一系簧粘接強(qiáng)度影響因素的工藝探究

翟繼芹, 穆洪帥, 溫泰斗, 侯 明

（株洲時代新材料科技股份有限公司, 湖南 株洲 412007）

一系簧粘接強(qiáng)度影響因素的工藝探究

翟繼芹, 穆洪帥, 溫泰斗, 侯 明

（株洲時代新材料科技股份有限公司, 湖南 株洲 412007）

以某型一系簧出發(fā)，試驗(yàn)了不同下料質(zhì)量、機(jī)臺壓力、各層橡膠進(jìn)膠速率對產(chǎn)品粘接強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著下料質(zhì)量的增加，橡膠的交聯(lián)程度及致密度增大，導(dǎo)致產(chǎn)品的粘接強(qiáng)度增大；機(jī)臺壓力增大亦會增大產(chǎn)品的粘接強(qiáng)度，但效果不明顯；各層橡膠進(jìn)膠速率的不同，對粘接強(qiáng)度影響不明顯，但是能夠明顯改善產(chǎn)品的粘接外觀，對解決產(chǎn)品因氣泡或由窩氣引起的粘合不牢有顯著效果。

一系簧；下料質(zhì)量；機(jī)臺壓力；進(jìn)膠速率；粘接強(qiáng)度

0 前 言

一系簧是由外套、隔套、芯軸及橡膠組成的金屬橡膠結(jié)構(gòu)件,是車輛一系懸掛的關(guān)鍵部件,為車輛一系懸掛提供合適的橫向和縱向定位剛度,起支承、減振作用（圖1、2）。在垂直方向給車體以彈性支撐；在列車的縱向和橫向提供柔性連接和彈性定位作用。對于存在相對運(yùn)動的橡膠制品,在工藝設(shè)計時應(yīng)充分考慮其粘接性能問題[1]。本工作結(jié)合某型一系簧粘接強(qiáng)度試驗(yàn),從工藝設(shè)計角度出發(fā),探討一系簧粘接強(qiáng)度的影響因素。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要原材料及配方

天然橡膠NR,3#煙膠片,海南橡膠廠；炭黑, N330,天津海豚炭黑有限公司；芳烴油,8115TN, Saipahan伊朗潤滑油公司；防老劑,4010NA,南京化學(xué)工業(yè)有限公司；硫磺,200目,貴州遵義金山化工廠。其他助劑均為市售橡膠工業(yè)常用材料。

基本配方（單位∶份）∶NR,100.0；炭黑N330,20.0；氧化鋅,4.0；硬脂酸,0.5；8115TN, 4.0；4010NA,2.0；硫磺,2.1；促進(jìn)劑,2.5；加工助劑,3.0。

圖1 一系簧在轉(zhuǎn)向架上的安裝位置示意圖

1.2 試驗(yàn)設(shè)備與儀器

X（S）K-160型開煉機(jī),上海橡膠機(jī)械一廠產(chǎn)品；拋丸機(jī),Q3210型,青島海寧鑄造機(jī)械有限公司；吊掛式涂膠烘干線,成都固為特自動化設(shè)備有限公司；平板硫化機(jī),HYL-400P,衡陽華意機(jī)械有限公司；電子萬能試驗(yàn)機(jī),CSS-55100,長春試驗(yàn)機(jī)研究所。

圖2 一系簧產(chǎn)品示意圖

1.3 產(chǎn)品工藝流程

產(chǎn)品的工藝流程如下∶鐵件→脫脂→拋丸→涂膠粘劑→烘干生膠→塑煉→混煉→停放→返煉預(yù)成型硫化→修邊→恒溫→試驗(yàn)

1.4 有限元分析

對某型一系簧產(chǎn)品進(jìn)行有限元分析,該產(chǎn)品采用邵爾A硬度為50±2的橡膠,在垂直方向拉伸100 mm（該產(chǎn)品粘接拉伸破壞位移為100 mm±20 mm）下,橡膠體沿隔板法向方向的最大應(yīng)力為18.7 kN,最大應(yīng)力位于下層橡膠上表面芯軸根部（圖3、4）。在極限拉伸時,最大應(yīng)力位置容易出現(xiàn)拉伸破壞。

圖3 幾何模型圖

圖4 橡膠部分沿隔板法向方向應(yīng)力分布云圖

1.5 粘接強(qiáng)度試驗(yàn)

產(chǎn)品完成硫化且恒溫24 h后,通過JYW-33CSS型萬能電子試驗(yàn)機(jī),按照圖5所示方法進(jìn)行破壞試驗(yàn),直至橡膠與金屬脫離為止∶

粘接強(qiáng)度=破壞力/破壞面積

由于所作實(shí)驗(yàn)中,產(chǎn)品破壞后芯軸與產(chǎn)品脫落,破壞面積即為芯軸覆膠的面積,且面積基本一致,因此在本文中,以破壞力來表征粘接強(qiáng)度。

圖5 粘接強(qiáng)度試驗(yàn)示意圖

2 結(jié)果與討論

粘接強(qiáng)度試驗(yàn)中,產(chǎn)品破壞后呈現(xiàn)的狀態(tài)是芯軸根部橡膠與橡膠脫離,這符合有限元分析結(jié)論“最大應(yīng)力位于下層橡膠上表面芯軸根部”,即在極限拉伸時,此處容易出現(xiàn)破壞（圖6）。

2.1 不同下料質(zhì)量對粘接強(qiáng)度的影響

固定硫化溫度150 ℃,硫化時間35 min,硫化機(jī)臺下壓質(zhì)量200 t,考察不同下料質(zhì)量對產(chǎn)品粘接強(qiáng)度的影響（如圖7所示）?？梢缘贸鼋Y(jié)論∶下料質(zhì)量越大,破壞力越大。這是因?yàn)殡S著下料質(zhì)量的增加,橡膠交聯(lián)程度增大,致密度增大,產(chǎn)品粘接性能增強(qiáng)[2]。

圖6 產(chǎn)品破壞后的照片

圖7 不同下料質(zhì)量對粘接強(qiáng)度的影響曲線

表1、圖8列舉出不同下料質(zhì)量下產(chǎn)品性能的測試結(jié)果及外觀?？梢钥闯觥秒S著下料質(zhì)量的增加,產(chǎn)品的壓縮高、破壞力及破壞位移均呈明顯上升的趨勢,這表明下料質(zhì)量的增加,在一定程度上提高了硫化程度,其溶脹指數(shù)測試結(jié)果也可證明這一點(diǎn)。下料質(zhì)量為800 g時,雖然產(chǎn)品外觀良好,但是壓縮高及破壞力均明顯低于下料質(zhì)量為820 g時的數(shù)據(jù),說明下料質(zhì)量為800 g時產(chǎn)品內(nèi)部硫化存在致密度不足的隱患。下料質(zhì)量為820 g與840 g時,壓縮高及破壞力、破壞位移無明顯差別,說明兩種下料質(zhì)量情況下,產(chǎn)品的硫化程度基本一致。下料質(zhì)量為860 g時,產(chǎn)品的壓縮高與840 g時的無明顯差別,但是破壞力有明顯上升趨勢,這是由于下料質(zhì)量超過了模腔所能承受的質(zhì)量,內(nèi)壓過大導(dǎo)致的；也正是因?yàn)橄铝腺|(zhì)量過多,內(nèi)壓過大,產(chǎn)品存在炸邊的外觀缺陷。

表1 下料質(zhì)量對產(chǎn)品外觀及性能的影響

圖8 不同下料質(zhì)量對壓縮高的影響

2.2 不同機(jī)臺壓力對粘接強(qiáng)度的影響

固定下料質(zhì)量為840 g,硫化溫度為150 ℃,硫化時間為35 min,采用不同的機(jī)臺壓力硫化產(chǎn)品,考察不同的機(jī)臺壓力對破壞力及破壞位移的影響（如圖9所示）。試驗(yàn)表明∶機(jī)臺硫化壓力增大會增加產(chǎn)品的破壞力,但效果不明顯。比如,機(jī)臺下壓質(zhì)量從200 t增加至400 t,破壞力僅增加9%（從34 kN增加至37 kN）,破壞位移無明顯差別。

圖9 不同機(jī)臺下壓質(zhì)量對粘接強(qiáng)度的影響曲線

2.3 調(diào)整各層橡膠注膠速率對粘接性能的影響

內(nèi)外層注膠速率的對比試驗(yàn)（圖10）表明∶調(diào)整各層注膠速率對破壞力沒有明顯影響,但對解決產(chǎn)品“氣泡或由窩氣引起的粘合不牢”有顯著效果。通過調(diào)整各層注膠流道,使各層橡膠注膠速率保持一致,能夠明顯改善產(chǎn)品的粘接外觀,對改善產(chǎn)品因氣泡或由窩氣引起的粘合不牢有顯著的效果。

圖10 內(nèi)外層注膠速率對比效果圖

3 結(jié) 論

（1）隨著下料質(zhì)量的增加,橡膠的交聯(lián)程度及致密度增大,產(chǎn)品破壞力及壓縮高均增大,產(chǎn)品粘接強(qiáng)度增大；但填膠量過大,易出現(xiàn)炸邊等外觀質(zhì)量問題。

（2）機(jī)臺壓力增大,會增大產(chǎn)品的粘接強(qiáng)度,但效果不明顯。

（3）各層橡膠進(jìn)膠速率的不同,對粘接強(qiáng)度的大小影響不明顯；但是使各層橡膠注膠速率保持一致的工藝方案,能夠明顯改善產(chǎn)品的粘接外觀,對解決產(chǎn)品因氣泡或由窩氣引起的粘合不牢有顯著改善的效果。

[1] 劉建勛, 卜繼玲. 軌道車輛轉(zhuǎn)向架橡膠彈性元件應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京∶中國鐵道出版社, 2012∶38-40.

[2] 楊清芝.現(xiàn)代橡膠工藝學(xué)[M].北京∶中國石化出版社, 2012∶281-288.

[責(zé)任編輯：朱 胤]

Study on the Inf uence Factors of Bonding Strength for Primary Springs

Zhai Jiqin, Mu Hongshuai, Wen Taidou, Hou Ming
(Zhuzhou Times New Material Technology Co., Ltd., Zhuzhou 412007, China)

Based on a primary spring product, the influence of feeding weight, curing pressure and rubber feeding rate of each layer on the bonding strength of the product were studied. The result showed that the degree of crosslinking, the density of the rubber and the bonding strength increased with the increasing of feeding weight. The bonding strength of the product increased slightly with the increasing of curing pressure. The bonding appearance and the adhesion failure caused by air bubble and air pocket can be improved signif cantly with different feeding rate of each layer which has no obviously effect on the bonding strength.

Primary Spring; Feeding Weight; Pressure; Feeding Rate; Bonding Strength

TQ336.4+3

B

1671-8232(2015)08-0041-04

2015-01-06

翟繼芹（1987— ）,工藝工程師,主要從事橡膠減震制品的工藝研發(fā)及質(zhì)量改進(jìn)工作。