橡膠膜片是氣動儀表執行器中的一個敏感元件,其敏感度對儀表自動控制的準確性影響很大。我廠于1985年庶接受了外徑x高x壁厚分別為208×55×0.9,315×66×1.2,315×44×1.2,176×45×0.9mm的幾種橡膠膜片的研制任務。這些膜片的工作壓力均為0.4MPa,要求長期在-40~85℃混度范圍內工作,且70*或40*機油對其無明顯溶脹現象,此外,橡膠膜片的耐屈撓疲勞、破裂、漏氣和使用壽命等性能均需達到日本山武霍尼韋爾公司同類產品的技術標準。
一、配方與工藝
1、膠料
橡膠膜片在-40~85℃溫度范圍、0.4MPa的壓力條件下至少工作25萬次。工作狀態中的膜片往復翻轉的幅度大,頻率較高，而且存在機油的侵潤,膜片很容易出現屈撓龜裂和膠與布脫層甚至漏氣等現象。據此,進行了配方篩選和工藝研究,最后遜用的配方是：氯丁橡膠80,丁腈橡膠-26 20;氧化鎂3；硬脂酸1；氧化鋅3；防老劑BLE 2；石蠟1;促進劑DM1.5;高耐磨爐黑60；鄰苯二甲酸二丁酯25;占馬隆3;交聯劑DCP 2。
膠料的性能：t10 5min 30s，t90 25min 37s，扯斷強度15.5MPa,扯斷伸長率390%，變形6%,邵爾A硬度58度；100℃x96h空氣老化后,拉伸強度15MPa,扯斷伸長率370%,變形9%，邵爾A硬度63度;100℃×72h 40*機油老化后,拉伸強度8.9MPa,批斷伸長率310%,變形2%,邵爾A硬度扛41度,體積膨脹35.1%。
2、骨架材料
為提高橡膠膜片的耐壓性能,一般均用骨架材料為加強層。曾用針織尼龍布和交織尼龍布作骨架材料,試驗發現,織物織法對其熱定型有很大影響,交織尼龍布因彈性伸長率太小在熱定型時易發生纖維斷裂現象,而針織尼龍布因彈性伸長率較大,可滿足織物熱定型時的預伸張要求,定型合格率接近100%。因此采用針織尼龍布作為整體高度大、膜壁很薄的膜片的加強層。
3.工藝
所研制的橡膠膜片的外形類似于禮帽，高度與外徑之比為1/5~1/2。用作骨架材料的尼龍布須在預伸張條件下進行熱定型。
(1)熱定型
用粘接劑處理后的尼龍布,按橡膠膜片實際用料加30%的余量下料,然后均勻地繃在定型膜的凹模上,壓合凸模時,布在一定伸張狀態下進入型腔,經過150℃×5min的熱定型后,高度方向收縮約7%左右。定型后的半成品修邊備用。
(2)膠料準備
經停放的混煉膠料熱煉后,用小型三輥壓延機壓延。為防止壓延膠片在成型時的收縮,須有8小時以上的停放,以消除壓延效應。經充分停放后的膠片按附圖所示尺寸下料。
D?=D?+2h
邊沿膠條:
長×寬×高=πD0X(D0-D?)/2×h?
(3)成型與硫化
把裁好的膠片貼在硫化模凸模上,圍上邊沿膠條,然后套上定型好的加強層,合上硫化模凹模,加壓硫化。在硫化模凸模上成型操作時,因膠片薄且寬,加之模具溫度高,操作時間長,很容易出現焦燒現象。對此,可采用兩個硫化凸模與一個硫化凹模配用的辦法,當一凸模正處于硫化階段時,可在另一個較低溫度的凸模上進行成型操作,前一個產晶硫化完后,下一個半成品可在很短時間內進入硫化,從而縮短了操作時間,提高了產品質量和生產效率。
二、模具設計特點
橡膠膜片的定型與硫化既可用一套膜具,也可把定型與硫化分兩步進行,可根據膜片的壁厚與高度不同確定。對壁薄、整體高的膜片,最好采用先定型后硫化的工藝方法,以防止硫化時骨架層的受力不均勻,致使產品出現折摺、露布等質量問題。
1、定型模具的設計特點
定型模具由三部分組成:凸模、凹模和繃布卡環。凸凹模型腔尺寸可依照硫化模型腔設計,即直徑方問計入橡膠硫化收縮率,高度方向計入尼龍布在150℃時的熱伸張量。凸模材質可選用45*鋼,也可用彈性材質。使用彈性材質時,與繃布卡環或與凹模的導向配合高度最好取15mm。彈性材質的凸模特點是比鋼質模重量輕,定型時勞動強度低,不容易損壞被定型的織物。但由于彈性材料的熱老化,反復受壓后模具邊沿擠蝕現象嚴重。故使用壽命很短。試驗證明,鋁質凸棋比彈性材質和鋼質均好,質地輕且具有一定的硬度,高壓下也不發生蠕變現象。
繃布卡環設計是否合理對織物的定型質量影響很大?？嚥伎ōh對織物繃卡過緊,在織物受到凸模壓力時易造成織物局部斷裂,過松時,不起繃卡作用,而無張力處理的織物進入型腔定型后易在彎角處折摺,繼而引起硫化產品在折摺處露布甚至布層斷裂。鋼質環和彈性環兩種繃布卡環均可采用。
2、硫化模具設計特點
新研制的膜片結構特點是整體高,壁??；硫化前成型操作時間較長,在高溫模具上成型時膠料易焦燒。對此,采用了一個硫化凹模配用兩個硫化凸模的方法,防止了成型過程中的焦燒現象。在硫化凸模設計時應注意金屬的熱線性膨脹系數。過試驗,我們選用的是鋁質凸模,效果良好。
