一系簧粘接强度影响因素的工艺探究

翟继芹, 穆洪帅, 温泰斗, 侯 明

（株洲时代新材料科技股份有限公司, 湖南 株洲 412007）

一系簧粘接强度影响因素的工艺探究

翟继芹, 穆洪帅, 温泰斗, 侯 明

（株洲时代新材料科技股份有限公司, 湖南 株洲 412007）

以某型一系簧出发，试验了不同下料质量、机台压力、各层橡胶进胶速率对产品粘接强度的影响。试验结果表明：随着下料质量的增加，橡胶的交联程度及致密度增大，导致产品的粘接强度增大；机台压力增大亦会增大产品的粘接强度，但效果不明显；各层橡胶进胶速率的不同，对粘接强度影响不明显，但是能够明显改善产品的粘接外观，对解决产品因气泡或由窝气引起的粘合不牢有显著效果。

一系簧；下料质量；机台压力；进胶速率；粘接强度

0 前 言

一系簧是由外套、隔套、芯轴及橡胶组成的金属橡胶结构件,是车辆一系悬挂的关键部件,为车辆一系悬挂提供合适的横向和纵向定位刚度,起支承、减振作用（图1、2）。在垂直方向给车体以弹性支撑；在列车的纵向和横向提供柔性连接和弹性定位作用。对于存在相对运动的橡胶制品,在工艺设计时应充分考虑其粘接性能问题[1]。本工作结合某型一系簧粘接强度试验,从工艺设计角度出发,探讨一系簧粘接强度的影响因素。

1 实 验

1.1 主要原材料及配方

天然橡胶NR,3#烟胶片,海南橡胶厂；炭黑, N330,天津海豚炭黑有限公司；芳烃油,8115TN, Saipahan伊朗润滑油公司；防老剂,4010NA,南京化学工业有限公司；硫磺,200目,贵州遵义金山化工厂。其他助剂均为市售橡胶工业常用材料。

基本配方（单位∶份）∶NR,100.0；炭黑N330,20.0；氧化锌,4.0；硬脂酸,0.5；8115TN, 4.0；4010NA,2.0；硫磺,2.1；促进剂,2.5；加工助剂,3.0。

图1 一系簧在转向架上的安装位置示意图

1.2 试验设备与仪器

X（S）K-160型开炼机,上海橡胶机械一厂产品；抛丸机,Q3210型,青岛海宁铸造机械有限公司；吊挂式涂胶烘干线,成都固为特自动化设备有限公司；平板硫化机,HYL-400P,衡阳华意机械有限公司；电子万能试验机,CSS-55100,长春试验机研究所。

图2 一系簧产品示意图

1.3 产品工艺流程

产品的工艺流程如下∶铁件→脱脂→抛丸→涂胶粘剂→烘干生胶→塑炼→混炼→停放→返炼预成型硫化→修边→恒温→试验

1.4 有限元分析

对某型一系簧产品进行有限元分析,该产品采用邵尔A硬度为50±2的橡胶,在垂直方向拉伸100 mm（该产品粘接拉伸破坏位移为100 mm±20 mm）下,橡胶体沿隔板法向方向的最大应力为18.7 kN,最大应力位于下层橡胶上表面芯轴根部（图3、4）。在极限拉伸时,最大应力位置容易出现拉伸破坏。

图3 几何模型图

图4 橡胶部分沿隔板法向方向应力分布云图

1.5 粘接强度试验

产品完成硫化且恒温24 h后,通过JYW-33CSS型万能电子试验机,按照图5所示方法进行破坏试验,直至橡胶与金属脱离为止∶

粘接强度=破坏力/破坏面积

由于所作实验中,产品破坏后芯轴与产品脱落,破坏面积即为芯轴覆胶的面积,且面积基本一致,因此在本文中,以破坏力来表征粘接强度。

图5 粘接强度试验示意图

2 结果与讨论

粘接强度试验中,产品破坏后呈现的状态是芯轴根部橡胶与橡胶脱离,这符合有限元分析结论“最大应力位于下层橡胶上表面芯轴根部”,即在极限拉伸时,此处容易出现破坏（图6）。

2.1 不同下料质量对粘接强度的影响

固定硫化温度150 ℃,硫化时间35 min,硫化机台下压质量200 t,考察不同下料质量对产品粘接强度的影响（如图7所示）。可以得出结论∶下料质量越大,破坏力越大。这是因为随着下料质量的增加,橡胶交联程度增大,致密度增大,产品粘接性能增强[2]。

图6 产品破坏后的照片

图7 不同下料质量对粘接强度的影响曲线

表1、图8列举出不同下料质量下产品性能的测试结果及外观。可以看出∶随着下料质量的增加,产品的压缩高、破坏力及破坏位移均呈明显上升的趋势,这表明下料质量的增加,在一定程度上提高了硫化程度,其溶胀指数测试结果也可证明这一点。下料质量为800 g时,虽然产品外观良好,但是压缩高及破坏力均明显低于下料质量为820 g时的数据,说明下料质量为800 g时产品内部硫化存在致密度不足的隐患。下料质量为820 g与840 g时,压缩高及破坏力、破坏位移无明显差别,说明两种下料质量情况下,产品的硫化程度基本一致。下料质量为860 g时,产品的压缩高与840 g时的无明显差别,但是破坏力有明显上升趋势,这是由于下料质量超过了模腔所能承受的质量,内压过大导致的；也正是因为下料质量过多,内压过大,产品存在炸边的外观缺陷。

表1 下料质量对产品外观及性能的影响

图8 不同下料质量对压缩高的影响

2.2 不同机台压力对粘接强度的影响

固定下料质量为840 g,硫化温度为150 ℃,硫化时间为35 min,采用不同的机台压力硫化产品,考察不同的机台压力对破坏力及破坏位移的影响（如图9所示）。试验表明∶机台硫化压力增大会增加产品的破坏力,但效果不明显。比如,机台下压质量从200 t增加至400 t,破坏力仅增加9%（从34 kN增加至37 kN）,破坏位移无明显差别。

图9 不同机台下压质量对粘接强度的影响曲线

2.3 调整各层橡胶注胶速率对粘接性能的影响

内外层注胶速率的对比试验（图10）表明∶调整各层注胶速率对破坏力没有明显影响,但对解决产品“气泡或由窝气引起的粘合不牢”有显著效果。通过调整各层注胶流道,使各层橡胶注胶速率保持一致,能够明显改善产品的粘接外观,对改善产品因气泡或由窝气引起的粘合不牢有显著的效果。

图10 内外层注胶速率对比效果图

3 结 论

（1）随着下料质量的增加,橡胶的交联程度及致密度增大,产品破坏力及压缩高均增大,产品粘接强度增大；但填胶量过大,易出现炸边等外观质量问题。

（2）机台压力增大,会增大产品的粘接强度,但效果不明显。

（3）各层橡胶进胶速率的不同,对粘接强度的大小影响不明显；但是使各层橡胶注胶速率保持一致的工艺方案,能够明显改善产品的粘接外观,对解决产品因气泡或由窝气引起的粘合不牢有显著改善的效果。

[1] 刘建勋, 卜继玲. 轨道车辆转向架橡胶弹性元件应用技术[M]. 北京∶中国铁道出版社, 2012∶38-40.

[2] 杨清芝.现代橡胶工艺学[M].北京∶中国石化出版社, 2012∶281-288.

[责任编辑：朱 胤]

Study on the Inf uence Factors of Bonding Strength for Primary Springs

Zhai Jiqin, Mu Hongshuai, Wen Taidou, Hou Ming
(Zhuzhou Times New Material Technology Co., Ltd., Zhuzhou 412007, China)

Based on a primary spring product, the influence of feeding weight, curing pressure and rubber feeding rate of each layer on the bonding strength of the product were studied. The result showed that the degree of crosslinking, the density of the rubber and the bonding strength increased with the increasing of feeding weight. The bonding strength of the product increased slightly with the increasing of curing pressure. The bonding appearance and the adhesion failure caused by air bubble and air pocket can be improved signif cantly with different feeding rate of each layer which has no obviously effect on the bonding strength.

Primary Spring; Feeding Weight; Pressure; Feeding Rate; Bonding Strength

TQ336.4+3

B

1671-8232(2015)08-0041-04

2015-01-06

翟继芹（1987— ）,工艺工程师,主要从事橡胶减震制品的工艺研发及质量改进工作。