橡膠支座鋼板清洗方式研究

呂學益LV Xue-yi；劉偉萍LIU Wei-ping；鄭羽健ZHENG Yu-jian；徐鴻飛XU Hong-fei；王榮康WANG Rong-kang

（柳州東方工程橡膠制品有限公司，柳州 545025）

0 引言

隨著世界工業高速發展，市場對產品的品質要求的提升，在減隔震領域各類支座產品的性能要求也日益升高。其中隔震橡膠支座產品對極限抗剪性能的要求，尤其是高大建筑、跨海大橋或LNG 等大型工程項目要求進行不小于400%的極限剪切變形檢測合格（部分地區標準要求甚至達到450%）。對于400%的極限剪切變形檢測來說，橡膠與鋼板的表面附著力也要求非常高。因橡膠類支座本體是由不同尺寸、形狀的膠片和鋼板層疊鑲嵌，在一定的溫度、壓力下經過一定的時間硫化、粘合而成。支座鋼板清洗后表面的潔凈度是影響橡膠與鋼板粘結剝離強度的一個非常關鍵的因素，《GB 20688.4-2007 橡膠支座 第4 部分：普通橡膠支座》中表3 中要求，橡膠與鋼板粘結剝離強度＞10kN/m，所以支座內部上下內連接鋼板及加勁鋼板，涂膠前需要進行嚴格的清洗控制鋼板表面的潔凈度來達到相應的剝離強度要求。以下分別對橡膠支座鋼板生產中所采用的3 種清洗方式進行分析類比，主要針對不同集成流線清洗方式進行介紹。

1 清洗原理

工業清洗實際上是對工件附著的各種復雜污垢進行清理，根據清洗方法和原理可分為：化學清洗、物理清洗和微生物清洗；化學清洗是采用一種或幾種化學藥劑（或其水溶液）清除設備工業側或水側表面污垢的方法。它是借助清洗劑對物體表面污染物或覆蓋層進行化學轉化、溶解、剝離以達到清洗的目的。常見的化學清洗包括用各種無機或有機酸去除金屬表面的銹垢、水垢，用漂白氧化劑去除物體表面的色斑等。物理清洗是借助各種機械外力和能量使污垢粉碎、分解并剝離離開物體表面，達到清洗的效果。即凡是利用熱學、力學、聲學、光學、電學的原理去除表面污垢的方法都應該歸為物理清洗范圍。目前常用的物理清洗方法有高壓水射流清洗、干冰清洗、激光清洗和超聲波（爆破）清洗等。微生物清洗是利用微生物將設備表面附著油污分解，轉化成為無毒無害的水溶性物質的方法。這種清洗把污染物（如油類）和有機物徹底分解，是真正意義上的環保型清洗技術。

2 橡膠支座待洗鋼板的特點

通常橡膠支座鋼板的生產需要經過機加工、拋丸、校平、清洗、涂膠等工序，其待洗鋼板主要是加勁鋼板、內連接鋼板及內封層鋼板。支座鋼板的材質主要為：Q235、Q345 鋼板、1Crl8Ni9T 及0Cr19Ni13Mo3 不銹鋼板等。支座鋼板尺寸跨度范圍較大，一般尺寸范圍100～1800mm，厚度在2～50mm 之間。鋼板的形狀類型各異，主要有圓形或矩形，部分鋼板中間存在大小不同、形狀各異的通孔、螺紋孔或者盲孔；大部分鋼板因為需要涂刷膠粘劑，所以這些鋼板都經過拋丸處理。對于不同的要求分為2#，5#標準，要求不同標準的鋼板，表面的拋丸的麻度不同。經過拋丸處理后的鋼板表面存在凹凹凸凸的槽、坑，這些槽、坑非常容易存儲污垢。

清洗的目的主要是將污垢從鋼板表面去除，獲得理想潔凈的表面來滿足后續涂膠工序對鋼板潔凈表面的要求。在清洗過程中從清洗對象表面取出的雜質統稱為污垢，因橡膠支座鋼板通過復雜的車、銑、刨、磨、鉆等機械加工（部分經過熱處理）及拋丸后獲得，通常會攜帶有粉塵、冷卻油、沖壓油、拋丸后的鐵粉、砂輪油石粉和氧化皮等污垢。這些污垢雜質大多數是附著在鋼板的外部表面上，此時可以用比較常規的方法進行清洗。如一些裸露環境下的鋼板在與空氣中的水分、氧氣及二氧化碳的接觸過程中，表面會被氧化生產鐵銹，將給清洗增加難度。還如經過拋丸后的鋼板表面會產生一層硬質的氧化皮，以及大量拋丸后的鐵粉及沙粉會存留在鋼板的孔、槽內，這些將大大增加清洗難度。

3 橡膠支座鋼板的清洗現狀

由于減隔震行業的特殊性、制造工藝的復雜性，國內現階段對各種減隔震橡膠制品組成的鋼板清洗方式主要有：傳統手工洗及部分自動、半自動清洗。一般采用人工溶劑采用毛刷進行刷洗，主要存在清洗效率低下、工人勞動強度大、清洗質量存在人為因素影響，質量不穩定，清洗不徹底問題。部分采用簡單的半自動設備清洗，清洗不徹底，清洗效率低。部分清洗線只是單一進行清洗或者單一進行干燥，清洗不徹底，有的干燥效果差，局部干燥不全，有的清洗與干燥銜接不當沒有及時進行干燥，造成干燥不全出現反銹現象，難以得到長效防銹保證。另，鋼板的除污溶劑，有的采用有毒、有害破壞環境的液體（如：三氯乙稀，三氯乙烷，二氯甲烷，四氯化碳），存在毒性對操作人員造成危害及對環境（對臭氧層有破壞作用）造成破壞；有的為了提高清洗去污力，采用易燃、易爆液體，如汽油等，容易引起火災及爆炸事故的發生。

4 清洗方式的比較

清洗溶劑及清洗方式的選擇是清洗中關鍵的兩個環節，鋼板使用不同的溶劑采用不同的清洗方式、方法，所獲得鋼板的表面潔凈程度會有所不同。普通方式的清洗存在潔凈度不高、干燥不全造成反銹都會影響支座鋼板與橡膠之間的附著力，進而導致生產的支座出現部分鋼板與膠層粘接不牢、鋼板與膠層出現脫離等現象或經過《GB-T 20688.1-2007 隔震橡膠支座試驗方法》5.6 中的粘合性能試驗（GB7760-2003 粘合強度的測定），粘結剝離強度檢測不合格。因此提升支座加勁鋼板涂膠前鋼板表面的潔凈程度，是保障產品質量的一個非常重要的環節。

清洗溶劑基本分為3 大類：ODS 清洗劑、碳氫（CH）清洗劑和水基清洗劑，不同的溶劑適用于不同材料、不同類型的工件清洗，水基清洗劑中又分為：酸、堿性及中性清洗劑，經過驗證配合以下清洗方式選擇無色半透明的XL-A堿性水基清洗劑，成分主要為氫氧化鈉鉀、碳酸鈉、及去離子水等，pH 值在11.0~12.0 之間，它去油污能力強，無毒無害適用于大多數材料，非常適用于橡膠支座鋼板Q235、Q345 鋼板材質的清洗，清洗工藝簡單、設備成本低經濟性好，唯一存在的易返銹問題可以選擇帶防銹功能清洗液（添加三元酸類水性防銹劑）來彌補，另外選擇XL-A 堿性金屬清洗防銹劑對鋼件、膠粘劑不反應，且對支座鋼板不腐蝕、對支座橡膠無影響、環保無毒無害。

《GB 20688.4-2007 橡膠支座 第4 部分：普通橡膠支座》明確了橡膠支座的抗壓、抗剪性能要求及允許偏差。明確規定了平面尺寸偏差及厚度尺寸偏差。采用化學清洗方法會對鋼板的金屬層存在一定的腐蝕作用，腐蝕后的鋼板對性能會存在一定的影響顯然不適用，對于橡膠支座鋼板的清洗，本文主要以物理的清洗方法進行類比探究。表1對3 種清洗方式及其效果進行了分析比較。

表1 3 種清洗方式比較

表1 是目前在工業上常用的幾種清洗方式中優選出3 種物理清洗方式進行比較，詳細分析如下：

方式1：通過式毛刷+淋浴方式（圖1）

圖1 通過式毛刷+淋浴方式

此方式工件從一端入從另一端出，過程中采用噴淋、風切、干燥等工序將工件洗凈再干燥。速度快對軟粘的污垢清洗效果較好，適合清洗大、且平整表面，但因經拋丸鋼板坑洼，毛刷輥滾刷清理效果不佳，從圖1 可很明顯地看出毛刷輥軟刷部分有一定范圍T（即可刷至范圍），當h1 及h2 大于T 時，毛刷無法達到槽、坑凹底部進行清洗。因為毛刷輥直徑D 的尺寸固定，而支座鋼板尺寸跨度范圍較大（厚度在2～50mm 之間）對于需要調整厚度尺寸范圍較大的鋼板，需要根據不同鋼板厚度尺寸調節毛刷輥的相對高度來使之接觸工件表面。如鋼板厚度H 縮小至小于上下豎直一對毛刷外輪廊間距時，毛刷輥沒有進行上下調節則無法接觸到鋼板工件表面。

另，不同毛刷輥的材質會對工件表面產生不同程度的影響，如尼龍毛刷易磨損，鋼絲刷會損傷工件表面。支座鋼板尺寸跨度范圍較大，一般尺寸范圍100～1800mm，厚度在2～50mm 之間。

方式2：槽浸泡式超聲波震動沖擊清洗方式（圖2）

圖2 槽浸泡式超聲波震動沖擊清洗方式

通過超聲波震動在液體中傳播產生的“空化”效應，對工件進行沖擊清洗。對于沒有布置超聲波的頂面清洗效果欠佳，也不太適宜于尺寸變化范圍較大、工件質量重的場合；對于槽式清洗而言，每個槽的設計大小根據工件的尺寸跨度范圍而定，過大的槽體設計將會增加溶劑消耗及加熱系統及循環系統的能耗，大大增加了單件工件清洗的生產成本。另外當清洗完畢機械手需要把工件從一個槽提搬運到下一個清洗槽，搬運過程會耗費一定的時間，從節拍上對比時間占比較長。對于橡膠支座鋼板尺寸跨度范圍大，單件工件質量重，要求節拍速度快的批量生產作業來說，優勢明顯略低于通過式連續清洗的方式。比較適合節拍清洗精密的零部件且對工件清洗要求比較高的場合清洗（汽車發動機、閥芯、手表零件及電腦零件的清洗）。

方式3：通過式高壓噴淋沖刷方式（圖3）

圖3 通過式高壓噴淋沖刷方式

橡膠支座鋼板通常是經過拋丸后處理的矩形或圓形板，對于此類鋼板通常存在以下特點：

①拋丸處理后的鋼板表面會存在大大小小的坑、槽，這些深度不一大小不等的坑、槽易藏污納垢，給清洗帶來很大的難度，加上不同工藝要求的產品拋丸的標準不一樣（如行業規定的2#和5#標準，表面麻度和凹坑深度均不一樣），造成鋼板表面的麻度及坑、槽深度更不一樣。

②鋼丸與鋼板碰撞會脫落很多鐵粉、丸粉，對比常規金屬零件的清洗和過濾難度大大增加。

③拋丸后脫落的高溫氧化層會在鋼板表面因局部高溫而粘附在鋼板上，特別是高溫氧化混合粉塊粘附在坑、槽內，大大增加了清理去除的難度。

高壓噴淋沖刷方式通過噴嘴把加有壓力的清洗液噴射出來沖擊清洗物體表面，因為噴射行程范圍長，所以對于橡膠制品鋼板上存在的坑、槽以及表面的孔、洞，只要噴嘴選型及排布得當都可以起到非常好的清洗效果。也特別適用于支座鋼板平面及厚度尺寸跨度范圍大、形狀類型各異的鋼板。高壓噴淋沖刷方式其清洗作用力包括清洗液體本身具有的洗凈力和通過噴嘴噴射出的壓力以及流體的速度動能轉換成對工件的沖擊力等作用力的合力。此合力作用于拋丸后粘附在鋼板上的氧化皮上起到了非常好的清理去除效果。對于生產線連續輸送的鋼板進行不斷的噴淋沖刷清洗，能夠把鋼板表面的冷卻液、切削沖壓油、拋丸后的鐵粉、丸粉、砂輪油石粉進行較好的分離。當然高壓水沖刷方式對噴嘴的選型、布置、噴嘴水的打擊力和噴洗系統都有一定的要求，詳細介紹可以參看《高壓水射流清洗鋼板系統參數分析與研究》相關的參數及其分析。

根據表1 及以上分析對比，橡膠支座鋼板涂膠前表面清洗優先采用通過式高壓噴淋沖刷方式對橡膠支座鋼板的清洗要優于其余2 種清洗方式，更適合用于各異類表面（如：異形孔、臺階、盲孔），清洗工件尺寸跨度范圍大，產線要求速度快，清洗難度大、潔凈度要求較高的場合。

5 結論

通過類比，采用堿性防銹清洗溶劑配合網鏈通過式高壓噴淋沖刷方式進行清洗然后連續進行干燥，是橡膠類支座鋼板表面清洗較優的一種方式，采用此清洗方式清洗鋼板后，鋼板的表面和異形孔、臺階、盲孔都可達到非常好的潔凈度程度。此方式較好地集成了清洗、防銹、干燥、冷卻于一體，適用于現代化的集成流水線作業連續生產，可提高清洗多樣化類型的產品質量及生產效率，降低器械的損耗，降低勞動強度。生產節拍快、產能高，適合清洗潔凈度要求較高的鋼板。

此方式可清洗的支座鋼板尺寸跨度范圍大，用于各異類表面（如：異形孔、臺階、盲孔）清洗，工件的外形種類不受限制，適合于清洗尺寸復雜、類型多樣化的減、隔震類橡膠支座鋼板，以及對同類鋼板的清洗具有參考性推廣意義。