氟橡胶生产过程中的问题与解决对策

铁氟龙

氟橡胶是一种主链或侧链的碳原子上含有氟原于的高分子弹性体，按其分子结构一般可分为26型(偏氟乙烯-六氟丙烯)、246型(偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯)、四丙氟橡胶(四氟乙烯-丙烯)、C型氟橡胶(偏氟乙烯-六氟丙烯-CSM)。26型氟橡胶是最通用的氟橡胶，氟含量一般为66%，它可用二元胺和双酚类亲核试剂硫化；246型交联方式同26型一样，氟含量为68%以上，耐温和耐油性能更加突出，但压缩永久变形和弹性性能下降；四丙氟橡胶是过氧化物硫化型的氟橡胶，它有突出的耐低分子醇、酮、酸、酯的性能，但其工艺性非常差；C型氟橡胶分子中引入了含官能团的第三弹体，使用过氧化物同交联助剂的硫化系统交联，其生胶门尼粘度低，流动性良好，物理性能方面具有26型和四丙氟橡胶的优点。目前国内使用的氟橡胶主要以26型为主，其消耗量占氟橡胶总消耗量的80%以上，本文阐述的问题是基于26型氟橡胶的生产实际的。

    26型的氟橡胶牌号很多，门尼粘度[ML(1+4)，121℃]范围宽(可为20-160)，且不同的门尼粘度具有不同的工艺性能，适用的产品类型及加工难度也各不相同。不同牌号的分子量分布也不一样，某些分布很宽，一部分则很窄，这在一定程度上影响了材料的某些性能。从配方的角度讲，氟橡胶的配方相对比较简单，主要包括吸酸剂、补强填充剂、加工助剂、硫化剂，但这些材料对胶料的混炼工艺、硫化胶性能、混炼胶的硫化工艺性能都有很大的影响。本文从氟橡胶生产中存在的问题及产生的原因着手，提出解决办法。

    常见的氟橡胶生产问题主要包括：混炼时粘辊，混炼胶有白色颗粒，半成品表面粗糙，产品容易撕裂、缩裂，模具污染严重，接头部位有痕迹，缺胶，表面有裂纹，硫化速度慢，产品变形，尺寸不稳定等。

    1  主要问题及解决对策

    1.1  混炼时容易粘辊

    混炼时容易粘辊主要表现为在混炼过程中胶料同时包前后两辊，或者胶料紧紧贴住后辊。前者导致粉料容易压成片状并掉落，造成粉料分散不均匀；后者使得胶料无法翻炼，延长混炼时间，加大了混炼难度。

    造成胶料粘辊主要是低门尼或低分子量含量过多的生胶造成的。一般来讲，门尼粘度[ML(1+4)，121T]在70左右的生胶混炼工艺良好，进口的氟橡胶生胶或预混胶的门尼大多在50以下，这也是进口胶一般较容易粘辊的主要原因。另一方面，分子量分布对混炼工艺也有一定的影响。目前的国产胶大多都是宽分子量分布的，高分子量提供胶料的物理性能，低分子量提供加工性能。一旦低分子量的胶含量过多，就会造成胶料粘辊。

    这一问题的解决措施在于选用门尼粘度/ML(1+4)，121℃)为70左右的生胶，同时选用分子量分布较窄或者低分子量含量适中的生胶；加入少量加工助剂，如低分子量聚乙烯、硬质蜡如棕榈蜡、氟蜡或VPA N。.2、VPA No.3等。

    1.2  混炼胶有白色颗粒

    混炼胶有白色颗粒主要表现为混炼胶表面有白色颗粒或白点，切开混炼贮后，切面的白色颗粒或白点更加明显。这一方面会影响产品的外观，造成产品表面有白点；另一方面也会对硫化胶性能产生一定的影响，使硫化胶的性能如硬度、拉伸强度不均匀。

这种白色颗粒或白点一般都是由于配合剂中的某种或多种材料分散不均匀造成的。在氟橡胶的配方中，不容易分散的配合剂主要是包括Ca(OH)2和MgO等吸酸剂，以及其他已受潮的配合剂。

    解决这个问题的措施包括选用经表面处理的吸酸剂Ca(OH) 2和MgO[如可选用NICC5000的Ca(OH) 2和STARMAG：150的MgO]；配合剂使用完后应及时把袋子封好，避免与空气接触，防止配合剂受潮。

    1.3  半成品表面粗糙

    半成品表面粗糙主要表现为胶料挤出半成品表面不光滑，有多处裂纹，严重者胶条表面开裂严重并卷曲。出现这种现象时，胶条裂开部位容易藏有水及其他杂质，也会给上胶带来麻烦。

    这种情况一般是由几方面原因造成的：胶料门尼粘度高，挤出性能差，挤出速度过快，螺杆挤出压力偏小。

    解决措施是选用门尼适中的生胶；在喂料前混炼胶充分返炼；配方中添加少量加工助剂，以提高挤出工艺性能；调节挤出速度；选用大功率挤出机。

    1.4  产品容易撕裂

    产品撕裂一般是在两个加工过程时造成的：修边时撕裂和起模时撕裂。前者主要是由于废边太厚造成的；后者产生的原因则比较多，包括以下几个方面：模具配合太紧，起模时废边部位被模具卡住，容易从产品和废边之前撕开；起模时受力不均匀，易造成应力集中，破坏产品；型腔表面粗糙或胶料容易粘模，造成脱模困难，也容易撕裂产品；硫化温度过高，高温下的氟橡胶撕裂性能差；交联密度大，导致伸长率降低，硫化胶也易变脆、易撕裂；废边太厚在起模时也容易撕裂产品。

    针对以上问题，可以从以下方面解决：模具松配合(配合间隙不可过大，确保模具配合面不晃动>；用自动硫化机生产，如用普通手动硫化机，起模时应均匀撬动模具；型腔表面粗糙度Ra≤0.8，胶料添加适量加工助剂，改进其脱模性能；适当控制硫化温度，一般控制在160℃-170℃之间；适当降低交联密度，通过降低硫化剂用量来控制；控制废边厚度，半成品质量按要求称取，一般其质量约为成品质量的1.05倍。

铁氟龙

    1.5  缩裂

    缩裂是橡胶制品在硫化后撤除压力的瞬间，橡胶收缩导致在配合部位发生撕裂的现象。这种现象不同于一般的撕裂。常见的撕裂主要是由于操作不当或制品结构相对复杂而材料的热撕裂性能又比较差造成的，它一般相对比较平滑，基本上成一条直线。而缩裂的部位一般不规则，撕裂部位不平滑，凹凸不平，成曲线形状。

    缩裂的根本原因是由于开模时压力被撤除，橡胶发生收缩，而废边部位被卡在模具配合面之间，因此，在产品部位与废边之间产生一个拉伸力，使产品与废边裂开，当裂口扩大到产品部位，就造成了缩裂现象了。

    这种现象产生的原因一般有以下几个：模具配合太松或者太紧；橡胶流动性差，门尼粘度高；配方中含胶率偏高；压力过大；硫化速度过快；产品断面越大越容易缩裂；填胶量过大。

    解决措施可从以下方面考虑：使用门尼粘度合适的材料，对模压制品来讲，门尼粘度[ML(1+4)，121℃]大约70左右是最合适的；控制合适的含胶率，一般控制在75%以下；模具配合要合适，不能太松或太紧；适当降低硫化压力；先对半成品进行预热，但要在起硫温度以下预热，使之先部分膨胀，再放进型腔后由于增加的温度较低，降低了材料的膨胀率，膨胀率越低越不易缩裂；在配方设计上，应尽量减慢硫化起步，使胶充分受热膨胀后能顺利排出型腔外部，使得在开始硫化前内部压力与锁模力达到平衡；降低硫化温度，一方面可以减缓硫化起步，另一方面由于温度的降低，可降低材料膨胀率；严格控制半成品质量，一般取实际产品质量的1.05倍左右，断面越大，倍数越低，断面大的可适当增大余胶槽。

    1.6  模具污染严重

    26型氟橡胶采用酚类硫化体系时在硫化过程中有HF生成。HF是一种强酸性物质，对钢铁有很大的腐蚀作用，所以配方中一般都加入吸酸剂以及时把产生的HF吸收，防止对模具产生污染。一般来说，主要是由于吸酸剂用量不够或者生胶含氟量大，容易对模具产生污染。

    解决措施是适当增加吸酸剂Ca(OH)2和MgO的用量，尤其是含氟量高的吸酸剂的用量；配方中添加少量有利于脱模的助剂，如棕榈蜡、氟蜡、聚乙烯蜡，硫化时它们可以迁移到橡胶的表面，在橡胶与模具间形成一层膜，防止模具被污染；选用氟系列半永久性脱模剂保护模具，防止其被污染。

    1.7  接头部位有痕迹

    接头部位有痕迹是指半成品胶条放人模具型腔后的胶条搭接部位硫化后仍然存在搭接痕迹，严重时把胶条弯曲后，搭接痕迹的部位会开裂。这种现象的根本原因是搭接部位胶料没有完全融合在一起所致。一般是由于胶条被外部杂质(如油污)等污染，或者是由于胶料自身原因难以融合在一起。

    解决该问题时可将半成品胶条在存放、运输、装胶之前的整个过程中避免与其他物质接触，保持胶条清洁；在使用之前把胶条两端切掉，用新的断面搭接，确保搭接胶条干净；门尼粘度高的胶料很难融合在一起，应尽量选用中低门尼的生胶。

    1.8  缺胶

    缺胶指产品的某个部位没有胶料，主要是胶料没有完全充满模具造成的。这种现象一般与模具的结构和胶料的工艺性能有关，密闭式的模具比开放式或半开放式的模具更容易缺胶，尤其是型腔较深的部位。这是由于空气在没有完全排除之前，橡胶已经把排气通道封住，该部位就缺胶了；另一方面胶料流动性差，流动距离短，或者硫化速度快，在未完全充满模具之前胶料已经开始硫化，也容易造成缺胶；流动性太好，与密闭式模具类似，空气在没有完全排除之前，橡胶已经把排气通道封住。

    解决措施如下：在密闭式模具型腔较深处开排气孔，或采用开放式、半开放式模具；使用门尼粘度[ML(1+4)，121℃]为60-70的生胶，尽量避免使用50以下的，如非使用不可，建议使用真空平板硫化机或注射硫化机。

    1.9  表面有裂纹

    产品表面有裂纹一般是在产品硫化后压力撤除时产生的。氟橡胶产品在硫化过程中会产生低分子挥发物，高温下变成气体，在外界压力下，暂时溶在橡胶中，当挥发物越来越多，挥发物形成了一定的压力，外界压力撤除时，挥发物在内部压力下被释放出来，并冲破产品的表面，也就产生了产品表面的裂纹。

    一般来说，产生这种现象是低分子挥发物过多造成的。由于低分子挥发物过多，产生足够大的压力，当这个压力大于产品表面的抗张强度时，才会冲破产品的表面。因此可以通过控制低分子挥发物的量来解决这个问题。比如，适当增加吸酸剂用量；添加少量CaO，吸收硫化过程中产生的水；控制硫化程度，避免硫化时间过长；也可适当降低硫化温度。

    1.10  硫化速度慢

    硫化速度慢直接影响生产效率，加大了成本。硫化速度的快慢与几个方面有关：生胶在合成过程中残留的杂质对酚类硫化体系有很大影响；吸酸剂对硫化速度有影响，如Ca(OH)：用量越多，硫化速度越快，MgO用量多则硫化速度慢；硫化体系也有影响，如BPP用量大，硫化速度快，双酚AF用量大，硫化速度慢。

    此问题的解决措施在于选用杂质含量少的生胶，国产生胶不同生产批次间一般有一定的波动范围，可通过对生胶硫化特性的检验来控制；适当增加Ca(OH)2用量，减少MgO用量；适当增加BPP用量，减少双酚AF用量。

    1.11  产品变形

    与其他烃类橡胶相比，氟橡胶的一个主要问题是收缩率大、模压后产品收缩各向异性大。事实上在二段硫化过程中各向异性会进一步增大。其中的原因是胶料不同方向的热膨胀系数不同。二段硫化过程中会形成额外的交联以及伴随着加工助剂、硫化剂、水和其他气体的挥发，收缩率会进一步增大。如果一段硫化欠硫，二段硫化后的产品即发生明显的变形、扭曲及断面不均匀。因此大幅度提高胶料的硫化速度、在较短的模压时间内即完成充分交联，赋予制品稳定的几何尺寸，是避免二段硫化后出现断面不均匀、产品变形的重要技术手段。可以通过提高硫化胶一段硫化的交联程度，保证硫化剂的用量，使橡胶足够交联来解决。大断面的产品要适当延长硫化时间，以保证产品断面内部也能够充分交联。

    1.12  尺寸不稳定

    这里指的尺寸是指产品的线径尺寸，具体表现为用同一模具、同一配方生产的产品的线径尺寸不一样，也就是说材料的收缩率不一样。造成这种现象主要有两个方面的因素：生胶的分子量分布宽，不同分子量的胶收缩率有差别，分子量分布的不同，也就造成了收缩率的不一致；与上述变形的原因相同，一段硫化程度不同也是造成二段硫化后收缩率不同的主要原因，一般来说，一段硫化浅，产品的最终收缩率就相对比较小。

    此时要选用分子量分布比较窄或者高分子量和低分子量含量比例相同的生胶；提高硫化速度或适当延长硫化时间，保证一段硫化充分。

    2  结  语

    以上列出了氟橡胶生产过程中常见的12种问题，经多次考察验证，以上所述的解决措施能解决生产中存在的各种问题，可供配方、工艺设计人员参考，对氟橡胶产品的生产有一定的参考作用。