橡膠在汽車上的應用與混煉的品質管理

李建豪

（廣汽本田汽車有限公司技術部，廣東 廣州 510700）

1 橡膠概述及特性

橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料。橡膠的分子鏈可以交聯，交聯后的橡膠受外力作用發生變形時，具有迅速復原的能力，并具有良好的物理力學性能和化學穩定性。

橡膠最獨特的是具有高彈性，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產生較大形變，除去外力后能恢復原狀。它有一定的機械強度，有緩和沖擊、吸收震動的能力以及耐磨、絕緣、不透水、不透氣等優良性能。某些特種合成橡膠還具有耐油、耐腐蝕、耐熱、耐寒、耐燃、耐老化、耐輻射等特點。

2 橡膠在汽車上的應用

目前，橡膠制品已成為現代汽車上不可缺少的重要零部件，其重量占到整個汽車的4%～5%。汽車上常用的橡膠品種有天然橡膠 NR、丁苯橡膠 SBR、氯丁橡膠 CR、丁腈橡膠NBR、三元乙丙橡膠 EPDM、丙烯酸酯橡膠 ACM、氟橡膠FKM、硅橡膠Q和丁基橡膠IIR等。橡膠材料已廣泛應用在汽車的各個系統， 主要包括密封制品、輪胎、減震制品、膠管制品等。

密封制品包括O型圈、回轉軸油封、密封條、防塵罩、平面密封墊等。O型圈一般使用H-NBR，油封一般使用NBR、ACM，車門密封條和防塵罩大多使用EPDM。

輪胎是由橡膠與金屬、纖維牢固結合在一起的復合制品，橡膠量占40%～50%，所用橡膠主要以通用型的NR、IR、BR、SBR和IIR為主。

減震制品使用的橡膠材料不僅具備一般性能要求，還有防振性能要求，包括動倍率Kd/Ks、減衰系數tanδ、耐磨耗性。對于動力總成支撐和底盤襯套的橡膠減震器件，為改善汽車的乘坐舒適性，必須采用減衰系數大而動倍率低的材料，一般采用NR、NR+ BR，要求耐油的采用NBR，要求耐高低溫的采用硅橡，如排氣管吊耳，要求高阻尼的采用IIR。

膠管制品有燃油膠管、冷卻液膠管、制動軟管、空調膠管、散熱器膠管等。燃油膠管材料主要以NBR+PVC為主，NBR+PVC根據所使用位置對燃油透過性的要求不同分低透過性NBR+PVC和普通NBR+PVC，如燃油箱通氣管、碳罐脫附管和燃油箱呼吸管使用單層低透過性NBR+PVC管，碳罐排氣管則使用單層普通NBR+PVC管，在燃油箱進油管使用內層3元系FKM/外層NBR+PVC的雙層管，在靠近發動機側碳罐脫附管為增加管體強度和耐高溫能力使用內層低透過性NBR+PVC/中間編織層/外層CM的三層管。制動軟管分真空制動軟管和液壓制動軟管，材料主要以EPDM為主，真空制動軟管使用內層EPDM/中間編織層/外層EPDM的三層管，破壞強度在 2.45MPa以上，液壓制動軟管使用內層EPDM/第一編織層/中層EPDM/第二編織層/外層EPDM的五層管，破壞強度在 49.03MPa以上。空調膠管使用內層 IIR/中間編織層/外層EPDM的多層管。

3 橡膠混煉工序及品質管理

混煉是將生膠或塑煉膠與配合劑一起混煉的工藝，從而獲得物理機械性能指標均一混煉膠，為后續的橡膠制品成型加工作好準備。目前國內大多數汽車橡膠制品廠家的生膠或塑料膠外購，從橡膠混煉工序開始，進行橡膠制品生產，當然也有個別制品廠家提供混煉膠配方委外混煉。混煉膠的質量好壞直接影響下工序的工藝性能和成品的最終質量，混煉工序的品質管理對混煉膠的質量控制起關鍵作用。橡膠混煉的工藝流程主要有原材料檢查、配料稱量、混煉、質量檢驗、儲存停放。

3.1 原材料檢查和配料稱量

原材料質量符合技術要求且質量穩定是保證混煉膠質量和穩定的前提。同一廠家生產的不同批次產品或不同廠家生產的原材料，即使質量符合技術要求，也會存在或多或少的質量差異，因此混煉膠原材料生產廠應盡量選用產品質量穩定、信譽好、規模大和行業內地位領先的企業，且每種原材料的供應商應盡可能少，每次采購數量也不能太小。原材料廠家頻繁更換或進料批量過小，對混煉膠質量的穩定性，具有潛在風險。對原材料接收嚴格管理，在檢驗合格后方可入庫。入庫檢查需要明確管理項目、判斷基準、確認方法和確認頻次。

對橡膠制品所用的生膠或塑煉膠和配合劑按照技術配方規定稱量配合的過程，稱為配料稱量。配料稱量常出現的問題有：一是配合劑稱量不準確，如硫化劑、補強劑、促進劑的稱量高于配方用量，造成硫化膠硬度偏高；相反如果橡膠、增塑劑稱量多于配方規定用量或補強劑、硫化劑、促進劑的稱量少于配方規定用量，也必然造成硫化膠硬度偏低；二是配合劑漏配錯配，導致硫化膠物理機械性能不一致。因此，稱重配料品質管理重點：一是稱量精確，計量設備滿足配料精度要求，而且保證計量器具干凈，精度零位準確，有年度檢定和在工作前校準；二是防漏防錯防交叉污染，確保投入配料與配料容器一致性和稱量取出配料與配方一致性，注重標識目視化管理，一種原材料專用一個配料量筒。

目前國內大多數橡膠制品生產廠家采用配料防錯系統，將原料庫存管理、配方管理、配料稱量融為一體，使用條形碼識別完成配料稱量與庫存管理，有效防止配料漏配錯配，確保稱量精度，使每批配料都有記錄可追溯，并在原料出庫時遵循先進先出原則，有效解決了在配料工序操作上的人為因素影響。

3.2 橡膠混煉

通過煉膠機將各種配合劑均勻地加入具有一定塑性的生膠進行混煉。目前國內大多數橡膠制品生產廠家采用二段混煉法，將生膠和除硫化劑外的配合劑經密煉機混煉后，下片冷卻并停放一定時間，再到開煉機上加入硫化劑進行混煉，并使其均勻分散，得到均勻的混煉膠。橡膠混煉的質量是影響膠料進一步加工和制品質量的決定因素，即使配方再好的膠料，如果混煉不好，也會出現配合劑分散不均、膠料可塑度過高或過低、容易焦燒、噴霜等不良，導致壓延、擠出、涂膠和硫化等工藝不能正常進行，而且還會導致制品性能下降。

混煉工序品質管理要點其一就是煉膠設備的點檢管理，確保設備處于正常狀態。混煉最重要的環節是溫度、時間、壓力三要素的綜合控制，對煉膠設備的點檢圍繞這三要素進行。對設備監控膠料溫度的熱電偶定期點檢，為準確測量膠料的溫度，每月應校正一次；對溫度報警裝置定期點檢，確保當在溫度超過報警溫度時，高溫報警裝置能正常發出聲音報警及做出相應提示；對冷卻水溫控裝置定期點檢，合適的冷卻溫度可以加速配合劑的分散、減輕配合劑與混煉室壁及轉子的粘附和提高混煉效率，同時還能有效控制混煉過程中溫度的升高；密煉機應安裝功率記錄儀并定期校正，記錄混煉過程中的功率曲線，以便通過功率曲線判定混煉過程是否正常；對壓砣壓力傳感器定期點檢，保證顯示與實際值相符，無論是氣壓還是液壓均應保證壓力相對穩定。

混煉工序品質管理要點其二就是嚴格按照工藝設定操作，使配合劑分散均勻，特別是炭黑等補強性配合劑達到最好的分散度，以保證膠料性能一致。在混煉過程中要保證混煉膠的質量應做到以下幾點：各種用量少，但作用大的配合劑要充分混煉均勻，否則會引起膠料焦燒或硫化不熟；要嚴格按照混煉工藝規程、加料順序進行混煉；混煉時間要嚴格掌握，時間不能過長或過短，只有這樣才能保證混煉膠的可塑度；對用量大的炭黑和填充劑不要隨意拋灑，一定要用完；混煉操作應避免硫化劑或 促進劑飛揚損失太多。

3.3 質量檢驗和儲存停放

質量檢驗是對混煉制成的終煉膠隨即取膠料試片在短時間內用專門儀器進行檢驗，以此判斷終煉膠的合格。由于對應快速的生產節拍以及混料膠料對停放環境的要求，混煉膠料需要進行快速檢驗，也稱為膠料快檢。在快檢過程中應該把握以下幾點：檢查頻率必須是每批次，可以保證混煉每批次膠料的一致性；檢查項目包括：硬度、硫化曲線、門尼粘度、門尼焦燒、比重等多項指標；檢查實驗室應設置在生產現場，盡可能靠近混煉場所，以便縮短檢驗周轉期；檢查前后混煉膠料做好標識區分，需要劃定混煉膠待檢停放區域，待檢停放區域要求陰涼干爽；檢查合格蓋章后盡快入庫。

由于混煉膠加入硫化劑，停放的環境達到一定溫度后有焦燒反應，影響混煉膠性能，因此在快檢到制品生產之間，需要對混煉膠儲存停放區域進行溫濕度管理，目前國內大多數橡膠制品生產廠家設置專門的混煉膠倉庫，溫濕度分別設置在0～30℃和30～70%之間。同時，需要對混煉膠有效期進行管理，目前國內大多數橡膠制品生產廠家設置的有效期從7～30天以內。

4 結論

橡膠是汽車工業當中非常重要的材料，被廣泛應用在汽車各個系統零件。混煉過程是橡膠制品加工過程中的核心環節，其性能的優良與否決定最終制品質量，生產廠家通過對原材料檢查、配料稱量、混煉、質量檢驗、儲存停放等混煉工序品質管理來保證混煉膠的品質。