汽车等速万向节橡胶防尘罩的研制

该性能要求胶料在高温动态条件下具有优异 的耐疲劳老化性能、强伸性能和柔韧性能，结合 门尼粘度等要求， 最终选用 DCR-66 氯丁橡胶作为 胶料的主体生胶。DCR-66 氯丁橡胶结晶很慢，门 尼粘度 70±10，强度高，耐曲挠性优异，同时所 配用的防老剂均具有优异的抗曲挠龟裂性能。 最终设计配方为：DCR-66-100，硬脂酸-1， N550-35，N774-20，DOP-5，DOS-7，轻质氧化镁 -4，石蜡-1，微晶蜡 1，防老剂 4020-1.5，防老 剂 ODA-2，防老剂 MB-2，促进剂 TMTD-0.7，氧化 锌-5，促进剂 NA-22-1.4，硫磺-0.4。 8.工艺设计 如前所述，该产品结构较为特殊，利用普通 模压工艺很难解决模具和工艺问题，而采用橡胶 注射成型工艺比较适合此类产品的生产，该工艺 具有如下特点： ①适于生产结构复杂的橡胶制品； ②提高制品的尺寸稳定性、精确性； ③废品率低，产品基本上不用修边； ④自动化程度高，劳动强度低，生产效率高； ⑤缺点是模具造价高，设备专用。 注射成型用氯丁橡胶胶料生产工艺与常规氯 丁橡胶胶料生产工艺除半成品制备工艺外基本相 同，下面做简要论述。 8.1 烘胶 烘胶可以解除氯丁橡胶经贮存后产生的结晶 现象，使塑炼、混炼能顺利进行，这在冬季生产 时体现得尤为重要。烘胶一般可以在 50～60℃、 4h 条件下进行，时间的长短可以根据工艺需要及 贮存期的长短加以调整。 8.2 塑炼 氯丁橡胶 DCR-66 的门尼粘度(ML1+4,100℃)为 60～80，需要适当塑炼后才可满足混炼及注射工
6.2 设备工装 该产品的结构如图 1 所示比较特殊，用普通 平板硫化机及普通模压模具很难成型，即便能解 决胶料装填及成型问题，也很难满足大批量生产 需要，此问题在后面工艺设计中将加以论述。 6.3 工艺性能 氯丁橡胶的工艺问题主要体现在以下几方 面： ①粘辊 由于极性氯原子的存在，使氯丁橡胶在加工 时对温度的变化非常敏感，当塑炼、混炼温度超 出弹性态温度范围时，会产生粘辊现象，操作困 难，严重的甚至无法生产操作。 ②结晶 因氯丁橡胶的分子结构以反式-1,4 加成结 构为主体，使其比天然、丁苯、丁基橡胶等的结
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对于氯丁橡胶的配合体系，不同的制品、不 同的性能需要不同的生胶选择和不同的配合剂搭 配。本产品研制选用传统的金属氧化物＋促进剂 ＋硫黄＋防焦剂的硫化体系。下面重点就本产品 材质性能的解决方法做简单论述。 ①常温性能： 拉伸强度≥17MPa， 扯断伸长率 ≥400% 如前所述，同时解决此两项性能就氯丁橡胶 配合本身来说没有问题，但需注意生胶本体的选 择至关重要，具体体现在氯丁橡胶的生胶门尼粘 度要适中，既要保持较大的伸长率又要具有较高 的拉伸强度。门尼粘度小则伸长率大，但胶料混 炼有难度，操作稍有不慎会严重粘辊而无法继续 操作；门尼粘度大则拉伸强度高，但胶料混炼工 艺性能会变差，配合剂不易分散而影响下工序的 加工，另外半成品的贮存亦不安全。经过一系列 试验对比，门尼粘度选择在 70～80 较为合适。 ② 耐 臭 氧 老 化 ： （ 200±20 ） 50pphm×40℃×72h×20%拉伸无龟裂 氯丁橡胶耐臭氧老化一般浓度为 50pphm，为 达到 200pphm 的耐臭氧水平，配方设计中采用两 种高效耐臭氧剂（ODA+4020）与两种石蜡（石蜡+ 微晶蜡）并用的防护体系，既能使制品表面能迅 速形成蜡保护膜，又能保证膜的长久稳定性，同 时 ODA 在氯丁橡胶中还具有突出的耐热性能。 ③低温脆性：不高于-45℃ 氯丁橡胶满足-45℃要求，需要对生胶型号及 软化体系、补强体系进行合理选择及优化设计， 经过对比分析生胶选用日本 DENKA 产 DCR-66 较为 合适，软化剂选用耐低温性能优良的酯类增塑剂 DOS、DOP，补强剂选用耐低温性能较好的软质碳 黑（快压出碳黑与半补强碳黑并用） 。 ④耐曲挠性：100℃在 140r/min 转速下运转 240h 完好无损
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4.检测仪器 电子拉力试验机 DXLL-5000（上海） ，无转子 硫化仪 MDR-2000 （上海） ， 老化试验箱 402B-A （上 海） ， 单试样硫化橡胶脆性温度测定仪 XCY （天津） 。 耐臭氧性及耐曲挠性均委托国家级检测机构 检测。
5.产品主要性能指标及检测标准（见表 1） 6.产品研发技术难点 6.1 材质性能见（表 2） 。
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艺的需要，塑炼采用开炼机低温一段薄通工艺， 控制辊筒温度在 40℃以下， 容量为 10kg （16 寸开 炼机），薄通 15 次。为易于密炼机转子咬料及保 护密炼机，塑炼胶下料时打成胶卷，按开炼机辊 筒自然宽度下片。 8.3 混炼
混炼在密炼机中进行。因氯丁橡胶加工过程 中易于焦烧，故采用两段混炼工艺，即在 75L 密 炼机中进行短时间混炼，严格控制排料温度，快 速排胶，在胶料经过停放冷却后，于开炼机上加 氧化锌及 NA-22， 然后混匀下片。 氯丁橡胶混炼工 艺如表 3 所示。
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汽车等速万向节（CVJ）橡胶防尘罩的研制
王子生 (大连爱光汽车部件有限公司，大连，116650)
摘要：本文就汽车用等速万向节（CVJ）橡胶防尘罩的配方设计、工艺设计等方面进行了研究，着重论述了产品的 技术难点及其解决方案，如低温脆性及耐曲挠性等，并对模具设计及生产工艺问题做了一些探讨。 关键词：等速万向节；CVJ；橡胶；防尘罩 DOI:10.3969/j.cn.12-1350(tq).2013.04.002
作者简介：王子生 (1974- )，男，工程师，学 士学位，工作于大连爱光汽车部件有限公司，从事 橡胶塑料行业工业制品的生产技术工作。
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产品简图如图 1 所示。
图 1 汽车等速万向节橡胶防尘罩简图
表 1 产品主要性能指标及检测标准 检测项目 检测条件 检测内容(项目) 邵尔 A 型硬度/度 常规性能 试验室环境 拉伸强力(MPa) 扯断伸长率(%) 拉伸强度变化率 （%） 热空气 100℃×72h 老化性 25%压缩 永久变形 100℃×72h 25%压缩永久变形 （%） （B 型试样） 硬度变化（度） 拉伸强度变化率 （%） 耐 NO.1 油 100℃×72h 扯断伸长变化率 （%） 体积变化率（ %） 拉伸强度变化率 （%） 耐 NO.3 油 100℃×72h 扯断伸长变化率 （%） 体积变化率 （%） （200±20） 耐臭氧老化 pphm×40℃×72h×20% 拉伸 低温脆性 撕裂强度 耐曲挠性 运转 240h，摆角 15° / / 100℃在 140r/min 转速下 耐曲挠性 完好无损 企业标准 脆性温度（℃） 撕裂强度（kN/m） 不高于-45 ≥20 GB/T 15256-1994 GB/T 529-2008 耐臭氧老化 无龟裂 GB/T 7762-2003 最大-30 -5～10 最大-70 最大-55 40～100 GB/T 1690-2010 ±10 最大-30 GB/T 1690-2010 ≤30 GB/T 7759-1996 扯断伸长变化率 （%） 硬度变化（度） 最大-30 ±10 GB/T 3512-2001 指 标 65±5 ≥17 ≥400 最大-15 执行标准 GB/T 531.1-2008 GB/T 528-2009 GB/T 528-2009
前而言其材料价格及设备价格仍较为昂贵，且其 配套设备较多，均为塑料行业专用，投入资金较 多。而氯丁橡胶因其价格适中，性能优异，采用 橡胶通用设备即可加工，适于在橡胶加工企业生 产。因此结合实际情况，开发本产品所用主体材 料选择氯丁橡胶。 2.主 要 原 材 料 氯丁橡胶 DCR-66，日本 DENKA 产品，门尼粘 度(ML1+4,100℃)为 70±10；快压出炭黑（N550） ， 河北产；半补强炭黑（N774） ，抚顺产；氧化锌， 间接法，氧化锌含量≥99.7%，柳州产；癸二酸二 辛 酯 （ DOS ） ， 优 级 品 ， 山 东 产 ； 防 老 剂 ODA （Octamine） ，江苏南京产；防老剂 4020，江苏南 京产；防老剂 MB，山东产；轻质氧化镁，一级品， 山西产；NA-22，一级品，浙江黄岩产。 3.生产设备 密炼机 X(S)N-75×30 （大连） ， 开炼机 XK-550 （青岛） ，开炼机 XK-400（青岛） ，橡胶注射成型 机 LBZ-200A （北京） ， 冷喂料橡胶挤出机 XJ-65 （青 岛） 。
表 2 材质性能 项目 内容 拉伸强度（MPa） 常规性能 扯断伸长率（%） （200±20） 耐臭氧老化 pphm×40℃×72h×20%拉伸 不高于 低温脆性 / -45℃ 100℃在 140r/min 转速下运 耐曲挠性 转 240h，摆角 15° 完好无损 强伸性能、柔韧性能。 所限，其使用温度一般不低于-40℃。 要求胶料在高温下具有优异的耐疲劳老化性能、 无龟裂 所以此项性能要求更为严格。 此项为最难解决的一项，受氯丁橡胶本身结构 ≥400 提下则对生胶选择及补强体系要求很高。 氯丁橡胶耐臭氧老化一般浓度为 50pphm， ≥17 说明 同时满足此两项性能的氯丁橡胶配合没有任何 问题，但在保证良好工艺性能及适当成本的前
1.前言 汽车等速万向节防尘罩（以下简称为 CVJ 防 尘罩）位于汽车驱动轴的周围，用于保护联轴器， 是汽车转向系统球笼护罩，用于存放润滑油，并 避免灰尘、水和盐等进入润滑系统，是汽车重要 配件之一；要能耐受道路上的泥浆和污垢所产生 的极端磨蚀性的运行条件，还需要在极端温度条 件下保持高度的挠性，以适应汽车可能发生的大 角度急转弯，其最低使用温度可能达到-45℃。为 保证汽车转向系统长期有效运行， CVJ 防尘罩还需 要具有优异的（高低温）抗疲劳性能、耐热油长 期侵蚀性能。 既能满足耐候性要求又具有优异耐高低温抗 疲劳性能、耐热油侵蚀性能的弹性体材料一般首 选 氯 丁 橡 胶 （ CR ） 及 TPEE(Thermoplastic Polyester Elastormer，热塑性聚酯弹性体)。因 TPEE 是一种塑料，需用塑料专用注射成型机进行 加工，无法利用橡胶工业的基本加工设备，就目
表 3 氯丁橡胶混炼工艺 一段混炼 序号 1 2 3 4 5 内容 加入塑炼胶 加小药 加大药（受压期间 扫粉 2 次） 放料 / 受压时间 min 2 1.5～2 5～6 温度 45℃ 以 下 55℃ 以 下 / 80～ 85℃ 序号 1 2 3 4 5 6 二段混炼 内容 一段胶片包辊， 捣均。 辊距 6～7mm 抽多余胶料，加入 NA-22 及 S 扫粉，全部吃尽后加入 ZnO 扫粉，全部吃尽后加入所抽胶料 左右切落捣胶各 3 次 辊距 3～4mm 打三角包 3 个，然后 辊距 6～7mm 下片冷却待用 加料量 20～30kg，辊温 50℃以下
晶倾向性大，氯丁橡胶的未硫化胶料和硫化胶， 经长期放置后便会缓慢硬化。在生产中表现为生 胶塑性较小，负荷难以稳定，混炼时能耗较大； 未硫化胶料久放后塑性丧失，工艺性能变差，严 重的会造成胶料报废。 ③贮存稳定性差 氯丁橡胶经长期贮存后，会出现塑性下降、 硬度增大、焦烧时间缩短的现象，工艺上体现为 胶料流动性差，半成品表面粗糙、收缩大。 ④模具腐蚀 在用氯丁橡胶胶料长期硫化后，模具表面会 附着一层深色析出物，影响产品外观质量，甚至 造成产品不良，在用无边模具生产时影响更为明 显。 7.配方设计
开炼机捣胶左右各 2 次后下片冷却，停放 8h 以上待用， 辊距 6～7mm 1. 混炼容量：76kg，开炼机温度 50℃以下 2. 总密炼时间约 9～10 分钟
备注
备注
氯丁橡胶因其结构特点易产生粘辊现象，除 配方设计上尽量考虑外，混炼过程中也需注意， 如加强冷却、操作迅速、避免反复加工等均能有 效控制粘辊现象。 8.4 挤出 橡胶注射成型工艺，是通过螺杆旋转剪切作 用将胶料预热塑化，再将胶料注入模腔硫化的工 艺，不同于普通模压工艺，胶料装填通过喂料口 进入。胶料半成品为条状，其生产工艺为先用挤 出机将胶料挤出成胶条，再通过冷却水槽将胶条 冷却，最后通过卷曲装置将胶条收集，贮存停放