注射成型工藝對密封制品性能的影響

張頂峰 井瓊瓊 齊大翠 王彩君

(河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001)

橡膠密封制品廣泛的應用于汽車、建筑、宇航、電子、液壓等領域，隨著這些行業的快速發展，對橡膠密封制品的性能、質量也有了更高的要求。橡膠成型技術有模壓成型、注壓成型和注射成型，傳統的模壓成型和注壓成型技術已很難滿足目前市場對高性能橡膠制品的需求。與其他工藝相比，注射成型技術具有以下優點:成型的制品質地密實、尺寸精確、物理化學性能好;自動化程度高、操作簡單、勞動強度低、生產效率高。注射成型技術因而得到人們的廣泛關注，發展迅速［1-4］。另一方面，高硬度的橡膠混煉膠粘度高，流動性差，成型制品易出現表面流痕、燒焦、欠膠等現象，不易注射［5-6］。徐衛星等人從注射模具的設計、從橡膠注射機參數的調整以及對密封圈注射成型硫化條件的篩選等方面，制備了滿足性能要求的O形橡膠密封圈制品［7］。本文在此基礎上，由高硬度的三元乙丙混煉膠注射成型橡膠制品，研究了注射成型工藝對密封制品性能的影響。

1 實驗部分

1.1 原料與設備

三元乙丙混煉膠:陜西華興橡膠制品有限公司。

開煉機:XK-160，無錫潤興機械制造有限公司。

擠出機:XJ150，利拿式橡膠擠出機。

橡膠注射機:YL-V20F，佛山伊之密精密橡膠機械有限公司。

硫化儀:MDR100E，無錫蠡園電子化工設備廠。

烘干箱:RGH-9036A，無錫市蘇瑞試驗設備有限公司。

橡膠硬度計:GY-GS-HB，高鐵檢測儀器有限公司。

厚度計:HD-10，上海化工機械四廠。

電子拉力機:AI-3000，高鐵檢測儀器有限公司。

1.2 試樣制備

1.2.1 材料制備

將三元乙丙橡膠的混煉膠放入開煉機上混煉5min，薄通3-5次，包輥，切割成條狀;將膠條放入擠出機內，擠出圓條狀的樣條，剪至合適長度，備用。

1.2.2 硫化曲線測定

稱取6g～8g三元乙丙橡膠的混煉膠，放置在硫化儀內部，設置溫度分別為165℃、170℃、175℃，時間為40min，按照實驗要求操作。試驗得到T90、T10值如表1。

表1 不同溫度三元乙丙橡膠硫化曲線的T90、T10

備注:T10:焦燒時間 T90為工藝正硫化時間

從表1可以看出，代表焦燒時間的T10分別為0'50″、1'2″、1'4″，175℃焦燒時間為 0'50″，時間較短，不易操作，不利于生產。T90為工藝正硫化時間，在正硫化階段中，膠料的物理機械性能保持最高值或略低于最高值，而正硫化時間是膠料達到正硫化所需要的最短硫化時間，膠料保持正硫化階段的時間越長，橡膠制品的物理性能越穩定。因此，實際生產可根據T90時間設定制品的硫化時間。

1.2.3 試樣制備

根據在不同溫度下的硫化曲線T90顯示的時間，在注射機上設定不同溫度不同時間的硫化工藝，制備所需試樣。

1.3 性能測試

拉伸強度、扯斷伸長率測試按GB/T 528-2009測試;撕裂強度測試按GB/T 529-2008測試;硬度測試按GB/T 531-2008測試;硫化曲線測試按GB/T 9870.2-2008測試;壓縮永久變形測試按GB/T 7759-1996測試。

2 結果與討論

2.1 力學性能

按照不同溫度不同時間的硫化工藝，注射拉伸試樣和撕裂試樣，做拉伸強度、扯斷伸長率以及撕裂強度試驗，結果見表2、表3和表4。

表2 溫度時間對拉伸強度的影響(MPa)

表3 溫度時間對扯斷伸長率的影響(%)

表4 溫度時間對撕裂強度的影響(kN/m)

從表2、表3、表4可以看出，溫度和時間對拉伸強度和撕裂強度的影響不大，相同時間內，隨著溫度的升高，拉伸強度和撕裂強度變化較小，降低幅度小，扯斷伸長率則明顯降低。

圖1 不同硫化工藝下的扯斷伸長率變化趨勢圖

相同時間內，隨著溫度的升高，膠料的硫化程度增加，分子鏈之間形成的交聯鍵數量增多，形成空間網絡結構。交聯鍵的存在，使分子鏈滑移困難，扯斷伸長困難，故扯斷伸長率降低較多，變化趨勢如圖1所示，8min時降低了21%，9min時降低了28%，10min時降低了30%。

2．2 硬度、壓縮永久變形

按照不同溫度不同時間的硫化工藝，注射試樣，做硬度、壓縮永久變形的試驗，結果見表5、表6。

表5 溫度時間對硬度的影響(邵A)

表6 溫度時間對壓縮永久變形的影響

從表5可以看出，相同時間內，隨著溫度的升高，膠料的硬度明顯增加，升高了4%。而相同溫度下，隨著時間的增加，硬度無明顯變化。溫度升高，促使膠料的進一步硫化，交聯鍵增多，硬度升高。

圖2 不同硫化工藝下的壓縮永久變形值變化趨勢圖

從表6可以看出，相同時間內，隨著溫度的升高，膠料的壓縮永久變形值降低較多;而在同一溫度下，隨著時間的增加，壓縮永久變形值降低，圖2顯示了壓縮永久變形值變化的趨勢，8min時降低了49%，9min時降低了67%，10min時降低了53%。膠料在170℃的條件下壓縮永久變形值變化較小，膠料比較穩定。隨著時間和溫度的升高，在硫化過程中，交聯鍵的增多，使得橡膠分子結構中的雙鍵或活性官能團的數量逐漸減少，而且使橡膠分子鏈段的熱運動減弱，耐熱氧老化性能提高，在經受100℃ ×70h的壓縮變形后，不可恢復的壓縮量小，壓縮永久變形值低，表現出良好的回彈性和抗變形能力。

3 結論

在不同溫度下的硫化曲線，175℃的焦燒時間過短，不易操作，不利于生產。

在不同溫度不同時間的硫化工藝下，相同時間內，隨著溫度的升高，膠料的扯斷伸長率最多降低了30%，壓縮永久變形值最多降低了53%。而相同溫度時，隨著時間的增加，對膠料的拉伸強度、扯斷伸長率、硬度影響不明顯，而扯斷伸長率有升高也有降低。

膠料在170℃，9min時的拉伸強度、撕裂強度相對比較穩定，在此硫化工藝條件下，膠料也表現了較高的扯斷伸長率和硬度，較低的壓縮永久變形值。

［1］呂柏源，李景新，劉彭振，宗殿瑞．橡膠螺桿旋轉注射成型技術及成型機的研究［J］．橡膠工業，200l，48(3):38—43．

［2］周曉琳．橡膠注射成型機的應用及新進展［J］．特種橡膠制品．2007，22(5):46—51．

［3］呂柏源，孫凱，胡麗娟，范盈盈．縱論注射成型技術［J］．世界橡膠工業，2009，36(8):33—37．

［4］魏榮梅，嚴宏洲，張福智等．天然橡膠注射成型工藝研究［J］．特種橡膠制品，2011，32(4):34 －37．

［5］白好勝編譯．橡膠注射成型中的問題及對策［J］．世界橡膠工業，2006，33(2):27—31．

［6］于清溪．橡膠注射機現狀與展望［J］．橡塑技術與裝備，2006，32(11):5—11．

［7］徐衛星，祁萬斌，王彩君．O形橡膠密封圈注射成型工藝研究［J］．河南科技，2012，7:66 －67．