丁腈橡膠（NBR）模壓制品質(zhì)量的工藝影響因素

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 　　國長鳳，哈爾濱中北橡塑制品有限公司

　　摘要：分析丁腈橡膠（NBR）模壓制品質(zhì)量的工藝影響因素。NBR模壓制品產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的主要工藝因素為：膠料混煉工藝、膠料粘度、膠料停放時間、膠料尺寸，模具結(jié)構(gòu)和尺寸公差、硫化溫度、硫化壓力和硫化時間等。采取針對性措施，可有效解決NBR模壓制品的質(zhì)量問題。

　　丁腈橡膠（NBR）主要用于制備橡膠制品。隨著溫度升高和丙烯腈含量增大，NBR熱塑性提高。熱塑性好的膠料成型流動性好，適用于模壓制品制備。模壓橡膠制品是將一定形狀和質(zhì)量的混煉膠裝入模具，在平板硫化機上硫化，然后脫模、修邊而制成。模壓橡膠制品質(zhì)量的優(yōu)劣一般由膠料配方和加工工藝決定。本文主要探討影響NBR模壓制品質(zhì)量的工藝因素。

　　1· NBR模壓制品常見的質(zhì)量缺陷

　　模壓的目的是使橡膠制品具有一定的形狀和物理性能，并避免表面缺陷。NBR模壓制品常見的質(zhì)量缺陷如下：在分型線處撕裂，表面有流動痕跡、不光滑、噴霜、翹起或卷起、重皮裂口，內(nèi)部有氣泡，尺寸收縮過大，脫模時產(chǎn)生裂口。

　　2· NBR模壓制品質(zhì)量影響因素

　　制備NBR模壓制品必須注意混煉膠制備、模具設(shè)計和硫化條件等因素。

　　2.1 混煉膠制備

　　2.1.1 混煉工藝

　　配合劑分散不良會影響NBR模壓制品的物理性能。例如硫黃在NBR中溶解度小，不易分散，常會導(dǎo)致橡膠制品脫模時撕邊剝落或表面泛白，當(dāng)硫化膠拉伸時還能看見硫黃粒子。增塑劑分散不均勻會造成膠料在模壓前脫層，產(chǎn)生氣泡，并降低過氧化物膠料的硫化性能。配合劑中的雜質(zhì)會導(dǎo)致膠料松散及精密制品的外觀缺陷。未充分混煉的膠料應(yīng)及時重新混煉。焦燒膠料在模壓硫化過程中難以流動，膠料焦燒會導(dǎo)致制品不緊實、脫層、卷縮與歪扭等缺陷。

　　2.1.2 膠料粘度

　　膠料在模腔內(nèi)的流動性取決于混煉膠的粘度，NBR膠料的粘度通常由增塑劑和填充劑決定。使用增塑劑或延長塑煉時間都難以降低膠料粘度，供模壓法使用的NBR膠料門尼粘度［ML（1＋4）100 ℃］為35～130。如果膠料粘度小，硫化壓力不夠時，硫化時制品會產(chǎn)生氣泡；如果膠料粘度大，硫化時不易充滿模具，制品易造成缺膠或紋痕。

　　2.1.3 膠片隔離

　　為防止粘連，NBR混煉膠下片時可在膠片表面涂覆隔離劑，但不能使用硬脂酸類粉劑，因為硬脂酸不溶于NBR，會起到過量潤滑的作用，影響膠料在模壓時的粘合。當(dāng)NBR膠料與金屬芯結(jié)合時，也不能使用粉劑隔離劑，必須保證膠料與金屬接觸面的粘性。

　　2.1.4 膠料停放

　　NBR膠料混煉后應(yīng)停放16 h后再進行模壓，停放的最佳時間為24 h。膠料不停放，制品會出現(xiàn)氣泡和斑點；停放時間太短，會影響制品的物理性能；停放時間過長，會嚴重影響膠料與金屬材料的粘合。

　　2.1.5 膠料尺寸

　　膠料尺寸不可能與相應(yīng)模腔尺寸完全相同，模壓時膠料的質(zhì)量應(yīng)比制品膠料部分大，模壓時溢膠（或溢邊）將起到驅(qū)除模腔內(nèi)空氣、保持硫化壓力的雙重作用。溢邊量應(yīng)根據(jù)制品大小、模壓方法和模具結(jié)構(gòu)來嚴格控制。如果膠量不夠，無法充滿模腔，會造成缺膠；如果膠量過多，會阻礙模具閉合，造成制品不合規(guī)格。對一般平板硫化機而言，分開式模具的膠料應(yīng)多裝15％～20％，壓入分開式模具的膠料應(yīng)多裝5％～10％，壓入式模具的膠料應(yīng)多裝2％左右。

　　2.2 模具設(shè)計

　　NBR廣泛用于制造O形圈、U形圈、密封圈和墊圈。當(dāng)制品尺寸公差超過指定公差范圍時，其使用壽命就會顯著縮短，甚至使用幾分鐘就會報廢。因此模具設(shè)計必須保證產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定。

　　影響制品尺寸精確度的主要因素是膠料收縮，在制品尺寸公差很小的情況下，模具設(shè)計首先要考慮膠料的收縮。膠料收縮的原因是膠料的熱膨脹系數(shù)大于金屬模具材料的熱膨脹系數(shù)。

　　NBR制品的尺寸公差一般為0。5％～1。0％。美國模壓橡膠制品模具尺寸的允許公差隨制品而定，一般制品模具尺寸公差為0。127 mm，特殊精密制品模具尺寸公差為0。005 mm；橡膠制品的加工尺寸公差隨膠種、配方、尺寸和形狀的變化而變化，實心制品加工尺寸公差為0。254～0。635 mm，海綿制品加工尺寸公差為0。254～1。520 mm。在硫化前將膠料進行高頻預(yù)熱，可以有效減小膠料內(nèi)部變形；冷卻后膠料的收縮率超過模腔，收縮程度隨膠料組分（特別是填充劑品種和用量）變化而變化，并與膠料模壓前內(nèi)應(yīng)力大小有關(guān)。填充劑對NBR模壓制品收縮率的影響見表1。

　　溢邊原因可歸因為硫化壓力不足或不均、逃皮孔太小及模腔面積太大等。根據(jù)設(shè)計原則，逃皮孔體積應(yīng)相當(dāng)于模腔體積的15~20倍，以足夠容納溢邊。如要求溢邊很小的話，則模腔與逃皮孔之間應(yīng)力較小。在重疊模腔的模具中，溢邊的分布和厚度因硫化壓力不同而變化較大。通常NBR的熱撕裂強度比其他合成橡膠小，因此NBR制品的硫化壓力應(yīng)適當(dāng)，并注意成品出模時不形成倒線切口。另外，邊部的流膠槽應(yīng)盡量在靠近模腔端部0.4~3.2 mm處。

　　2.3 硫化條件

　　2.3.1 硫化溫度

　　NBR膠料的模壓硫化溫度通常為140~200 ℃，具體硫化溫度取決于制品的物理性能、大小與模壓方法。低溫硫化可減少因焦燒和模具沾污等引起的制品質(zhì)量問題，還能使制品獲得較好的物理性能。大型制品零件需要比較平坦的硫化過程，在不同硫化溫度下可通過調(diào)整硫化時間使制品物理性能最佳。

　　NBR膠料可采用介電方法來有效預(yù)熱。這種預(yù)熱方式能使膠料在模壓前均勻升溫，加快硫化速度，克服厚制品硫化不均和歪斜等問題。制品歪斜是制品表面硫化后中心部分繼續(xù)受熱硫化所致。

　　NBR膠料采用高溫硫化，每個操作步驟需快速進行，例如膠料在153 ℃的模腔中可以停留2 min后再加壓硫化。另外，采用高溫硫化，模垢也會增多，從而增加清模次數(shù)。模垢一般由膠屑和脫膜劑積存所致。

　　2.3.2 硫化壓力

　　硫化壓力對NBR制品質(zhì)量十分重要，硫化中如果壓力發(fā)生變化，則制品的物理性能下降，因此硫化壓力應(yīng)保持穩(wěn)定。NBR膠料硫化壓力一般為

　　1.4~3.4 MPa。

　　成品溢邊過大會造成廢品，這種問題經(jīng)常歸因于模具設(shè)計，其實是硫化壓力不足造成的。模壓過程中壓力不足，常會產(chǎn)生氣孔、外氣泡和變形等；壓力過大，可能造成扭變。

　　NBR制品可采用分段硫化，即先將NBR膠料在平板硫化機中進行一段硫化定型后，再進行二段硫化。

　　2.3.3 硫化時間

　　硫化時間是在一定溫度和壓力下，膠料在模具中硫化以獲得最佳性能的時間。硫化時間過長，制品脫模時會產(chǎn)生裂口，可用低溫長時間硫化來解決；硫化時間過短，制品欠硫，且在分型線處容易撕裂，可采用提高硫化溫度來解決。

　　3· 結(jié)論

　　NBR模壓制品質(zhì)量的影響因素是互相制約的。當(dāng)NBR模壓制品產(chǎn)生質(zhì)量問題時，不僅要調(diào)整配方因素，還應(yīng)從混煉膠制備、模具設(shè)計和硫化條件方面查找原因，提出改進措施，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。