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1、硫化工艺参数对汽车用天然橡胶胶料减震衬套粘接性能和耐湿热老化性能的影响摘要：随着现代人生活观念的改变，越来越注重生活品质，对汽车驾乘的舒 适度给予了高度的关注。汽车动力系统由发动机和变速箱等子系统构成，减速器 广泛地应用于这些子系统中，不仅有效地实现了振源和车体的隔离，还有利于减 少振动的幅度，并有效地抑制了多余的噪音，使得由路况条件不好而引起的颠簸 得到了最大限度地缓解。减震器主要应用于汽车的底盘系统、发动机系统、传动 系统和悬挂系统这四大系统中，依据它的安装位置和实现功能可以划分为多个类 型，包括橡胶减震支撑、扭转减震器等，其工作原理是通过阻尼运动减少震动过 程中产生的能量。如今，振动控制
2、技术取得了较大的突破，加上市场对高性能的 减震器需求越来越大，因而生产出油耗低、成本低、驾乘舒适度好的减震器是今 后一段时期减震器生产商面临的主要挑战。由于汽车运行环境经常发生变化，而 减震器是汽车底盘一个十分关键的部件，正好连着转向节和下摆臂，路况条件不 好会引起振动，给底盘带来较大的冲击力，而减震器可有效地减少这种冲击力， 起到减震效果，其性能的好坏直接影响着驾驶员是否拥有一个好的驾乘舒适度。 基于此，本篇文章对硫化工艺参数对汽车用天然橡胶胶料减震衬套粘接性能和耐 湿热老化性能的影响进行研究，以供参考。关键词：硫化工艺参数；汽车用天然橡胶胶料；减震衬套粘接性能；耐湿热 老化性能引言现代社会
3、飞速发展，人们的生活水平相比过去有了质的飞跃。人们已经不仅 仅是对于物质的需求，而是注重精神上的需求，对于生活品质的渴望。汽车作为 人们重要的交通出行方式，对于乘坐舒适性以及良好的操纵性有着极高的期待， 同时，这也是很重要的一个方面。目前，我国在振动控制技术方面以及技术成熟 减震器又作为必不可少的核心部件，因此需求量也日益增大，此时，如何通过科 学有效的方法设计出低成本、高性能、乘坐舒适性好的减震器就成为了当前研发 工作者们重点的研究课题。1橡胶减震器的性能需求和工艺流程图1.1 性能需求橡胶减震器的性能要求体现在四个方面:外观形状、耐腐蚀性、静刚度及粘 接强度。为了确保现场操作员拥有一个安全
4、的操作环境，减震器外壳四周必须要 保持圆滑，毛刺、飞边及尖角等是决不能存在的。安装在汽车底盘上的减震器的 位置比较接近轮毂，运行中路面积水特别容易贱到减震器上，具有一定的腐蚀作 用，因而减震器的制造材料必须要耐腐蚀;此外，处于工作状态中的橡胶减震器 需要承受轴向载荷和扭转载荷，经硫化后，减震器橡胶断面不可以出现气泡和海 绵体组织，橡胶和内芯或外管之间需要具有良好的粘接强度。也就是说，在完成 破坏试验后，零件的撕裂部位如果出现 100%橡胶纹路开裂，则说明零件满足粘接 强度要求，假如胶粘剂层间失效，或者内芯外管表面胶粘剂脱落，将金属基材暴 露出来，则说明该零件不满足粘接强度要求。1.2 工艺流程
5、图通常情况下，驾驶员、乘客是不能看到减震器的，但减震器的作用却无处不 在，不仅影响到汽车的耐用性，还直接关系到驾乘的舒适性和安全性。从汽车的 发动机到排风系统等多个位置都装有减震产品器，广泛地存在于汽车的底盘、发 动机、传动系统及悬挂系统等。由于不同位置需要安装不同的减震器，因而减震 器的工艺设计必须要以实际工况为依据，针对具体地安装位置，制定出相应的工 艺流程图。为更好地满足橡胶减震器耐腐蚀、粘接强度和静刚度等要求，本文认 真地分析研究了传统的减震器生产工艺，对其中存在的不足进行了优化、改进， 进而形成了一个全新的、工序更加完善的橡胶减震器生产工艺流程图，如图1所 示。图 1 橡胶减震器生产
6、工艺流程图2现状分析2.1 汽车胶管近些年来，胶管在汽车上的应用范围和数量急剧扩大和增长。在 30 年之前 汽车胶管只有刹车管、散热管类 23 种，而如今的汽车胶管已扩大到燃料管、加 热器管、水箱异型管、动力转向器管、空调管等 10 余种以上，数量多达几十根 到近百根，连结长度达到2040m。汽车胶管的生产量已占到全部胶管的2/3，销 售额达到 70%80%。最具代表性的散热器管、燃料管、空调管和制动管，现已成 为胶管工业的高技术含量产品。(1)散热器管。这类胶管靠近发动机，随着发 动机的功率越来越大，机罩下空间越来越拥挤，以及流线型设计造成空气循环状 况变差，因而导致胶管所处环境的温度不断升
7、高。现在一般散热管的耐温性都已 在150C上下，有的甚至达到170C，而且在水箱处要呈多角度弯曲异型化。因 此，散热胶管的耐热性和耐老化性已显得十分突出，使用橡胶材料已普遍由 SBR CR改换为EPDM、EPM，补强结构也从原来的夹布改为编织，骨架材料由传统棉纤 维、人造丝、聚酯大部改为芳纶。(2)燃料管。现在随着无铅汽油的普遍使用 并向高氧化值方向发展，燃料胶管的腐蚀性急剧增大。因此，为提高抗腐蚀性， 这类胶管在材质上已发生一系列变化。内胶层已更多地由NBR改FKM,并且从二 元共聚FKM (VDF/HEP )发展到三元共聚FKM (VDF/HEP/TFE)，进而达到FPM(TEF/PP)。
8、为降低生产成本，减少昂贵的FKM、FPM用量，一般多采用与ACM 共挤出的复合内胶层。外胶层也从 CR 走向 PU、PA 树脂。骨架补强层为玻璃纤维 聚酯或尼龙纤维。( 3)空调管。空调管是胶管中技术含量较大的产品，精度高、 要求严。为防止氟利昂气体扩散于大气之中破坏臭氧层，要求胶管不得从管壁渗 透出氟利昂气。因此，胶管内胶层采用尼龙树脂薄膜并上覆CL-IIR或CL- IIR/NBR，外胶层用CL-IIR/EPDM、EPDM，骨架补强层为PET纤维编织结构。近年, 随着制冷剂由CFC-12转换为环保的HFC-134a，补强层已改为芳纶纤维。今后， 由于制冷剂还要进一步改为CO2，空调管的结构材
9、料也将跟着发生一些新的变化。（4）刹车管。刹车管为汽车制动系统最为关键的安全部件。以前常以 SBR、CR 和 CR、EPDM 为内外胶层，维纶、聚酯纤维作为补强层。现在由于免保高级轿车 的出现和发展以及大量使用高沸点流体代替压缩空气，内外胶层已大部改用耐热、 耐油的 H-NBR、ACM、CSM 和 CPE 等，补强层也相应改为尼龙纤维。（5）动力转 向管。动力转向管为减轻汽车转弯车体出现倾斜和保持驾驶平稳而用的控制系统 胶管。它是一种脉冲次数很多的液压管，补强层要用尼龙纤维或钢丝，内胶层为 NBR，要求耐热的还要用H-NBR、CSM,外胶层为CR,耐热的要用CSM、EPDM（6） 增压胶管。增
10、压胶管为涡轮增压器上使用的胶管，主要用于柴油发动机汽车上， 目的是保证燃油能充分燃烧，提高发动机输出功率。这种胶管要求耐从160180C （冷却侧）和210230C（高温侧）的高温。因此，内外胶层均用ACM （AEM）、 EVM、VMQ、FKM等，补强层则主要以聚酯、芳纶纤维针织成型。2.2 汽车减震器减震橡胶是橡胶工业独具特性的橡胶与金属结合的一种弹性缓冲产品，目前 大约90%用在汽车上面。一辆汽车平均要在5060个支点上使用减震橡胶零件， 并与金属壳体共用组成减震器，一般至少要工作510年，要求基本达到与汽车 同一寿命。减震橡胶过去长期一直是以 NR 为唯一胶料。近年来，为适应汽车耐 热性
11、和耐油性不断提高的要求，也在开始使用IIR、EPDM、NBR和CR,甚至还出 现了微孔的PU弹性体和TPE热塑性弹性体。另外，根据汽车要求，为实现轻量 化的目标，已开始以塑料代替金属制造所谓橡塑结合的减震橡胶制品。近年，除 实体的减震器之外，为进一步提高缓冲减震性能，更开发出内充液体的中空型减 震器。其中，流体的流入、通过以及缓冲作用的大小，皆可用电子装置自动调节 控制，从而使车体更为平稳，乘座更感舒适。目前在豪华型汽车上已得到广泛应 用并向经济型轿车普及。2.3 硫化定型单元挤出后的密封条需要硫化定型,在这一单元中包含热冲击定型、预热、微波 加热和第一-段硫化等工艺模块。热冲击定型通过高温作
12、用，使得密封条的细小 唇边等结构先期硫化定型,在后续的挤出生产过程中保持良好的形状。热冲击定 型可以使用灼烧、高温燃气和红外加热等多种方法,其中，应用到的热空气温度 可以高达近 400 度。微波热空气硫化是一种常压硫化,当前，应用的微波热空气 槽已经可以将传统的预热槽和微波槽合二为一，并可以提供更大的微波功率，微 波的控制也已经转向了数字式闭路控制方式。挤出的密封条制品在预热微波槽内 通.常由托辊传送，需要定期清理托辊表面以预防污染或破坏密封条制品表面。 而执行第一段硫化任务的热空气槽由耐高温的氟材质输送带承载密封条通过硫化 槽。热空气提供了高温环境,微波则从内而外均匀地加热密封条,使密封条升
13、温到 开始交联的温度。热空气槽可以通过电加热或者采用燃气加热方式,工作温度可 以高达近 300 摄氏度,为了取得良好的热传递效果,热空气槽设计倾向于加大热空 气的流量,提高流速。为了预防密封条挤出过程中意外断裂,或长时间被微波加热 而导致起火，在这-单元中还设置了探测装置。在密封条断裂后的设定时间内， 中止微波发生器工作，同时，在微波.槽内也设有探测器，当未被密封条吸收的 微波能量达到阀值时，会自动降低微波发生器功率，以保护设备。经过以上步骤， 密封条已经硫化，但是，需要特别注意的是，为了后续的加工需要。此时，不能 让橡胶达到正硫化，必须保留进一步反应的能力，以完成植绒、表面喷涂等工艺。2.4
14、 固化后硫化和温度控制单元为了进一步提高橡胶密封条的交联程度，对植绒胶粘剂和喷涂材料要进行固 化。在微波-热空气连续挤出硫化生产线的后半部分继采用热空气硫化槽完成该 功能。在这一部分也有采用红外加热方式的,但是,其加热效率逊于热空气加热， 且受密封条的断面形状影响,某些不能被直接照射的部位不能被很好地加热。-般 而言,对于已经植绒的密封条,设定的固化温度将受到绒毛材料的限制,温度不能 超过绒毛的“熔点”，否则，黑色的绒毛将会出现硬化、发白、结片等“绒毛烧 焦”现象,故而，要提高生产线的挤出速度,并不能仅仅依靠提高固化温度来实现。 而对于喷涂材料 ,单组分涂料的.活化能高于经多组分配合后的多组分
15、涂料 ,所以 单组分涂料的固化温度设置略高于多组分涂料。完成固化和后硫化的密封条本体 处于高温之中，而 EPDM 的抗热撕裂性能不佳，且高温下的密封条受外力作用后， 会发生塑性形变,所以，在进行下一步加工前需要将密封条的温度降下来,一般控 制在 50C 以下。此外，冷却一般采用水冷。密封条离开冷却水槽时,必须吹干， 防止在后续加工过程中打滑而导致不稳定。3 汽车橡胶减震器的加工工艺设计3.1 前处理工艺设计3.1.1 脱脂工艺设计要想满足防腐性能，铝壳加工、物流和仓储时要极力避免外部因素干扰，这 时可以在其表面涂抹一层油，同时，为了可靠地粘结橡胶和金属，需要通过脱脂 来加工金属骨架。脱脂液是由
16、脱脂剂和定量的水混合而成，脱脂剂所含有的化学 物质需要满足憎水和亲油两个特性，实验研究发现：浓度越高则相对应的脱脂的 效果就好，但并不是浓度越高越好，浓度太高，随之也会产生大量的泡沫。另外 脱脂液相对来说性能比较稳定，这样可保证脱脂过程中能连续地分离出氢氧根离 子，从而会达到良好的脱脂的效果。最后，使用清水冲洗脱脂后的骨架，全部去 除表面的油脂以及残留的脱脂剂，最终吹干脱脂后的零件。3.1.2 喷涂工艺设计在加工生产减震器的过程中，必须要按照一定的流程工艺进行，特别是喷涂 顾工艺是其中一个最为重要的，它包括底涂和面涂两种，两种涂法所使用的胶黏 剂也各自不同，其中底涂所使用的胶粘剂用范围广，可与有色金属以及黑色金属 有效地粘结，比如说铜、铝以及碳钢、铸铁等。出来与这些金属进行粘结之外， 面涂所使用的胶黏剂也能够很好的跟它进行粘结，并且有着十分理想的效果。但 是受到外部环境诸多因素的干扰，很难去判别其工艺到底是否满足我们的要求， 因此在检验合格
