硫化工藝參數(shù)對(duì)汽車用天然橡膠膠料減震襯套粘接性能和耐濕熱老化性能的影響

何方科，胡余優(yōu)，丁斌煊，李 劍

（建新趙氏科技有限公司，浙江 寧海 315600）

減震襯套是車輛減震部件中最為典型的一類產(chǎn)品，由橡膠與金屬骨架通過(guò)粘合劑粘接而成，其主要作用機(jī)理為利用橡膠的高彈性和金屬骨架的高強(qiáng)度而在車輛行駛過(guò)程中發(fā)揮減震和耐磨的作用[1-3]。減震襯套裝配于汽車底盤上，常年與水汽和空氣接觸且工作環(huán)境溫度高，故要求其橡膠與金屬骨架具有優(yōu)異的初始粘接性能以及橡膠具有優(yōu)異的耐老化性能[4-7]。

研究[8-11]發(fā)現(xiàn)，在載荷作用下，大氣中的氧氣和臭氧以及光等因素會(huì)促進(jìn)橡膠與金屬之間發(fā)生開(kāi)裂、脫膠等現(xiàn)象。因此，提高減震襯套的耐濕熱老化性能[12-15]是汽車減震制品行業(yè)亟待解決的難題。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，減震襯套的耐濕熱老化性能成為高端車企越來(lái)越重視的耐候性指標(biāo)。

本工作采用正交試驗(yàn)研究硫化工藝參數(shù)對(duì)天然橡膠（NR）膠料減震襯套粘接性能和耐濕熱老化性能的影響，以期為減震襯套的耐濕熱老化性能研究提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，牌號(hào)CV60，越南進(jìn)口產(chǎn)品；炭黑N330，卡博特（中國(guó)）投資有限公司產(chǎn)品；底涂粘合劑Thixon P-6-EF和面涂粘合劑Thixon OSN-2-EF，杜邦（中國(guó)）研發(fā)管理有限公司產(chǎn)品；鋼鐵骨架，常州市金豪精密鋼管有限公司產(chǎn)品。

1.2 膠料配方

NR 100，炭黑N330 50，芳烴油 5，氧化鋅 5，硬脂酸 2，防老劑RD 2，防老劑4020 2，石蠟 2，硫黃 0.8，促進(jìn)劑CBS 2，促進(jìn)劑DTDM 0.9，促進(jìn)劑TMTD 0.3，其他 5。

1.3 主要設(shè)備和儀器

Sigma 100型注射硫化機(jī)，德國(guó)Desma公司產(chǎn)品；TY801-120型襯套壓縮機(jī)，寧波天譽(yù)機(jī)械有限公司產(chǎn)品；HPE Ⅱ數(shù)顯邵氏硬度計(jì)，德國(guó)Bareiss公司產(chǎn)品；GT-7001-LS30型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；SETH-Z-102UJ型高低溫濕熱試驗(yàn)箱，愛(ài)斯佩克試驗(yàn)儀器（廣東）有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 骨架的處理

骨架內(nèi)芯/中間套/外套→拋丸→磷化→涂覆底涂粘合劑→烘干→涂覆面涂粘合劑→烘干。

1.4.2 NR膠料減震襯套的硫化

使用注射硫化機(jī)（一出一模具）進(jìn)行產(chǎn)品硫化，塑化溫度為（80±5）℃，設(shè)定硫化溫度為（175±5）℃，實(shí)測(cè)硫化溫度為（155±5）℃，硫化時(shí)間為（500±50）s。

1.4.3 NR膠料減震襯套的縮徑

使用縮徑機(jī)將成型后的襯套從直徑37 mm縮小至35 mm。

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 NR膠料的性能

NR膠料的性能按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

1.5.2 NR膠料減震襯套的粘接性能

根據(jù)大眾汽車公司測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)PV3378方法A進(jìn)行NR膠料減震襯套的粘接性能測(cè)試。

2 結(jié)果討論

2.1 NR膠料的物理性能

NR膠料（硫化膠，在室溫下停放24 h）及其在溫度為70 ℃、濕度為85%～100%的條件下停放504 h后在室溫下測(cè)得的物理性能如表1所示[硫化條件為（155±5）℃×10 min]。

表1 NR膠料的物理性能Tab.1 Physical properties of NR compound

從表1可以看出，與初始狀態(tài)NR膠料相比，濕熱老化后NR膠料的邵爾A型硬度增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率減小。

2.2 硫 化工藝參數(shù)對(duì)NR膠料減震襯套粘接 性能的影響

NR膠料減震襯套的硫化工藝參數(shù)主要為硫化溫度、硫化時(shí)間和注膠壓力[16-18]，通過(guò)正交試驗(yàn)法確定最佳的硫化工藝參數(shù)。該正交試驗(yàn)是硫化溫度、硫化時(shí)間和注膠壓力的3因子3水平試驗(yàn)，采用L9（33）正交設(shè)計(jì)，試驗(yàn)因子與水平見(jiàn)表2[A，B和C分別為硫化時(shí)間（s）、硫化溫度（℃）和注膠壓力（MPa）]。

表2 試驗(yàn)因子與水平Tab.2 Factors and levels of tests

采用最大破壞力判定NR膠料減震襯套的粘接性能，每一條件的NR膠料減震襯套的最大破壞力取其5個(gè)試樣的平均值，通過(guò)計(jì)算極差和標(biāo)準(zhǔn)差判斷試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性，如表3所示。

從表3可以看出：硫化時(shí)間為400 s，隨著硫化溫度和注膠壓力的提高，NR膠料減震襯套的最大破壞力的極差和標(biāo)準(zhǔn)差逐漸減??；硫化時(shí)間從400 s延長(zhǎng)至600 s，NR膠料減震襯套的最大破壞力的極差和標(biāo)準(zhǔn)差總體呈減小趨勢(shì)。

表3 硫化工藝參數(shù)對(duì)NR膠料減震襯套粘接性能的影響Tab.3 Effect of vulcanization process parameters on adhesive properties of NR compound shock-absorbing bushings

各因子各水平的NR膠料減震襯套的最大破壞力標(biāo)準(zhǔn)差的平均值計(jì)算結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，硫化工藝參數(shù)中A因子水平3、B因子水平2和C因子水平3的NR膠料減震襯套的最大破壞力標(biāo)準(zhǔn)差的平均值最小。因此，NR膠料減震襯套粘接性能穩(wěn)定性最佳的硫化工藝參數(shù)組合為A3B2C3，即硫化時(shí)間為600 s，硫化溫度為155 ℃，注膠壓力為21 MPa。

表4 各因子各水平的NR膠料減震襯套的最大破壞力 標(biāo)準(zhǔn)差的平均值Tab.4 Average values of standard deviations of maximum destructive forces of each factor and each level of NR compound shock-absorbing bushings kN

根據(jù)最佳硫化工藝參數(shù)制得NR減震襯套，并進(jìn)行粘接性能測(cè)試，NR減震襯套的最大破壞力分別為28.49，28.48，28.46，28.76和28.52 kN，最大破壞力的極差和標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.3，0.111 kN。即最佳硫化工藝參數(shù)下NR減震襯套的最大破壞力的極差和標(biāo)準(zhǔn)差均最小，測(cè)試結(jié)果最穩(wěn)定。

2.3 硫 化工藝參數(shù)對(duì)NR膠料減震襯套耐濕熱老化性能的影響

采用最佳硫化工藝參數(shù)制得的NR膠料減震襯套（在室溫停放24 h）及其在溫度為70 ℃、濕度為85%～100%的條件下停放504 h后進(jìn)行粘接性能測(cè)試，NR膠料減震襯套濕熱老化后的粘接性能見(jiàn)表5。

從表5可以看出，濕熱老化后NR膠料減震襯套的最大破壞力平均值為22.74 kN，破壞試樣的覆膠率為100%，即試樣的破壞形式為膠料破壞，未出現(xiàn)粘接失效，說(shuō)明最佳硫化工藝參數(shù)下NR膠料減震襯套的NR膠料與骨架的粘接性能滿足要求。

表5 NR膠料減震襯套濕熱老化后的粘接性能Tab.5 Adhesive properties of NR compound shock-absorbing bushings after humid heat aging

3 結(jié)論

（1）與初始狀態(tài)NR膠料相比，濕熱老化后NR膠料的邵爾A型硬度增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率減小。

（2）NR膠料減震襯套粘接性能穩(wěn)定性最佳的硫化工藝參數(shù)組合為A3B2C3，即硫化時(shí)間為600 s，硫化溫度為155 ℃，注膠壓力為21 MPa。

（3）以最佳硫化工藝參數(shù)制得的NR膠料減震襯套在溫度為70 ℃、濕度為85%～100%條件下濕熱老化504 h后，其最大破壞力平均值為22.74 kN，破壞后覆膠率為100%，滿足NR膠料減震襯套的橡膠與金屬骨架的粘接性能要求。