浅析汽车用EPDM密封胶条生产工艺控制

2022-06-24廖丽娜

时代汽车 2022年11期

廖丽娜

上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州市 545007

上汽通用五菱汽车股份有限公司目前生产的各车型密封胶条大多数都是使用EPDM（三元乙丙橡胶）材料，例如车门主密封胶条、车身侧密封胶条、车窗密封条、后门框密封条、发动机罩密封条等。由于EPDM密封条的生产工艺过程较复杂，在生产过程中较易出现较多问题，因此在生产的各个环节进行关键点的控制是至关重要的。

目前上汽通用五菱一般EPDM密封胶条的四大生产工艺过程基本为：

原材料选用—炼胶—挤出-硫化-（后续还有后加工工序，本文不做介绍）

要做好EPDM密封胶条，四大工艺的控制尤为关键。

1 原材料选用

目前汽车密封条材料主要有以下几种：三元乙丙橡胶（EPDM）、聚氯乙烯（PVC）和热塑性弹性体材料（TPE/TPV），上汽通用五菱各型号汽车内外水切、顶盖橡塑条基本使用的是聚氯乙烯（PVC），部分车型的玻璃导槽密封条使用的是热塑性弹性体材料（TPE/TPV）外，其它大多数车型使用的发动机罩密封条、车门密封条、车身密封条、玻璃导槽密封条、尾门密封条等等都是三元乙丙橡胶（EPDM），本文重点介绍EPDM密封胶条的生产工艺控制。

三元乙丙橡胶（EPDM）加工性能优越，耐候性、耐水性、耐热性、耐臭氧、电绝缘性良好，硫化后压缩永久变形量小，是各主机厂生产密封条的首选材料。

三元乙丙橡胶（EPDM）具有低密度高填充性，可大量充油和加入填充剂，降低橡胶制品成本，在实际应用中，整车各部位密封条功能不同，可在EPDM材料中加入不同的各种材料，改变结构满足不同的性能要求，形成密实胶和海绵胶。由于填充剂的种类和含量对三元乙丙橡胶（EPDM）的性能影响较大，添加时需控制好比例。

2 炼胶

上汽通用五菱EPDM胶条供应商目前使用的炼胶方法主要是混炼，在炼胶机上将各种配合剂均匀的加入具有一定塑性的生胶、塑炼胶中的工艺过程称为混炼。混炼过程是配合剂（以炭黑为主）在生胶过程中均匀分散的过程。

混炼方法按混炼设备可分为XK混炼法、XM混炼法、XJ混炼法；按混炼次数可分为一段混炼法、二段混炼法、多段混炼法；按混炼时的加料顺序可分为普通加料混炼法（顺料法）、逆混炼法、引料法（种子胶法）。上汽通用五菱的EPDM胶条供应商一般采用的是二段混炼法，过程一般分为两段，第一段俗称A炼，主要是生胶与炭黑、填料、加工油、氧化锌、硬脂酸、加工助剂之间的混炼；第二段俗称B炼，主要是A炼胶与小药的混炼。

炼胶过程主要控制好以下几点：

2.1 配方的选用

每个胶条供应商使用的胶料配方都不一样，配方设计则是根据产品的性能要求和工艺条件，通过试验、优化、鉴定，合理的选用原材料，确定各种原材料的用量配比关系的过程；做为配方的核心来说是配方中材料种类、材料规格、材料配比。在研究和应用某一配方时，必须要考虑到具体的生产条件和现行的工艺条件。

2.2 炼胶设备

开炼机和密炼机混炼方法应用最早，至今仍在广泛使用，并正在向着采用高压、高速密炼机进行快速混炼的方向发展。目前上汽通用五菱的EPDM胶条供应商一般采用的都是开炼机和密炼机。

开炼机混炼是应用最早的混炼方法，其灵活性好，适用于小规模、小批量、多品种的生产，但是其生产效率低、劳动强度大、环境卫生及安全性差、胶料质量不高，因此已趋于逐渐淘汰。

胶料混炼现在普遍采用密炼机混炼，可以克服开炼机混炼劳动环境恶劣、操作不安全、生产效率低、混炼胶质量差等确定，有利于提高自动化、机械化、联动化水平。但是也存在混炼温度较高，需防止胶料焦烧，且需进行下片工艺。

2.3 炼胶工艺过程关键控制点

（1）破好的胶需在4小时内进行塑炼；（2）塑炼时辊距小、辊筒温度低；（3）混炼时控制好辊温及时间防止焦烧；（4）混炼时粉子干燥防止结团；（5）混炼时胶料适量，避免太多产生焦烧和混炼不均匀，太少工效太低；（6）出胶片不易太厚，确保容易散热。

炼胶过程较常见质量问题及原因分析和改进措施：

原因a：材料原因，配方不当、材料过期存放，料粉受潮。

措施：配方设计进行充分验证及制定标准；规定材料保管期并做好标识目视化。

原因b：设备原因，密炼机温度控制失效、上顶栓压力不够、混炼室中焊层部位磨损过度、压片机辊温控制失效、压片机上的高架翻胶装置失灵。

措施：进行设备点检，做好设备预防性维护。

原因c：工艺原因，混炼时间不够、排胶温度太低或太高、配合剂增加的顺序不对、混炼过程中填充剂添加时间太迟、胶料批量太大或太小。

措施：制定标准化混炼程序，并培训员工按要求执行，做好监督审核。

原因a：材料原因，硫化剂、促进剂用量太多，硫化体系作用太快，配合剂称量不对，填料过量，在胶料还呈热、湿状态时堆积胶料等。

措施：配方设计进行充分验证及制定标准，员工按照标准进行称量、放料及停放。

原因b：工艺原因，装料容量过大、密炼机冷却不够、转子转速过高、初始加料温度太高、排胶温度过高、漏加防焦剂、下片后未充分冷却等。

措施：制定标准化混炼程序，并培训员工按要求执行，做好监督审核。

原因c：环境原因，停放场所温度过高或者空气不流通。

措施：胶料停放在恒温恒湿的环境，并每天派人做好环境点检记录。

原因a：材料原因，配合剂称量不准，胶料停放时间过长等。

措施：员工按照标准进行称量。

原因b：工艺原因，胶料混炼时间不足、不均匀。

措施：制定标准化混炼程序，并培训员工按要求执行，做好监督审核。

3 挤出

挤出成型是指胶料在挤出机中进行加热和塑化，通过螺杆的旋转并向前输送，在一定的压力作用下通过一个口型连续挤送出来，使之成为具有一定断面形状的产品的工艺过程。胶料通过挤出机螺杆的旋转得到进一步的混炼及塑化，保证挤出的半成品胶料质量更均匀致密。

挤出工艺是确保零件断面符合设计要求的重要工序，EPDM橡胶比其他橡胶容易挤出，挤出速度较快，挤出变形较少，挤出性能较好，在挤出过程中可参照以下温度工艺控制挤出机的各个部位：口型（口模）：90～140℃，机筒：60～70℃，机头：80～130℃，螺杆：冷却。

单体橡胶的挤出比较简单，控制好温度转速基本就能保证断面符合，复合挤出则需注意控制好胶料和骨架的挤出速度一致，复合挤出模中的骨架导入模和复合挤出模的型腔配合倾角适当等。

挤出工艺常见质量问题及及原因分析和改进措施：

3.1 断面不符

原因：（1）挤出速度或温度不符合要求；（2）牵引速度太快或太慢；（3）口型不正；（4）口型使用过久被磨损或设计不合理。

措施：（1）严格控制挤出速度和温度；（2）使牵引速度和挤出速度一致；（3）调节好口型的位置；（4）重新设计或更换口型。

3.2 表面外观质量问题：划痕、鼓包、针眼、不光滑、裂口等

原因：（1）挤出速度过快；（2）牵引速度太快或太慢；（3）配方不当；（4）口型表面粗糙或口型内有杂物；（5）机头温度过高或过低；（6）原材料中水分、挥发物多。

措施：（1）调整螺杆转速，调慢挤出速度；（2）使牵引速度和挤出速度一致；（3）修改配方；（4）检修口型或清除杂物；（5）调整机头温度；（6）加强原材料的检验和补充加工。

3.3 焦烧

原因：（1）胶料配合不当，焦烧时间太短；（2）积胶或死角引起；（3）流胶口太小；（4）机头温度过高；（5）螺杆冷却不足；（6）喂料中断，形成空车滞料；（7）挤出后冷却不充分。

措施：（1）调整配方；（2）改正口型锥角，定期清除积胶；（3）加大流胶口；（4）降低机头温度；（5）加强螺杆冷却；（6）实现连续定量供胶；（7）改进冷却。

4 硫化

硫化是橡胶加工的主要工艺之一，在加热或辐射条件下，胶料中的生胶与硫化剂发生化学反应，由线型大分子链通过交联而成为三维立体网状结构，在物性上，硫化是塑性橡胶转化为弹性橡胶或硬质橡胶的过程。

硫化反应是美国发明家查理·固特异（Charles Goodyear）于1839年发现的，他将硫黄与橡胶混合加热制得性能较好的材料。英国发明家托马斯·汉考卡（Thomas Hancock）最早把这一方法用于工业生产，因最初的天然橡胶制品用硫磺做交联剂进行交联而得名，他的朋友威廉·布罗克登（Willian Brockdon）用“硫化”命名这个过程。至今，人们仍然沿用“硫化”这一术语。

随着橡胶工业的发展，硒、碲、多硫化物以及非硫黄交联剂，如有机过氧化物、金属氧化物、苯醌及其衍生物、合成树脂、胺类化合物等都可以使橡胶硫化，有些胶料甚至不需要交联剂，采用y射线也能硫化，因此硫化更科学的意义应是“交联”或“架桥”，即线型高分子通过交联作用而形成的网状高分子的工艺过程。

硫化工艺的主要影响因素为时间、温度、压力，这三个因素对产品硫化质量有决定性的影响，通常称它们为“硫化三要素”。

4.1 硫化温度

硫化温度指橡胶加热硫化时所需的温度，取决于生胶种类、硫化体系和产品结构等因素；硫化反应速度随温度的升高而加快，一般是温度每升高10°C，硫化反应速度约加快一倍，硫化时间相对减少一半，生产效率提高，但我们在实际生产中不能无限制地提高硫化温度，一般硫化温度越高，胶料的物理机械性能越低，过高的温度会引起橡胶分子链的裂解使产品性能下降。因此，硫化温度的选择应综合考虑产品的类型、胶种、及硫化体系等几个方面，一般EPDM橡胶的硫化温度控制在120～190℃左右较合适。