特種水下動(dòng)力電源用防腐內(nèi)襯設(shè)計(jì)

李渠 于海劍 閻中超

（1駐青島地區(qū)第二軍代室 2淄博火炬能源有限責(zé)任公司）

特種水下動(dòng)力電源殼蓋一體化技術(shù)是保障其實(shí)際使用安全可靠性的重要技術(shù)，其中殼內(nèi)防腐內(nèi)襯為其關(guān)鍵橡膠部件。該部件為中空大型超薄非標(biāo)橡膠件，具有壁薄、容積大、尺寸精度要求高的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。目前國內(nèi)類似大型薄壁的非標(biāo)橡膠件采用固體橡膠成型技術(shù)難度較大，因而多數(shù)采用橡膠膠乳材料成型技術(shù)和液體橡膠材料的成型技術(shù)，但其尺寸精度和耐酸腐蝕性能達(dá)不到特種水下動(dòng)力電源的使用要求。針對(duì)這一情況，在確保防腐內(nèi)襯各項(xiàng)性能滿足使用要求的前提下，對(duì)特種水下電源用防腐內(nèi)襯的配方和成型工藝進(jìn)行了研究，確立了合理有效的防腐內(nèi)襯制造工藝，試制出能夠滿足產(chǎn)品圖樣和理化性能要求防腐內(nèi)襯產(chǎn)品，并在新型號(hào)的特種水下動(dòng)力電源中得到應(yīng)用。

1 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

X(S)K-160型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠；XLB平板硫化機(jī)，青島第三橡膠機(jī)械廠；GT-M200A型拉伸試驗(yàn)機(jī)，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；LX-A邵爾硬度計(jì)，上海六中量儀廠；LH-3型無轉(zhuǎn)子硫化儀，山東德瑞克儀器有限公司；X(S)K-110型密煉機(jī)，大連橡膠華泰橡膠機(jī)械有限公司；XK-660開煉機(jī)，四川亞西橡塑機(jī)器有限公司；XY-36型三輥壓延系統(tǒng)，無錫神通橡膠機(jī)械廠；內(nèi)徑3m電熱蒸汽硫化罐，山東眾泰達(dá)工業(yè)裝備有限公司；耐電壓試驗(yàn)機(jī)，淄博拓馳機(jī)電有限公司。

2 配方設(shè)計(jì)

2.1 外形結(jié)構(gòu)

防腐內(nèi)襯的為大型薄壁、中空橡膠制品，最大外形尺寸為：640mm×350mm×1100mm，厚度1.6mm～2.0mm。膠袋的結(jié)構(gòu)和具體的尺寸要求見圖1。

圖1 防腐內(nèi)襯的外形結(jié)構(gòu)

2.2 配方設(shè)計(jì)

2.2.1 生膠選擇

特種水下動(dòng)力電源用防腐內(nèi)襯長期在溫度為35℃～70℃、濃度為40%的硫酸介質(zhì)中工作，使用時(shí)間為6年，因此要求防腐內(nèi)襯具有極佳的耐酸腐蝕性能和電絕緣性。由于氯丁橡膠具有良好的耐化學(xué)介質(zhì)、耐熱性能等諸多優(yōu)良性能，在世界各國的防腐領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。根據(jù)混煉膠料要具備良好的可塑性和流變性能的工藝要求，生膠選用門尼粘度最低的CR2321牌號(hào)氯丁橡膠。

2.2.2 硫化體系的選擇

氯丁橡膠與其它二烯類橡膠不同，其分子中氯原子使雙鍵的活性降低，需采用金屬氧化物硫化體系，其主硫化劑為氧化鋅，因其活性大，易焦燒，故常與氧化鎂配合使用。通常的促進(jìn)劑一般不適用于氯丁橡膠，有的硫化速度過快，有的過慢，為延長膠料的焦燒時(shí)間，配方中采用DOTG＋TMTM＋S與ZnO、MgO并用硫化體系，經(jīng)檢測(cè)，該體系的焦燒時(shí)間（125℃）可達(dá)35min，具有高度的加工安全性。

2.2.3 防老劑的選擇

防老劑選擇耐臭氧龜裂、曲撓龜裂、熱、氧、光性能均較為優(yōu)異的4010NA，用量為2份[2]。

2.2.4 軟化體系的選擇

軟化體系可明顯改善膠料的流動(dòng)性，縮短膠料在模具型腔流動(dòng)的充模時(shí)間。氯丁膠常用石油系軟化劑，由于成型工藝對(duì)膠料的塑性和流變性能要求較高，配方中采用變壓器油、石蠟、古馬隆樹脂、硬脂酸并用體系。古馬隆既能保持氯丁橡膠良好的硫化特性，保證加工生產(chǎn)要求，并且其用量為10份時(shí)，使氯丁橡膠得到明顯較優(yōu)綜合力學(xué)性能[3]。并用體系除提高膠料的塑性外，其中石蠟在配方中與4010NA并用可進(jìn)一步提高硫化膠的耐老化性能；古馬隆樹脂可提高膠料的粘性，降低膠料的結(jié)晶速度；硬脂酸能夠促進(jìn)炭黑的分散，適當(dāng)降低膠料充模過程的硫化速度，提高工藝安全性。

2.2.5 補(bǔ)強(qiáng)和填充體系

氯丁橡膠屬于結(jié)晶型聚合物，純膠就具備較高的物理機(jī)械性能。炭黑增強(qiáng)后的氯丁橡膠硫化膠的屈服強(qiáng)度和模量均得到明顯提高，且力學(xué)性能在炭黑用量為30份（質(zhì)量）時(shí)達(dá)到最佳[4]。配方中添加適量的補(bǔ)強(qiáng)劑可進(jìn)一步提高制品的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度等物理性能，降低膠料成本，改進(jìn)膠料的工藝加工性能。大多數(shù)填充劑會(huì)影響膠料的流動(dòng)性、粘度、焦燒和硫化速度，根據(jù)各類填充劑與氯丁橡膠的配合特性，配方選擇對(duì)膠料流動(dòng)性影響不大且具有補(bǔ)強(qiáng)作用的半補(bǔ)強(qiáng)炭黑N762和無機(jī)填料陶土并用的補(bǔ)強(qiáng)填充體系。

2.2.6 防焦劑的選擇

防焦劑選用對(duì)氯丁橡膠具有增塑和遲延硫化作用的二硫化二苯并噻唑（DM）。

2.3 配方確定

配方試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行。通過對(duì)上述材料的分析，初步確定了配方中常量因素、變量因素、水平因子；根據(jù)變量因素和水平因子由正交關(guān)系得到初步配方。通過對(duì)初步配方的性能檢測(cè)確定了最優(yōu)水平組合，所確定的配方見表1。

表1 防腐內(nèi)襯配方

2.4 原材料牌號(hào)及廠家

氯丁橡膠，牌號(hào)CR2321，山西霍家長化合成橡膠有限公司；工業(yè)輕質(zhì)氧化鎂，青島和升怡鎂鹽有限公司；氧化鋅，牌號(hào)為間接法，海順新材料有限公司產(chǎn)品；炭黑，牌號(hào)N762，天津億博瑞化工有限公司；煅燒高嶺土，牌號(hào)400目，兗礦北海高嶺土有限公司；工業(yè)硫磺，淄博市淄川東岳化工工廠；促進(jìn)劑DOTG，上海君浦化工有限公司；防老劑4010NA，中國石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司；促進(jìn)劑TMTM，天津市茂豐橡膠助劑有限公司等。

3 工藝流程

3.1 混煉膠制備工藝流程

氯丁塑煉膠→氧化鎂、防老劑、石蠟、古馬隆等配合劑→炭黑、陶土和油→氧化鋅→促進(jìn)劑→硫黃→薄通→下片（7mm）→晾置→預(yù)熱→壓延出片（約2mm）→晾置。

防腐內(nèi)襯的關(guān)鍵工序是出片成型工序，該工序直接影響產(chǎn)品的尺寸精度、物理性能和生產(chǎn)效率[5]。壓延出片工藝程序如下：使用XK-660開煉機(jī)將冷卻后12h以上的混煉膠重新預(yù)熱。預(yù)熱后膠片厚度控制在4mm～6mm左右，將膠料輸送至壓延機(jī)系統(tǒng)。

為避免壓延后的膠片經(jīng)過隔離劑槽、冷卻系統(tǒng)被撕裂，將三輥壓延機(jī)的中下輥筒轉(zhuǎn)速與冷卻系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)相近，適當(dāng)將提高膠片厚度提高至2.0mm～2.1mm。調(diào)整三輥壓延機(jī)上中輥間距為2.0mm左右，將壓延機(jī)擋板之間的間距調(diào)節(jié)為780mm左右，在輥筒后安裝后裁刀，將多余得的膠片裁剪掉。壓延流程的示意圖見圖2。

圖2 壓延生產(chǎn)線示意圖

3.2 防腐內(nèi)襯制備工藝流程

膠片裁剪→涂刷氯丁粘合劑、晾置→裝?！夏！〕鰳悠?。

按照?qǐng)D3裁剪膠片，涂膠完畢后晾置。裝模時(shí)將裁剪好的膠片圍在模芯上，將四片底部膠片搭接在一起后，在底部膠片上放置一層厚度為2.0mm、長寬尺寸為640mm×350mm的膠片，壓緊搗實(shí)。在模具貼合膠片時(shí)，排出膠片與模芯之間的空氣。合模將模具放入硫化罐內(nèi)，準(zhǔn)備硫化。硫化成型方式采用慢速分段硫化工藝方式進(jìn)行，使用組合模具在（80～100℃）分段合模加壓定型、升溫至（160～170℃），硫化時(shí)間為40min。

圖3 膠片裁剪方式

4 性能檢測(cè)

4.1 混煉膠物理性能檢驗(yàn)

對(duì)混煉膠的塑性、硫化特性、混煉均勻性、焦燒時(shí)間、門尼粘度等項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 氯丁混煉膠性能檢驗(yàn)結(jié)果

4.2 物理性能檢驗(yàn)

對(duì)混煉膠的拉伸強(qiáng)度、伸長率、相對(duì)永久變形、硬度（邵爾A）、耐老化系數(shù)、耐酸系數(shù)、耐酸質(zhì)量增減，鐵含量、消耗高錳酸鉀溶液等項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 氯丁混煉膠物理性能檢驗(yàn)結(jié)果

4.3 外形尺寸、重量

成型后的防腐內(nèi)襯的外形尺寸、重量檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 成型后的防腐內(nèi)襯外形尺寸、重量檢驗(yàn)結(jié)果

4.4 外觀質(zhì)量檢驗(yàn)

防腐內(nèi)襯試制樣品的外觀質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 防腐內(nèi)襯外觀質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果

4.5 耐電壓強(qiáng)度檢測(cè)驗(yàn)

試驗(yàn)方法：將防腐內(nèi)襯放入水池中，注水入防腐內(nèi)襯，使防腐內(nèi)襯內(nèi)水位低于上邊緣（100±20）mm，水池內(nèi)水位高度與防腐內(nèi)襯內(nèi)水位一致。開啟風(fēng)機(jī)將防腐內(nèi)襯上口部位附著的水珠吹干后，將連接變壓器高壓輸出端的導(dǎo)線浸在待試驗(yàn)的防腐內(nèi)襯水中，接地良好的導(dǎo)線浸到容器的水中。開啟變壓器，用1kV/s～2kV/s的速度調(diào)節(jié)二次電壓至5kV，開始計(jì)時(shí)。持續(xù)15s后防腐內(nèi)襯無被擊穿現(xiàn)象。

5 結(jié)論

通過氯丁橡膠配方設(shè)計(jì)和防腐內(nèi)襯的成型工藝試驗(yàn)，確立了防腐內(nèi)襯的配方和成型工藝；試驗(yàn)結(jié)果表明，防腐內(nèi)襯的外形尺寸、外觀質(zhì)量和理化性能均達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)的要求。