橡膠在汽車上的應(yīng)用與混煉的品質(zhì)管理

李建豪

（廣汽本田汽車有限公司技術(shù)部，廣東 廣州 510700）

1 橡膠概述及特性

橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料。橡膠的分子鏈可以交聯(lián)，交聯(lián)后的橡膠受外力作用發(fā)生變形時(shí)，具有迅速?gòu)?fù)原的能力，并具有良好的物理力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。

橡膠最獨(dú)特的是具有高彈性，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀。它有一定的機(jī)械強(qiáng)度，有緩和沖擊、吸收震動(dòng)的能力以及耐磨、絕緣、不透水、不透氣等優(yōu)良性能。某些特種合成橡膠還具有耐油、耐腐蝕、耐熱、耐寒、耐燃、耐老化、耐輻射等特點(diǎn)。

2 橡膠在汽車上的應(yīng)用

目前，橡膠制品已成為現(xiàn)代汽車上不可缺少的重要零部件，其重量占到整個(gè)汽車的4%～5%。汽車上常用的橡膠品種有天然橡膠 NR、丁苯橡膠 SBR、氯丁橡膠 CR、丁腈橡膠NBR、三元乙丙橡膠 EPDM、丙烯酸酯橡膠 ACM、氟橡膠FKM、硅橡膠Q和丁基橡膠IIR等。橡膠材料已廣泛應(yīng)用在汽車的各個(gè)系統(tǒng)， 主要包括密封制品、輪胎、減震制品、膠管制品等。

密封制品包括O型圈、回轉(zhuǎn)軸油封、密封條、防塵罩、平面密封墊等。O型圈一般使用H-NBR，油封一般使用NBR、ACM，車門密封條和防塵罩大多使用EPDM。

輪胎是由橡膠與金屬、纖維牢固結(jié)合在一起的復(fù)合制品，橡膠量占40%～50%，所用橡膠主要以通用型的NR、IR、BR、SBR和IIR為主。

減震制品使用的橡膠材料不僅具備一般性能要求，還有防振性能要求，包括動(dòng)倍率Kd/Ks、減衰系數(shù)tanδ、耐磨耗性。對(duì)于動(dòng)力總成支撐和底盤襯套的橡膠減震器件，為改善汽車的乘坐舒適性，必須采用減衰系數(shù)大而動(dòng)倍率低的材料，一般采用NR、NR+ BR，要求耐油的采用NBR，要求耐高低溫的采用硅橡，如排氣管吊耳，要求高阻尼的采用IIR。

膠管制品有燃油膠管、冷卻液膠管、制動(dòng)軟管、空調(diào)膠管、散熱器膠管等。燃油膠管材料主要以NBR+PVC為主，NBR+PVC根據(jù)所使用位置對(duì)燃油透過(guò)性的要求不同分低透過(guò)性NBR+PVC和普通NBR+PVC，如燃油箱通氣管、碳罐脫附管和燃油箱呼吸管使用單層低透過(guò)性NBR+PVC管，碳罐排氣管則使用單層普通NBR+PVC管，在燃油箱進(jìn)油管使用內(nèi)層3元系FKM/外層NBR+PVC的雙層管，在靠近發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)碳罐脫附管為增加管體強(qiáng)度和耐高溫能力使用內(nèi)層低透過(guò)性NBR+PVC/中間編織層/外層CM的三層管。制動(dòng)軟管分真空制動(dòng)軟管和液壓制動(dòng)軟管，材料主要以EPDM為主，真空制動(dòng)軟管使用內(nèi)層EPDM/中間編織層/外層EPDM的三層管，破壞強(qiáng)度在 2.45MPa以上，液壓制動(dòng)軟管使用內(nèi)層EPDM/第一編織層/中層EPDM/第二編織層/外層EPDM的五層管，破壞強(qiáng)度在 49.03MPa以上。空調(diào)膠管使用內(nèi)層 IIR/中間編織層/外層EPDM的多層管。

3 橡膠混煉工序及品質(zhì)管理

混煉是將生膠或塑煉膠與配合劑一起混煉的工藝，從而獲得物理機(jī)械性能指標(biāo)均一混煉膠，為后續(xù)的橡膠制品成型加工作好準(zhǔn)備。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)汽車橡膠制品廠家的生膠或塑料膠外購(gòu)，從橡膠混煉工序開始，進(jìn)行橡膠制品生產(chǎn)，當(dāng)然也有個(gè)別制品廠家提供混煉膠配方委外混煉?；鞜捘z的質(zhì)量好壞直接影響下工序的工藝性能和成品的最終質(zhì)量，混煉工序的品質(zhì)管理對(duì)混煉膠的質(zhì)量控制起關(guān)鍵作用。橡膠混煉的工藝流程主要有原材料檢查、配料稱量、混煉、質(zhì)量檢驗(yàn)、儲(chǔ)存停放。

3.1 原材料檢查和配料稱量

原材料質(zhì)量符合技術(shù)要求且質(zhì)量穩(wěn)定是保證混煉膠質(zhì)量和穩(wěn)定的前提。同一廠家生產(chǎn)的不同批次產(chǎn)品或不同廠家生產(chǎn)的原材料，即使質(zhì)量符合技術(shù)要求，也會(huì)存在或多或少的質(zhì)量差異，因此混煉膠原材料生產(chǎn)廠應(yīng)盡量選用產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、信譽(yù)好、規(guī)模大和行業(yè)內(nèi)地位領(lǐng)先的企業(yè)，且每種原材料的供應(yīng)商應(yīng)盡可能少，每次采購(gòu)數(shù)量也不能太小。原材料廠家頻繁更換或進(jìn)料批量過(guò)小，對(duì)混煉膠質(zhì)量的穩(wěn)定性，具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)原材料接收嚴(yán)格管理，在檢驗(yàn)合格后方可入庫(kù)。入庫(kù)檢查需要明確管理項(xiàng)目、判斷基準(zhǔn)、確認(rèn)方法和確認(rèn)頻次。

對(duì)橡膠制品所用的生膠或塑煉膠和配合劑按照技術(shù)配方規(guī)定稱量配合的過(guò)程，稱為配料稱量。配料稱量常出現(xiàn)的問(wèn)題有：一是配合劑稱量不準(zhǔn)確，如硫化劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、促進(jìn)劑的稱量高于配方用量，造成硫化膠硬度偏高；相反如果橡膠、增塑劑稱量多于配方規(guī)定用量或補(bǔ)強(qiáng)劑、硫化劑、促進(jìn)劑的稱量少于配方規(guī)定用量，也必然造成硫化膠硬度偏低；二是配合劑漏配錯(cuò)配，導(dǎo)致硫化膠物理機(jī)械性能不一致。因此，稱重配料品質(zhì)管理重點(diǎn)：一是稱量精確，計(jì)量設(shè)備滿足配料精度要求，而且保證計(jì)量器具干凈，精度零位準(zhǔn)確，有年度檢定和在工作前校準(zhǔn)；二是防漏防錯(cuò)防交叉污染，確保投入配料與配料容器一致性和稱量取出配料與配方一致性，注重標(biāo)識(shí)目視化管理，一種原材料專用一個(gè)配料量筒。

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)橡膠制品生產(chǎn)廠家采用配料防錯(cuò)系統(tǒng)，將原料庫(kù)存管理、配方管理、配料稱量融為一體，使用條形碼識(shí)別完成配料稱量與庫(kù)存管理，有效防止配料漏配錯(cuò)配，確保稱量精度，使每批配料都有記錄可追溯，并在原料出庫(kù)時(shí)遵循先進(jìn)先出原則，有效解決了在配料工序操作上的人為因素影響。

3.2 橡膠混煉

通過(guò)煉膠機(jī)將各種配合劑均勻地加入具有一定塑性的生膠進(jìn)行混煉。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)橡膠制品生產(chǎn)廠家采用二段混煉法，將生膠和除硫化劑外的配合劑經(jīng)密煉機(jī)混煉后，下片冷卻并停放一定時(shí)間，再到開煉機(jī)上加入硫化劑進(jìn)行混煉，并使其均勻分散，得到均勻的混煉膠。橡膠混煉的質(zhì)量是影響膠料進(jìn)一步加工和制品質(zhì)量的決定因素，即使配方再好的膠料，如果混煉不好，也會(huì)出現(xiàn)配合劑分散不均、膠料可塑度過(guò)高或過(guò)低、容易焦燒、噴霜等不良，導(dǎo)致壓延、擠出、涂膠和硫化等工藝不能正常進(jìn)行，而且還會(huì)導(dǎo)致制品性能下降。

混煉工序品質(zhì)管理要點(diǎn)其一就是煉膠設(shè)備的點(diǎn)檢管理，確保設(shè)備處于正常狀態(tài)?；鞜捵钪匾沫h(huán)節(jié)是溫度、時(shí)間、壓力三要素的綜合控制，對(duì)煉膠設(shè)備的點(diǎn)檢圍繞這三要素進(jìn)行。對(duì)設(shè)備監(jiān)控膠料溫度的熱電偶定期點(diǎn)檢，為準(zhǔn)確測(cè)量膠料的溫度，每月應(yīng)校正一次；對(duì)溫度報(bào)警裝置定期點(diǎn)檢，確保當(dāng)在溫度超過(guò)報(bào)警溫度時(shí)，高溫報(bào)警裝置能正常發(fā)出聲音報(bào)警及做出相應(yīng)提示；對(duì)冷卻水溫控裝置定期點(diǎn)檢，合適的冷卻溫度可以加速配合劑的分散、減輕配合劑與混煉室壁及轉(zhuǎn)子的粘附和提高混煉效率，同時(shí)還能有效控制混煉過(guò)程中溫度的升高；密煉機(jī)應(yīng)安裝功率記錄儀并定期校正，記錄混煉過(guò)程中的功率曲線，以便通過(guò)功率曲線判定混煉過(guò)程是否正常；對(duì)壓砣壓力傳感器定期點(diǎn)檢，保證顯示與實(shí)際值相符，無(wú)論是氣壓還是液壓均應(yīng)保證壓力相對(duì)穩(wěn)定。

混煉工序品質(zhì)管理要點(diǎn)其二就是嚴(yán)格按照工藝設(shè)定操作，使配合劑分散均勻，特別是炭黑等補(bǔ)強(qiáng)性配合劑達(dá)到最好的分散度，以保證膠料性能一致。在混煉過(guò)程中要保證混煉膠的質(zhì)量應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：各種用量少，但作用大的配合劑要充分混煉均勻，否則會(huì)引起膠料焦燒或硫化不熟；要嚴(yán)格按照混煉工藝規(guī)程、加料順序進(jìn)行混煉；混煉時(shí)間要嚴(yán)格掌握，時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，只有這樣才能保證混煉膠的可塑度；對(duì)用量大的炭黑和填充劑不要隨意拋灑，一定要用完；混煉操作應(yīng)避免硫化劑或 促進(jìn)劑飛揚(yáng)損失太多。

3.3 質(zhì)量檢驗(yàn)和儲(chǔ)存停放

質(zhì)量檢驗(yàn)是對(duì)混煉制成的終煉膠隨即取膠料試片在短時(shí)間內(nèi)用專門儀器進(jìn)行檢驗(yàn)，以此判斷終煉膠的合格。由于對(duì)應(yīng)快速的生產(chǎn)節(jié)拍以及混料膠料對(duì)停放環(huán)境的要求，混煉膠料需要進(jìn)行快速檢驗(yàn)，也稱為膠料快檢。在快檢過(guò)程中應(yīng)該把握以下幾點(diǎn)：檢查頻率必須是每批次，可以保證混煉每批次膠料的一致性；檢查項(xiàng)目包括：硬度、硫化曲線、門尼粘度、門尼焦燒、比重等多項(xiàng)指標(biāo)；檢查實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，盡可能靠近混煉場(chǎng)所，以便縮短檢驗(yàn)周轉(zhuǎn)期；檢查前后混煉膠料做好標(biāo)識(shí)區(qū)分，需要?jiǎng)澏ɑ鞜捘z待檢停放區(qū)域，待檢停放區(qū)域要求陰涼干爽；檢查合格蓋章后盡快入庫(kù)。

由于混煉膠加入硫化劑，停放的環(huán)境達(dá)到一定溫度后有焦燒反應(yīng)，影響混煉膠性能，因此在快檢到制品生產(chǎn)之間，需要對(duì)混煉膠儲(chǔ)存停放區(qū)域進(jìn)行溫濕度管理，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)橡膠制品生產(chǎn)廠家設(shè)置專門的混煉膠倉(cāng)庫(kù)，溫濕度分別設(shè)置在0～30℃和30～70%之間。同時(shí)，需要對(duì)混煉膠有效期進(jìn)行管理，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)橡膠制品生產(chǎn)廠家設(shè)置的有效期從7～30天以內(nèi)。

4 結(jié)論

橡膠是汽車工業(yè)當(dāng)中非常重要的材料，被廣泛應(yīng)用在汽車各個(gè)系統(tǒng)零件?；鞜掃^(guò)程是橡膠制品加工過(guò)程中的核心環(huán)節(jié)，其性能的優(yōu)良與否決定最終制品質(zhì)量，生產(chǎn)廠家通過(guò)對(duì)原材料檢查、配料稱量、混煉、質(zhì)量檢驗(yàn)、儲(chǔ)存停放等混煉工序品質(zhì)管理來(lái)保證混煉膠的品質(zhì)。