丁腈橡膠（NBR）模壓制品質量的工藝影響因素

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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）模壓制品質量的工藝影響因素。NBR模壓制品產生質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，模具結構和尺寸公差、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。模壓橡膠制品質量的優劣一般由膠料配方和加工工藝決定。本文主要探討影響NBR模壓制品質量的工藝因素。

　　1· NBR模壓制品常見的質量缺陷

　　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，內部有氣泡，尺寸收縮過大，脫模時產生裂口。

　　2· NBR模壓制品質量影響因素

　　制備NBR模壓制品必須注意混煉膠制備、模具設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，常會導致橡膠制品脫模時撕邊剝落或表面泛白，當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，產生氣泡，并降低過氧化物膠料的硫化性能。配合劑中的雜質會導致膠料松散及精密制品的外觀缺陷。未充分混煉的膠料應及時重新混煉。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NBR膠料與金屬芯結合時，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模腔尺寸完全相同，模壓時膠料的質量應比制品膠料部分大，模壓時溢膠（或溢邊）將起到驅除模腔內空氣、保持硫化壓力的雙重作用。溢邊量應根據制品大小、模壓方法和模具結構來嚴格控制。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，造成制品不合規格。對一般平板硫化機而言，分開式模具的膠料應多裝15％～20％，壓入分開式模具的膠料應多裝5％～10％，壓入式模具的膠料應多裝2％左右。

　　2.2 模具設計

　　NBR廣泛用于制造O形圈、U形圈、密封圈和墊圈。當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。因此模具設計必須保證產品尺寸穩定。

　　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大于金屬模具材料的熱膨脹系數。

　　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熱，可以有效減小膠料內部變形；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，并與膠料模壓前內應力大小有關。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。根據設計原則，逃皮孔體積應相當于模腔體積的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制品的硫化壓力應適當，并注意成品出模時不形成倒線切口。另外，邊部的流膠槽應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熱。這種預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。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制品質量十分重要，硫化中如果壓力發生變化，則制品的物理性能下降，因此硫化壓力應保持穩定。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，這種問題經常歸因于模具設計，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· 結論

　　NBR模壓制品質量的影響因素是互相制約的。當NBR模壓制品產生質量問題時，不僅要調整配方因素，還應從混煉膠制備、模具設計和硫化條件方面查找原因，提出改進措施，以保證產品質量和產量。