張東晉川，張曉峰，黃選民，鄭慶波

(國營川西機(jī)器廠，四川 成都 611937)

0 引言

氟橡膠是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上含有氟原子的高分子彈性體，它不僅具有較好的力學(xué)性能，而且有優(yōu)異的耐熱性能、耐候性、耐油性及耐多種化學(xué)介質(zhì)侵蝕的特性，綜合性能特別優(yōu)異，在航空、導(dǎo)彈、火箭、宇航等特殊密封部位應(yīng)用廣泛[1]。但氟橡膠彈性和耐寒性較差，模壓流動性差、易壓縮變形造成加工性能不良，特別是在一定溫度、壓力及不同的液體或氣體介質(zhì)中起到密封作用O形氟橡膠密封圈，其加工成型過程中各因素控制是保證氟橡膠O形密封圈性能的基礎(chǔ)[2]。

本文以FX-17橡膠O形密封圈加工成型過程中坯料軟化、坯料薄通、坯料圈成型等預(yù)成型工藝控制來分析氟橡膠密封圈加工成型過程影響因素，確保氟橡膠O形密封圈加工成型質(zhì)量和性能。

1 O型氟橡膠密封圈成型加工流程

1.1 FX-17氟橡膠結(jié)構(gòu)和工藝性能特點(diǎn)

FX-17氟橡膠是由氟生膠添加酸受體、填料和硫化劑經(jīng)混煉而成，對FX-17氟橡膠進(jìn)行紅外光譜分析，F(xiàn)X-17氟橡膠在1 178 cm-1、1 131 cm-1、1 352 cm-1、1 397 cm-1、1 430 cm-1、1 075 cm-1、882 cm-1、833 cm-1左右存在典型吸收峰，其中1 178 cm-1、1 131 cm-1是聚三氟氯乙烯的C-F的不對稱和對稱伸縮振動吸收峰值[3]?？梢源_定FX-17氟橡膠的主要結(jié)構(gòu)為氟橡膠23（偏二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物），氟橡膠246型共混物組成。這就造成氟橡膠分子間內(nèi)聚能高，分子鏈剛性大，膠料的門尼黏度比較高，流動性較差，加之含氟橡膠是耐熱的彈性材料，在壓機(jī)硫化后還需要在200～250 ℃溫度下進(jìn)行二段硫化處理，氟橡膠配方中通常不添加酯類、氟烴類增塑劑或加工助劑以免影響膠料的耐熱性能，這都造成氟橡膠加工性能差[4～7]。

圖1 FX-17結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 FX-17氟橡膠O形密封圈成型加工工藝參數(shù)

FX-17氟橡膠O形密封圈加工成型過程包括坯料軟化、坯料薄通、坯料圈成型、一段硫化和二段硫化等五個工步。表1是橡膠圈成型參數(shù)要求，從表1可以看出，F(xiàn)X-17氟橡膠密封圈在制備成型時，坯料軟化、坯料薄通、坯料圈成型等預(yù)成型工藝僅為范圍參數(shù)或要求，需確定最佳工藝參數(shù)。

表1 橡膠圈成型參數(shù)

2 預(yù)成型各種影響因素分析

2.1 坯料軟化參數(shù)對O型密封圈成型影響

氟橡膠膠料通過一定間距的輥筒幾次即可達(dá)到坯料軟化，但輥筒間的距離和通過的次數(shù)對氟橡膠坯料軟化有直接影響。從圖2是輥距和通過次數(shù)對膠料邵爾硬度的影響趨勢圖可以看出，隨著輥距的增加，膠料的邵爾硬度顯著增加；隨著通過次數(shù)的增加，邵爾硬度先增加后降低，通過3次和通過7次大致相當(dāng)，且通過3次的邵爾硬度略低于通過7次的邵爾硬度。

圖2 輥距和通過次數(shù)對橡膠膠料邵爾硬度的影響

根據(jù)橡膠密封圈成型通用要求，結(jié)合軟化工序?qū)δz料硬度降低作用和生產(chǎn)效率，確定FX-17氟橡膠O形密封圈軟化工序工藝參數(shù)為，輥距1.4 mm，通過次數(shù)為3次。

2.2 坯料薄通參數(shù)對O型密封圈成型影響

氟橡膠膠料薄通是將開煉機(jī)的輥距調(diào)整到1mm以下，借助開煉機(jī)上兩個輥筒的對轉(zhuǎn)、剪切來切斷分子鏈，增大可塑性。通常輥距越小，單位面積上膠料所受到的剪切作用力越強(qiáng)，膠料塑煉效果就越好。根據(jù)所使用X（S）K-250兩輥開煉機(jī)輥距調(diào)節(jié)間隙最小限制在0.2 mm要求，設(shè)置兩輥間的距離為0.4 mm，并結(jié)合薄通工序薄通次數(shù)規(guī)定，開展了8次、9次、10次薄通次數(shù)對膠料硬度的影響，見圖3。從圖3可以看出，隨著薄通次數(shù)的增加，膠料邵爾硬度迅速增加，并在第9次薄通時曲線出現(xiàn)明顯減緩趨勢，薄通9次和薄通10次，其邵爾硬度無明顯增加。因此，確定坯料薄通參數(shù)為，輥距0.4 mm，薄通9次。

圖3 薄通次數(shù)與邵爾硬度關(guān)系圖

2.3 坯料圈成型參數(shù)對密封圈成型影響

由于氟橡膠的熔接性較差，采用膠條搭接方法會在膠圈表面殘留接頭痕跡，一般采用“將返煉后的平滑膠片按模壓制品的尺寸制成所需的坯料并搭接”，因此在保證黏接成圈合格率和黏接穩(wěn)定性的前提下，盡量降低搭接長度。圖4是不同試驗方案下有效黏接合格率趨勢圖。從圖4可以看出，成圈后試驗組Φ10 mm、Φ20 mm、Φ40 mm和Φ60 mm搭接長度為3 mm時，有效黏接合格率分別為50%、70%、100%和100%，Φ10 mm和Φ20 mm試驗組出現(xiàn)大量不合格黏接膠圈；搭接長度為5 mm時，有效黏接合格率分別為96.7%（30個膠圈中出現(xiàn)1件無效黏接）、100%、100%和100%；搭接長度為7 mm時，有效黏接合格率分別為100%；因此，可選擇搭接長度為5 mm或7 mm作為備選參數(shù)。

圖4 是不同試驗方案下有效黏接合格率趨勢圖

圖5是搭接長度對拉斷力的影像圖，從圖6可以看出，Φ10 mm試驗組和Φ40 mm試驗組搭接長度為5 mm時的拉斷力最高，到7 mm時拉斷力略微下降；Φ20 mm試驗組對不同搭接長度拉斷力無明顯變化；Φ60 mm試驗組對不同搭接長度拉斷力呈現(xiàn)整體上升趨勢，在5 mm時增長趨勢放緩，到7 mm時拉斷力最高。不同試驗組最高拉斷力為30 N，搭接長度在1 mm、3 mm和5 mm時拉斷位置為搭接區(qū)，搭接長度為7 mm時拉斷位置為非搭接區(qū)，出現(xiàn)坯料條被拉細(xì)直至斷裂現(xiàn)象?？紤]到膠條搭接方法會在膠圈表面殘留接頭痕跡，以及成圈后黏接合格率和搭接強(qiáng)度，優(yōu)選搭接長度為5 mm。

圖5 搭接長度對拉斷力的影像圖

圖6 預(yù)成型工藝優(yōu)化前后內(nèi)徑對比圖

3 試驗驗證

通過坯料軟化、坯料薄通、坯料圈成型等預(yù)成型參數(shù)分析，在FX-17氟橡膠一段硫化和二段硫化參數(shù)一定情況下，確定了預(yù)成型優(yōu)化參數(shù)，見表2。并制備尺寸內(nèi)徑為37 mm，線徑為2.5 mm±0.1 mm的FX-17膠圈10組，每組試樣為15個，進(jìn)行優(yōu)化前后性能比對。

表2 氟橡膠預(yù)成型參數(shù)

圖6、圖7、圖8是預(yù)成型工藝優(yōu)化前后內(nèi)徑、線徑、拉伸強(qiáng)度對比圖，從圖6、圖7、圖8可以看出，預(yù)成型優(yōu)化前后壓制10組O形膠圈，其內(nèi)徑、線徑、拉伸強(qiáng)度均符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸要求，但預(yù)成型優(yōu)化前膠圈內(nèi)徑、線徑、拉伸強(qiáng)度波動幅度為5.63%、1.71%、14.1%，高于預(yù)成型優(yōu)化后1.93%、0.66%、11.3%。從內(nèi)徑、線徑、拉伸強(qiáng)度試驗驗證可知，通過預(yù)成型工藝優(yōu)化，可以減少氟橡膠O形密封圈尺寸和拉伸強(qiáng)度波動，能夠提升氟橡膠O形密封圈加工成型質(zhì)量和性能[8～10]。

圖7 預(yù)成型工藝優(yōu)化前后徑向?qū)Ρ葓D

圖8 預(yù)成型工藝優(yōu)化前拉伸強(qiáng)度對比圖

4 結(jié)論

FX-17氟橡膠O形密封圈制造過程中，在橡膠一段硫化和二段硫化參數(shù)一定的情況下，通過對O形密封圈預(yù)成型工藝參數(shù)的優(yōu)化，預(yù)成型前后橡膠O形密封圈內(nèi)徑、線徑、拉伸強(qiáng)度等成型質(zhì)量和性能波動均降低，試驗表明通過預(yù)成型工藝優(yōu)化，可以減少氟橡膠O形密封圈尺寸和拉伸強(qiáng)度波動，能夠提升氟橡膠O形密封圈加工成型質(zhì)量和性能。