增加，對(duì)膠料的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、硬度影響不明顯，而扯斷伸長(zhǎng)率有升高也有降低。

膠料在170℃，9min時(shí)的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度相對(duì)比較穩(wěn)定，在此硫化工藝條件下，膠料也表現(xiàn)了較高的扯斷伸長(zhǎng)率和硬度，較低的壓縮永久變形值。

［1］呂柏源，李景新，劉彭振，宗殿瑞．橡膠螺桿旋轉(zhuǎn)注射成型技術(shù)及成型機(jī)的研究［J］．橡膠工業(yè)，200l，48(3):38—43．

［2］周曉琳．橡膠注射成型機(jī)的應(yīng)用及新進(jìn)展［J］．特種橡膠制品．2007，22(5):46—51．

［3］呂柏源，孫凱，胡麗娟，范盈盈．縱論注射成型技術(shù)［J］．世界橡膠工業(yè)，2009，36(8):33—37．

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［5］白好勝編譯．橡膠注射成型中的問(wèn)題及對(duì)策［J］．世界橡膠工業(yè)，2006，33(2):27—31．

［6］于清溪．橡膠注射機(jī)現(xiàn)狀與展望［J］．橡塑技術(shù)與裝備，2006，32(11):5—11．

［7］徐衛(wèi)星，祁萬(wàn)斌，王彩君．O形橡膠密封圈注射成型工藝研究［J］．河南科技，2012，7:66 －67．