楊雷 師會(huì)青

摘 要：由于澆鑄尼龍本身固有的特性，當(dāng)環(huán)境等條件變化時(shí)，都會(huì)引起產(chǎn)品外形尺寸、性能上的微小變化。采用合理的澆鑄工藝及其配方配置對(duì)分析和研究澆鑄尼龍成型工藝中的缺陷有重要意義。

關(guān)鍵詞：澆鑄尼龍；心盤磨耗盤；缺陷；分析

眾所周知，鐵路貨車用心盤磨耗盤大體分為兩種成型方式：一種是澆鑄尼龍（MC尼龍），一種是注塑尼龍。注塑尼龍因其特性比澆鑄尼龍?jiān)诠に嚿仙苑€(wěn)定。兩種工藝因聚合方法、成型方法不同，所得的制品性能相差很大。

澆鑄尼龍工藝是指在常壓下將液態(tài)單體或預(yù)聚物澆鑄到大口模腔，經(jīng)聚合固化定形為制品的成型方法。

因澆鑄尼龍是熱塑性、結(jié)晶型、吸濕性的高分子材料，對(duì)其形狀和性能影響最大的因素就是溫度和水分。用澆鑄工藝制得的心盤磨耗盤，主要缺陷有翹曲、變形、“滲汗”、發(fā)白、分層、未聚合、裂損等。夏季受環(huán)境溫度的影響，多出現(xiàn)心盤底部翹曲（凹心、凸心）、變形（整體橢圓或扭曲）；破損多出在冬季，出現(xiàn)的心盤盤沿裂紋，破裂、掉塊等破壞方式，分析由于工況惡劣、貨車超載受力所致。尤其在冬季低溫（最冷至-45℃）期長(zhǎng)，運(yùn)行時(shí)，在承受相同沖擊力時(shí)，由于材料低溫沖擊強(qiáng)度僅為常溫值的30%，心盤破裂甚至掉塊成為不可避免。

因此，本文針對(duì)澆鑄生產(chǎn)過(guò)程中心盤磨耗盤產(chǎn)生的缺陷或現(xiàn)象進(jìn)行分析，總結(jié)了模具、配方、澆鑄成型工藝等因素對(duì)心盤磨耗盤外形尺寸和機(jī)械性能的影響，并提出并匯總了相應(yīng)的建議措施。

一、配方配置和工藝方面因素的分析

解決澆鑄工藝上的缺陷主要通過(guò)配方調(diào)整、工藝管控來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)催化劑和助催化劑用量的調(diào)整：NaOH是生產(chǎn)尼龍產(chǎn)品的催化劑，其用量多少會(huì)直接影響到產(chǎn)品的性能。在MC尼龍生產(chǎn)中，有嚴(yán)格的催化劑用量上下限范圍。目前，心盤磨耗盤生產(chǎn)中，NaOH的使用方法有兩種，一為固體，另一為配成50%NaOH水溶液。經(jīng)試驗(yàn)，當(dāng)NaOH用量偏高時(shí)，會(huì)使聚合時(shí)間加快，有形成大球晶、塊晶的可能，極易造成材料出現(xiàn)高強(qiáng)度、高剛性和低韌性。另外，在產(chǎn)品中也容易出現(xiàn)氣泡。當(dāng)NaOH用量偏低時(shí)，聚合速度減慢，表面出現(xiàn)低聚物可能性增加，而且廢邊增厚，導(dǎo)致毛坯重量減輕，最終也會(huì)引起產(chǎn)品綜合性能降低。

綜所上述，在心盤磨耗盤制造過(guò)程中，催化劑用量過(guò)多或過(guò)少，都應(yīng)避免。必須采用合理的NaOH用量。

本次試驗(yàn)，選定的是K2心盤磨耗盤，模溫條件為選定，空氣條件為冬季。當(dāng)產(chǎn)品、模溫、空氣條件等變化時(shí)，都會(huì)引起NaOH用量的微小變化。最簡(jiǎn)單的方法，就是采用聚合時(shí)間的測(cè)定，且應(yīng)在工藝要求的范圍內(nèi)。

影響產(chǎn)品型式尺寸、機(jī)械性能的主要因素是助催化劑用量和結(jié)構(gòu)。使用雙官能團(tuán)或三官能團(tuán)引發(fā)劑結(jié)構(gòu)的助催化劑，會(huì)得到化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的聚合產(chǎn)物，它們的物理性能有很大差別。以三官能團(tuán)的三苯甲烷三異氰酸酯（JQ-1膠）和有雙官能團(tuán)的甲苯二異氰酸酯（TDI）為助催化劑，聚合后的產(chǎn)物前者具有三向結(jié)構(gòu)顯示出較好的沖擊韌性和低溫韌性，而后者則性較脆。助催化劑的用量直接影響聚合體的分子量。助催化劑用量增加，分子量下降；用量減少，分子量上升。分子量的變化又直接影響逐漸的機(jī)械強(qiáng)度。以JQ-1膠為例，隨著JQ-1膠用量的增加拉伸強(qiáng)度下降，拉伸延伸率增加，對(duì)聚合反應(yīng)速度無(wú)明顯影響。

在夏季，因?yàn)榄h(huán)境原因，經(jīng)檢測(cè)，隨機(jī)抽取某一批心盤磨耗盤的排水率均值2.1%，經(jīng)檢測(cè)排水率為2.1%已超出尼龍產(chǎn)品的飽和水分（2.0%）狀態(tài)，分析，含水過(guò)量是引起心盤外圓尺寸變大的主要原因。心盤產(chǎn)品的外圓尺寸變大、發(fā)白、“滲汗”與儲(chǔ)存中的溫度、濕度過(guò)高也有很大關(guān)系。

由于心盤磨耗盤直徑較大，因此通過(guò)機(jī)械加工角度考慮，應(yīng)在加工時(shí)本著“先粗后精”原則，首先應(yīng)安裝在專用工裝上，用適當(dāng)?shù)牧泳o心盤，先粗車內(nèi)側(cè)，再加工外側(cè)，然后在精加工內(nèi)側(cè)，這樣能有效防止變形。加工完后可以再用專用定型工具定型，效果會(huì)更好，合格率能達(dá)到90%以上。

尤其是夏季生產(chǎn)階段，產(chǎn)品的加工、檢測(cè)、存放等環(huán)節(jié)對(duì)于尺寸變化都會(huì)產(chǎn)生很大影響。因此建議：澆鑄尼龍產(chǎn)品，特別是心盤產(chǎn)品，應(yīng)減少庫(kù)存量，最好隨加工隨發(fā)貨。為了確保產(chǎn)品尺寸，尤其是心盤外圓，可按中下或下偏差進(jìn)行加工。產(chǎn)品加工、檢測(cè)、存放溫度要保持一致，盡可能地靠近標(biāo)準(zhǔn)中的要求。經(jīng)試驗(yàn)，斷裂伸長(zhǎng)率、常、低溫缺口沖擊強(qiáng)度等三項(xiàng)顯示材料韌性檢項(xiàng)，在使用2-6年后，有成倍提高。含水率在1.3～1.4%之間，可以說(shuō)在同一個(gè)數(shù)據(jù)范圍，說(shuō)明心盤磨耗盤產(chǎn)品在使用2年以后，吸水基本處于飽和狀態(tài)。

從以上檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析說(shuō)明心盤產(chǎn)品在使用2年前的階段為危險(xiǎn)階段。2年后在使用過(guò)程中經(jīng)過(guò)吸水，強(qiáng)度保持在技術(shù)指標(biāo)60～80%，斷裂伸長(zhǎng)率、常、低溫缺口沖擊強(qiáng)度等有成倍的增長(zhǎng)，產(chǎn)品性能已趨于韌性，破壞率會(huì)相應(yīng)的降低。

因物理機(jī)械性能主要由MC尼龍的晶體形態(tài)決定，當(dāng)球晶微細(xì)且均勻，或球晶大小不一，但分散在無(wú)定形相中時(shí)，水處理有效；當(dāng)球晶很大或分散密度較大，甚至有堆砌現(xiàn)象，水處理無(wú)效；當(dāng)晶體形態(tài)出現(xiàn)層巖結(jié)構(gòu)時(shí)，晶片堆砌程度深，水處理無(wú)效。因此毛坯成型后的水處理也同樣會(huì)引起外形和機(jī)械性能的變化。所以合理控制水處理工藝方法或時(shí)間也能避免一些缺陷產(chǎn)生。

二、主要缺陷產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施分析

在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的主要缺陷形式：

①低聚物：加工后截面有表面顏色發(fā)白、質(zhì)地軟的物質(zhì)。

②花紋：水煮完后產(chǎn)品表面有波浪紋，機(jī)加工后的產(chǎn)品底面分布著云彩般的花紋。

③發(fā)白：毛坯表面有白印，機(jī)加工完后同樣也有發(fā)白、“滲汗”現(xiàn)象。

④翹曲、變形：毛坯冷卻后變形，導(dǎo)致加工后也產(chǎn)生變形。

⑤氣孔：截面有縮孔或表面有突起（內(nèi)空或有低聚物），加工后的產(chǎn)品里面有氣孔。

⑥未聚合：吸收水分產(chǎn)生低聚物。

⑦表面不光滑：脫模劑用量大造成表面不光滑。

⑧抽坑：表面不平整。

⑨黑斑：加工后的產(chǎn)品里面分布著許多米粒般大小的黑點(diǎn)。

⑩溫度高：產(chǎn)品兩頭翹起，顏色較深。

左圖是心盤磨耗盤缺陷所占比例的分布圖，圖中顯示低聚物占比例是最多的，其它相對(duì)較少但也應(yīng)是控制的重點(diǎn)，解決以上缺陷問(wèn)題是提高合格率的工作重點(diǎn)。

因造成澆鑄心盤磨耗盤缺陷的原因眾多，有自然原因、工藝模具原因和人為因素，匯總分析如下：

綜上所述，因澆鑄尼龍是堿催化聚合反應(yīng)，必須在無(wú)水條件下進(jìn)行。所以，脫水是否干凈決定著聚合反應(yīng)能否順利進(jìn)行，如果水處理不干凈反應(yīng)就會(huì)向相反方向進(jìn)行，就會(huì)出現(xiàn)不聚合現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)中不聚合現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是真空度不夠或假真空，前者表現(xiàn)為聚合速度緩慢，聚合不完全或者局部不聚合；后者表現(xiàn)為完全不聚合。所以生產(chǎn)中一定要保證有足夠的真空度。要根據(jù)實(shí)際操作情況和設(shè)備模具條件做具體摸索調(diào)整。

模具的溫度，因?yàn)榫酆祥_(kāi)始時(shí)需要吸熱，一般都較高于注入的物料的溫度。模具溫度過(guò)高，則反應(yīng)越激烈，對(duì)于澆鑄來(lái)說(shuō)，鑄件會(huì)產(chǎn)生凹陷、氣孔、表面不光滑等現(xiàn)象；模具溫度過(guò)低，聚合不完全，鑄件表面有白斑、分層甚至出現(xiàn)白色粉末狀的低聚物和游離單體。

現(xiàn)今對(duì)澆鑄尼龍心盤磨耗盤工藝缺陷在生產(chǎn)過(guò)程的全面的科學(xué)理解和定量描述，目前的研究還有一定距離，因此研究澆鑄工藝心盤磨耗盤的缺陷對(duì)外形尺寸和機(jī)械性能的分析，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明這些方法是合理有效的，具有一定的指導(dǎo)意義。

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[3]孫向東，等.MC尼龍制備工藝中存在的問(wèn)題及解決方案.工程塑料應(yīng)用，2003（12）.

作者簡(jiǎn)介：楊雷（1986-），男，漢族，河北辛集人，機(jī)電工程師，研究方向：機(jī)械加工設(shè)計(jì)及其制造、高分子材料成型工藝及加工；師會(huì)青（1987-），女，漢族，河北辛集人，化工助理工程師，研究方向：高分子材料化學(xué)分析及物理性能檢測(cè)。