淺析汽車用EPDM密封膠條生產工藝控制

廖麗娜

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

上汽通用五菱汽車股份有限公司目前生產的各車型密封膠條大多數都是使用EPDM（三元乙丙橡膠）材料，例如車門主密封膠條、車身側密封膠條、車窗密封條、后門框密封條、發動機罩密封條等。由于EPDM密封條的生產工藝過程較復雜，在生產過程中較易出現較多問題，因此在生產的各個環節進行關鍵點的控制是至關重要的。

目前上汽通用五菱一般EPDM密封膠條的四大生產工藝過程基本為：

原材料選用—煉膠—擠出-硫化-（后續還有后加工工序，本文不做介紹）

要做好EPDM密封膠條，四大工藝的控制尤為關鍵。

1 原材料選用

目前汽車密封條材料主要有以下幾種：三元乙丙橡膠（EPDM）、聚氯乙烯（PVC）和熱塑性彈性體材料（TPE/TPV），上汽通用五菱各型號汽車內外水切、頂蓋橡塑條基本使用的是聚氯乙烯（PVC），部分車型的玻璃導槽密封條使用的是熱塑性彈性體材料（TPE/TPV）外，其它大多數車型使用的發動機罩密封條、車門密封條、車身密封條、玻璃導槽密封條、尾門密封條等等都是三元乙丙橡膠（EPDM），本文重點介紹EPDM密封膠條的生產工藝控制。

三元乙丙橡膠（EPDM）加工性能優越，耐候性、耐水性、耐熱性、耐臭氧、電絕緣性良好，硫化后壓縮永久變形量小，是各主機廠生產密封條的首選材料。

三元乙丙橡膠（EPDM）具有低密度高填充性，可大量充油和加入填充劑，降低橡膠制品成本，在實際應用中，整車各部位密封條功能不同，可在EPDM材料中加入不同的各種材料，改變結構滿足不同的性能要求，形成密實膠和海綿膠。由于填充劑的種類和含量對三元乙丙橡膠（EPDM）的性能影響較大，添加時需控制好比例。

2 煉膠

上汽通用五菱EPDM膠條供應商目前使用的煉膠方法主要是混煉，在煉膠機上將各種配合劑均勻的加入具有一定塑性的生膠、塑煉膠中的工藝過程稱為混煉。混煉過程是配合劑（以炭黑為主）在生膠過程中均勻分散的過程。

混煉方法按混煉設備可分為XK混煉法、XM混煉法、XJ混煉法；按混煉次數可分為一段混煉法、二段混煉法、多段混煉法；按混煉時的加料順序可分為普通加料混煉法（順料法）、逆混煉法、引料法（種子膠法）。上汽通用五菱的EPDM膠條供應商一般采用的是二段混煉法，過程一般分為兩段，第一段俗稱A煉，主要是生膠與炭黑、填料、加工油、氧化鋅、硬脂酸、加工助劑之間的混煉；第二段俗稱B煉，主要是A煉膠與小藥的混煉。

煉膠過程主要控制好以下幾點：

2.1 配方的選用

每個膠條供應商使用的膠料配方都不一樣，配方設計則是根據產品的性能要求和工藝條件，通過試驗、優化、鑒定，合理的選用原材料，確定各種原材料的用量配比關系的過程；做為配方的核心來說是配方中材料種類、材料規格、材料配比。在研究和應用某一配方時，必須要考慮到具體的生產條件和現行的工藝條件。

2.2 煉膠設備

開煉機和密煉機混煉方法應用最早，至今仍在廣泛使用，并正在向著采用高壓、高速密煉機進行快速混煉的方向發展。目前上汽通用五菱的EPDM膠條供應商一般采用的都是開煉機和密煉機。

開煉機混煉是應用最早的混煉方法，其靈活性好，適用于小規模、小批量、多品種的生產，但是其生產效率低、勞動強度大、環境衛生及安全性差、膠料質量不高，因此已趨于逐漸淘汰。

膠料混煉現在普遍采用密煉機混煉，可以克服開煉機混煉勞動環境惡劣、操作不安全、生產效率低、混煉膠質量差等確定，有利于提高自動化、機械化、聯動化水平。但是也存在混煉溫度較高，需防止膠料焦燒，且需進行下片工藝。

2.3 煉膠工藝過程關鍵控制點

（1）破好的膠需在4小時內進行塑煉；（2）塑煉時輥距小、輥筒溫度低；（3）混煉時控制好輥溫及時間防止焦燒；（4）混煉時粉子干燥防止結團；（5）混煉時膠料適量，避免太多產生焦燒和混煉不均勻，太少工效太低；（6）出膠片不易太厚，確保容易散熱。

煉膠過程較常見質量問題及原因分析和改進措施：

原因a：材料原因，配方不當、材料過期存放，料粉受潮。

措施：配方設計進行充分驗證及制定標準；規定材料保管期并做好標識目視化。

原因b：設備原因，密煉機溫度控制失效、上頂栓壓力不夠、混煉室中焊層部位磨損過度、壓片機輥溫控制失效、壓片機上的高架翻膠裝置失靈。

措施：進行設備點檢，做好設備預防性維護。

原因c：工藝原因，混煉時間不夠、排膠溫度太低或太高、配合劑增加的順序不對、混煉過程中填充劑添加時間太遲、膠料批量太大或太小。

措施：制定標準化混煉程序，并培訓員工按要求執行，做好監督審核。

原因a：材料原因，硫化劑、促進劑用量太多，硫化體系作用太快，配合劑稱量不對，填料過量，在膠料還呈熱、濕狀態時堆積膠料等。

措施：配方設計進行充分驗證及制定標準，員工按照標準進行稱量、放料及停放。

原因b：工藝原因，裝料容量過大、密煉機冷卻不夠、轉子轉速過高、初始加料溫度太高、排膠溫度過高、漏加防焦劑、下片后未充分冷卻等。

措施：制定標準化混煉程序，并培訓員工按要求執行，做好監督審核。

原因c：環境原因，停放場所溫度過高或者空氣不流通。

措施：膠料停放在恒溫恒濕的環境，并每天派人做好環境點檢記錄。

原因a：材料原因，配合劑稱量不準，膠料停放時間過長等。

措施：員工按照標準進行稱量。

原因b：工藝原因，膠料混煉時間不足、不均勻。

措施：制定標準化混煉程序，并培訓員工按要求執行，做好監督審核。

3 擠出

擠出成型是指膠料在擠出機中進行加熱和塑化，通過螺桿的旋轉并向前輸送，在一定的壓力作用下通過一個口型連續擠送出來，使之成為具有一定斷面形狀的產品的工藝過程。膠料通過擠出機螺桿的旋轉得到進一步的混煉及塑化，保證擠出的半成品膠料質量更均勻致密。

擠出工藝是確保零件斷面符合設計要求的重要工序，EPDM橡膠比其他橡膠容易擠出，擠出速度較快，擠出變形較少，擠出性能較好，在擠出過程中可參照以下溫度工藝控制擠出機的各個部位：口型（口模）：90～140℃，機筒：60～70℃，機頭：80～130℃，螺桿：冷卻。

單體橡膠的擠出比較簡單，控制好溫度轉速基本就能保證斷面符合，復合擠出則需注意控制好膠料和骨架的擠出速度一致，復合擠出模中的骨架導入模和復合擠出模的型腔配合傾角適當等。

擠出工藝常見質量問題及及原因分析和改進措施：

3.1 斷面不符

原因：（1）擠出速度或溫度不符合要求；（2）牽引速度太快或太慢；（3）口型不正；（4）口型使用過久被磨損或設計不合理。

措施：（1）嚴格控制擠出速度和溫度；（2）使牽引速度和擠出速度一致；（3）調節好口型的位置；（4）重新設計或更換口型。

3.2 表面外觀質量問題：劃痕、鼓包、針眼、不光滑、裂口等

原因：（1）擠出速度過快；（2）牽引速度太快或太慢；（3）配方不當；（4）口型表面粗糙或口型內有雜物；（5）機頭溫度過高或過低；（6）原材料中水分、揮發物多。

措施：（1）調整螺桿轉速，調慢擠出速度；（2）使牽引速度和擠出速度一致；（3）修改配方；（4）檢修口型或清除雜物；（5）調整機頭溫度；（6）加強原材料的檢驗和補充加工。

3.3 焦燒

原因：（1）膠料配合不當，焦燒時間太短；（2）積膠或死角引起；（3）流膠口太小；（4）機頭溫度過高；（5）螺桿冷卻不足；（6）喂料中斷，形成空車滯料；（7）擠出后冷卻不充分。

措施：（1）調整配方；（2）改正口型錐角，定期清除積膠；（3）加大流膠口；（4）降低機頭溫度；（5）加強螺桿冷卻；（6）實現連續定量供膠；（7）改進冷卻。

4 硫化

硫化是橡膠加工的主要工藝之一，在加熱或輻射條件下，膠料中的生膠與硫化劑發生化學反應，由線型大分子鏈通過交聯而成為三維立體網狀結構，在物性上，硫化是塑性橡膠轉化為彈性橡膠或硬質橡膠的過程。

硫化反應是美國發明家查理·固特異（Charles Goodyear）于1839年發現的，他將硫黃與橡膠混合加熱制得性能較好的材料。英國發明家托馬斯·漢考卡（Thomas Hancock）最早把這一方法用于工業生產，因最初的天然橡膠制品用硫磺做交聯劑進行交聯而得名，他的朋友威廉·布羅克登（Willian Brockdon）用“硫化”命名這個過程。至今，人們仍然沿用“硫化”這一術語。

隨著橡膠工業的發展，硒、碲、多硫化物以及非硫黃交聯劑，如有機過氧化物、金屬氧化物、苯醌及其衍生物、合成樹脂、胺類化合物等都可以使橡膠硫化，有些膠料甚至不需要交聯劑，采用y射線也能硫化，因此硫化更科學的意義應是“交聯”或“架橋”，即線型高分子通過交聯作用而形成的網狀高分子的工藝過程。

硫化工藝的主要影響因素為時間、溫度、壓力，這三個因素對產品硫化質量有決定性的影響，通常稱它們為“硫化三要素”。

4.1 硫化溫度

硫化溫度指橡膠加熱硫化時所需的溫度，取決于生膠種類、硫化體系和產品結構等因素；硫化反應速度隨溫度的升高而加快，一般是溫度每升高10°C，硫化反應速度約加快一倍，硫化時間相對減少一半，生產效率提高，但我們在實際生產中不能無限制地提高硫化溫度，一般硫化溫度越高，膠料的物理機械性能越低，過高的溫度會引起橡膠分子鏈的裂解使產品性能下降。因此，硫化溫度的選擇應綜合考慮產品的類型、膠種、及硫化體系等幾個方面，一般EPDM橡膠的硫化溫度控制在120～190℃左右較合適。

4.2 硫化壓力

硫化壓力是指硫化過程中橡膠制品單位面積上所受壓力大小，也是橡膠硫化的條件之一。硫化壓力可分為常壓和高壓，常壓硫化適用于薄壁制品，EPDM密封膠條等模壓制品需要較高的壓力。

在EPDM密封條的硫化生產過程中施加較高的壓力，使揮發物和空氣從模具排氣孔排出，可防止混煉膠在硫化過程中產生氣泡，提高膠料的致密性，并使膠料易于流動和充滿模腔，同時提高膠料與骨架材料的密著性，提高產品的物理機械性能。

但是過高的硫化壓力也會影響橡膠的性能，并對設備損傷較大，動力成本相應也會增加，對硫化壓力的選取應根據膠料配方、膠料可塑性、產品結構和工藝等來選定。

4.3 硫化時間

硫化反應的進行除了溫度和壓力，還需要一定的時間。

通常，橡膠制品的硫化時間應在膠料達到正硫化的范圍內，根據制品的性能要求進行選取，還要根據制品的厚度和布層骨架等存在進行調整。

縮短硫化時間、提高硫化效率是所有橡膠企業的追求，主要的方法有提高硫化溫度和調整配方。

硫化工藝常見質量問題及及原因分析和改進措施（包含接角工序）：

原因：（1）裝膠量不足；（2）膠料流動性差；（3）壓力不足，膠料不能充滿模腔；（4）模溫過高，膠料部分焦燒，流動性降低；（5）模具結構不合理，膠料不易充滿模腔；（6）裝模、合模速度快，引起焦燒；（7）加壓太快，膠料未填滿模腔之前就被擠出模腔外，使飛邊加厚而產品缺料。

措施：（1）加大裝膠量；（2）調整配方或烘熱坯料；（3）提高壓力；（4）降低模溫；（5）改進模具；（6）降低合模速度；（7）減慢加壓速度。

原因：（1）壓力不足，氣體和硫化揮發物不能及時排出；（2）揮發分或水分太多；（3）膠料夾入空氣；（4）硫化溫度過高，膠料表面過早硫化，妨礙了膠料中水蒸氣、空氣的自由析出；（5）模內積水或膠料沾水；（6）裝料方法不當，模腔內空氣不易排出；（7）加壓太快，合模迅速，氣體來不及排出。

措施：（1）提高壓力；（2）原材料干燥處理；（3）進行劃泡處理；（4）降低硫化溫度；（5）清除模內積水，坯料預熱干燥；（6）裝料時盡量使膠料均勻分布模腔；（7）緩緩增壓，使模具慢慢閉合。

原因：（1）嚴重欠硫；（2）配合劑加入量過多；（3）混煉溫度過高。

措施：（1）延長硫化時間；（2）調整配方；（3）調整混煉溫度。

原因：（1）過硫；（2）模溫過高；（3）脫模劑不足；（4）啟模方法不當；（5）模具結構不合理。

措施：（1）降低硫化溫度或縮短硫化時間或改進配方；（2）冷啟模；（3）在易撕裂處適當多涂脫模劑；（4）改進啟模方法；（5）改進模具結構。

原因：（1）壓力不足或波動；（2）膠料不新鮮，噴霜或粘油污；（3）膠料焦燒時間太短。

措施：（1）調整壓力；（2）重新熱煉膠料，清潔；（3）調整配方。

原因：橡膠與模具表面之間的空氣無法逸出。

措施：加開排氣槽或改進模具結構。

在EPDM橡膠密封條的實際生產中，由于生產設備的關系，一般都把擠出和硫化工序合在一起。

5 結語

EPDM橡膠的生產過程是一個復雜而且容易出現較多問題的過程，通過對EPDM密封條的四大生產工藝進行關鍵控制，可以避免多數問題的產生，并且通過生產現場良好的生產管理及經驗教訓的總結，完全能夠大幅度提升質量及產能并降成本。

本文淺析的各工序關鍵控制點及一些常見問題的分析對上汽通用五菱EPDM橡膠供應商現實生產過程控制具有一定的借鑒作用。