株洲時代新材料科技股份有限公司 硫化基本原理及硫化過程中常見的問題 開發中心試制部2010 7 Page 2 主要內容 硫化的定義硫化的四個階段硫化的三要素 橡膠與金屬粘接不牢氣泡炸邊缺膠 硫痕縮孔 Page 3 第一部分硫化的基本原理 1 1硫化的定義通俗的說法硫化就是從生膠變成熟膠的過程 教科書上的定義硫化是指橡膠線型結構的大分子鏈通過化學交聯而構成三維網狀結構的大分子的化學變化過程 并使膠料的物理機械性能及其他性能隨之發生根本變化的過程 也就是從塑性膠變成彈性膠的過程 Page 4 硫化過程中發生了硫的交聯 這個過程是指把一個或更多的硫原子接在聚合物鏈上形成橋狀結構 空間網狀結構 Page 5 1 2硫化的四個階段 誘導期 熱硫化期 硫化平坦期 過硫化階段 扭矩 時間 Page 6 誘導期誘導期又稱為焦燒時間 它決定于膠料配方成分 它的長短關系到生產加工安全期 有時候因為操作時間過長導致硫化后產品出現焦燒現象 就是因為操作時間超過了此種膠料的焦燒時間所致 1 2硫化的四個階段 Page 7 1 2硫化的四個階段 誘導期即焦燒時間 因為膠料實際焦燒時間是固定的 操作焦燒時間長 剩余焦燒時間就短 膠料在模具中流動時間就短 造成膠料還沒有充滿型腔就停止流動 所以我們要避免對膠料進行多次機械作用 Page 8 熱硫化期此時橡膠逐步產生交聯 生產網絡結構 使橡膠彈性和拉伸強度急劇上升 硫化平坦期此時交聯反應基本完成 繼而發生交聯鍵的重排 裂解等反應 曲線出現平坦期 此階段硫化橡膠保持最佳性能 處于正硫化階段 1 2硫化的四個階段 Page 9 過硫階段此階段就相當于硫化反應中網狀結構形成的后期 存在著交聯鍵的重排 但是主要為交聯鍵及鏈段的熱裂解反應 所以膠料的強力性能顯著下降 所以我們在確定硫化工藝時要保證硫化時間處于正硫化階段 不能過硫 否則產品性能會急劇下降 1 2硫化的四個階段 Page 10 1 3硫化三要素 硫化溫度 硫化壓力 硫化時間 硫化三要素 硫化三要素對產品硫化質量有決定性的影響 Page 11 1 3硫化三要素 硫化的溫度 直接影響到硫化速度和產品質量 硫化溫度高 硫化速度快 生產效率高 易生成較多的低硫交聯鍵 反之 硫化速度慢 生產效率低 易生成較多的多硫交聯鍵 硫化溫度的高低決定于膠料配方中的橡膠品種和硫化體系 也與產品形狀 大小 厚薄等因素有關 過高的溫度會引起橡膠分子鏈的裂解和發生硫化返原現象 使性能下降 Page 12 A 膠種B 硫化體系 同種膠料采用不同的硫化劑時 性能水平有很大差異 C 硫化方法 現在一般采用高溫硫化 即中模部分溫度150 以上 各種橡膠最適宜硫化溫度見下表 膠種適宜硫化溫度 天然橡膠143 160 丁苯橡膠150 100 190 三元乙丙橡膠160 180異戊橡膠151丁腈橡膠180 100 190 硅橡膠160 二次硫化 200 氯丁橡膠151 170 影響硫化溫度的因素 Page 13 1 3硫化三要素 硫化的壓力 在硫化過程中施加硫化壓力 其目的使膠料容易流動 同時使膠料中的氣泡 揮發份或空氣 容易排出 另外 還可以提高膠料的致密性和提高膠料與骨架材料的密著性 有助于提高硫化膠的物理機械性能 通常在硫化時 隨著硫化壓力的增大 硫化膠的很多物理機械性能 如強度 動態模數 耐疲勞性 耐磨性及與骨架材料的粘著性等相應提高 但過高的壓力反而使橡膠的某些性能降低 是因為高壓同高溫一樣會加速橡膠分子的熱解作用 一般來說 對硫化壓力的選取根據膠料的配方 可塑性和產品結構等來決定 在工藝上遵循的原則是 塑性大 壓力宜小 產品厚 層數多 結構復雜 壓力宜大 薄制品壓力宜低 甚至可用常壓 Page 14 1 3硫化三要素 硫化的時間 硫化時間決定于膠料配方 硫化溫度和壓力 同時也與產品結構和產品膠層厚度等因素有關 對于薄壁制品 可以根據正硫化時間性來直接確定硫化時間 對于制品厚度超過6mm 傳統工藝上 按每增加厚度1mm 在正硫化時間上加上47s Page 15 1 4硫化效應 硫化效應可以簡單的理解為在給定的硫化溫度 壓力和時間的條件下橡膠硫化所達到的效果 一般來說 要達到相同的硫化效應 提升硫化溫度 則必須減少硫化時間 這也就是我們現在實行的高溫快速硫化 通常是采用溶脹法測定膠料是否達到最佳硫化效應 Page 16 第二部分硫化過程中出現的基本問題及解決方法 硫化橡膠制品常見的缺陷一般表現為 橡膠 金屬粘接不牢氣泡炸邊缺膠或硫痕縮孔 Page 17 2 1橡膠金屬粘接不牢 底膠與金屬不粘底膠與面膠不粘面膠與橡膠不粘 Page 18 2 1橡膠金屬粘接不牢 粘合不牢的原因 硫化過程中存在的問題 二次污染 油 灰塵污染 膠粘劑在成型前已固化 裝 卸模時間過長 溫度達不到要求 硫化壓力不夠 金屬表面處理不好 噴砂 拋丸 不徹底 脫脂不完全 表面有返銹現象 表面除塵不干凈 磷化效果不好 隔離劑使用不當 涂抹部位不對 品種不合適 用量過多 產品結構設計不當 橡膠硬度選用過低 膠粘劑選用不當 膠種不同 骨架材料不同 應當選用相應不同的膠粘劑 膠粘劑使用不當 沒有干燥透 已失效 涂刷太厚或太薄 攪拌不均勻 粘度太高或太低 涂刷不均勻 模具結構設計不合理 逃逸孔位置不當 逃逸孔孔徑不當 公差及配合不合理 保壓不夠 壓力損失 處理后搬運 貯存不當 貯存環境不當 溫度 相對濕度 貯存時間太長 過程中的二次污染 膠料配方設計不合理 配方中油類軟化劑太多 硫化體系不當 內脫模劑或硬脂酸用量過多 其他未知因素 Page 19 2 2氣泡 橡膠表皮氣泡表現為橡膠表面存在比較明顯的光滑的氣泡突起海綿氣泡表現為橡膠表面存在海綿狀或明顯的粘性突起物 橡膠表皮氣泡產生原因一般為膠料本身夾裹氣體 加壓過程中不能被排出模具外 隨膠料一起硫化 從而在制品表面出現氣泡海綿氣泡也是因為模具型腔局部滯留氣體 從而影響傳熱和膠料受熱硫化 Page 20 2 2氣泡 Page 21 我們一般采用如下方法消除氣泡 回料時挑破膠料上的氣泡 改進開煉機回煉成型工藝 盡量避免氣體混入膠料 緩慢注膠 增加模具合模后放氣次數 增加排氣孔 溢料槽等 2 2氣泡 Page 22 0051187橡膠墊內孔氣泡 更改回料方法 內孔位置出現氣泡 Page 23 2 3炸邊 炸邊表現 炸邊出現原因 分型面處配合不緊密 膠料過多 不能排出模具外 導致型腔內壓過高 分型面有毛刺 制品橡膠表面入料口 溢料口 分型面或橡膠與金屬粘接處等部位出現體積較大的空洞 溝槽狀物 最主要出現位置在模具的分型面 Page 24 2 3炸邊 Page 25 0030099沙漏簧炸邊 采用開孔的方法 減小內壓解決 Page 26 2 4缺膠或硫痕 缺膠表現 橡膠沒有充滿整個型腔面 部位位置沒包到膠 硫痕表現為膠料在型腔內匯合處不能合攏 缺膠出現的原因 用膠量太少 逃膠孔太大 內壓不能完全建立 注膠孔太小 膠料硫化速度過快或流動性不好 導致膠料還沒充滿整個型腔就已開始硫化 脫模劑使用過多 以致膠料在型腔內匯合處不能合攏出現硫痕