碱性锌锰电池防爆密封圈质量的工艺研究

　　碱性锌锰电池防爆密封圈质量的工艺研究李剑雄邱仕洲（广州电池厂广州广东510253）和工艺参数；报导了主要生产工序对产品质量的影响。经过多次试验获得了烘料温度，注射压力和速度防爆层厚度和形状模具温度及冷却时间等方面的最佳参数值范围。

　　0前言众多使用碱性锌锰电池做电源的用电器具，大多采用三粒以上的碱性锌锰电池串联、并联或先串联后并联的形式，当电池被错误使用时（如正负极反接、新旧电池混用等），会导致电池的内压增大，在这种情况下如果电池没有防爆功能，就有可能发生爆炸的危险后果难以预料。碱性锌锰电池起防爆作用的只能是密封圈，因此具有防爆功能的密封圈是碱性锌锰电池（特别是无汞碱性锌锰电池）的关键技术之一，它可以确保电池在用户错误使用的异常情况下，当电池内压增大到一定程度时顺利排出气体，防止电池爆炸同时又能防止电池漏液。本文介绍了在生产LR6电池防爆密封圈的过程中遇到的一些质量问题以及解决方法。

　　1生产工艺1.1注塑材料-）男广东省人助理工程师。

　　要看到制品存在的外观缺陷，就要采用透明性好的注塑材料。因此选择透明性好、耐碱性强、抗冲击强度好及柔韧性都理想的改进型尼龙66. 1.2注塑机台采用秦川恒利塑机集团生产的JPH80型注塑机，螺杆直径为36mm，L/D值为19，最大注射压力1.3生产环境生产环境主要是指密封圈生产车间的温度和湿度，它直接影响模具的温度和产品的吸湿度，进而影响产品的质量。为使产品质量不受天气条件的影响，生产车间温度恒定在24~55RH的环境。

　　1.4各种参数对产品质量的影响1.4.1烘料温度尼龙66的吸水性很强，在空气中就能吸收水分，虽然出厂时是真空包装，但由于其含水量较高，还达不到注塑的要求，因此注塑前必须对尼龙66进行烘干使其含水量在0. 1以下。另外尼龙66对氧非常敏感，在高温下很容易氧化变黄，造成脆性增加，一定要严格控制烘料的温度和时间。如果烘料温度低，时间长也难以达到注塑的水分要求，产品会出现较多的气泡，影响密封圈质量经反复验证采用厚度约为10mm的薄料层烘料温度在7541804烘干时间为3.5~4h. 1.4.2料筒温度尼龙66的熔点是2604，而受热分解的温度则是3104成型加工温度范围比较窄要严格控制。在温度设定时要考虑射胶及塑化时螺杆剪切产生的热量。料筒中熔融状态的尼龙66温度过高，制品会呈黄色，甚至黑色，脆性增加，抗冲击强度大大下降，在外力的作用下很容易出现裂纹；温度过低，熔体中冷料较多溶易产生应力造成产品开裂。料筒温度的设定要依照每台注塑机的实际情况而定JPH80型注塑机采用的温度为：第一阶段2804，第二阶段2754，第三阶段为2654. 1.4.3防爆层厚度及形状防爆层是指达到一定压力时密封圈中发生破裂的一个环状薄层。尼龙66的分子式为（-NHCH2-CH2）4-CH2NHCO（CH2）4-CO-）n，分子间具较大的内聚能，它的抗冲击强度很好，所以防爆层不能厚，否则起不到防爆作用，而太薄又容易造成电池漏液。首先要确定一个合适的防爆压力，保证电池在内压增大时泄出气体。采用不同防爆压力的密封圈做成电池后，用逆向电流对电池强行充电，测试防爆效果，参见表1.表1不同防爆压力的密封圈在电池中的防爆效果防爆压力（MPa）防爆压力的检测是密封圈经过3h恒温（804）恒湿（100%RH）晾干后放在专用的检测仪器上，模拟密封圈在做成电池的状态下所能承受的压力。从表1可以看出密封圈防爆压力达到4. 1MPa时就有可能起不到防爆的作用，因此可确定防爆压力的上限为4. 0MPa.采用将不同防爆压力的密封圈做成电池后放在604的高温环境下贮存，观察密封圈防爆处有无漏液现象来确定防爆压力的下限。从表2可以确定防爆压力的下限应为3.0MPa.表2不同防爆压力的密封圈做成的电池高温（604）贮存6个月的漏液情况防爆压力范围（MPa）确定密封圈的防爆压力范围在3. 0-4.0MPa后，选定模具中的一个型腔编号，在相同的工艺条件下及模具下，通过调节防爆层的厚度来观察防爆压力的变化，以确定最佳防爆层的厚度。从表3可以看出肪爆层厚度在0. 21-0.25mm之间最合适。

　　表3不同防爆层厚度的密封圈的防爆压力防爆层厚度（mm）防爆压力（MPa）为了节约注塑材料，降低成本，一套模具一般都设计为一次注射能同时形成十几个到几十个密封圈，采用对称流道的形式，使熔体到达每个型腔的距离都一样，但由于加工方面的原因，各个编号的模具不可能芫全相同，再加上熔体进入模具后每个点的压力及结晶的取向作用都不可能芫全一致，因此出现了防爆层厚度相同而防爆压力不同的情况，有时甚至相差1. 0MPa左右导致生产上难以控制。经过反复试验，最后得出除防爆层厚度外防爆层的形状也是影响密封圈防爆压力的主要因素。由于尼龙66是高结晶性的材料，熔融状态下粘度低，流动性好，但是防爆层很薄，熔体进入模具后在这个地方冷却速率快，防爆层形状的不同会影响制品的结晶取向、机械强度、韧性及脆性从而造成防爆压力不同。在确保防爆层形状尽量相同的情况下，密封圈的防爆压力在生产上就可以控制在需要的范围。

　　1.4.4注射压力为了防止电池的爬碱现象，电池的集流体（一般是经过表面处理的铜针）跟密封圈的中心柱孔是过盈配合J所以防爆密封圈最致命的问题是中心柱产生应力开裂现象，造成密封圈产生应力开裂的因素很多，注射压力是其中之一。由于密封圈存在防爆层这个圆环形的最薄的地方，注射压力低会造成制品不芫整、收缩大及堵塞浇道或产品密度低，在调湿处理时容易膨胀过大而变形，所以要采用高压注射。如果注射压力过高又会造成产品的溢边现象及尼龙66在结晶时的取向作用更为明显导致制品内残余应力较多而无法消除就容易出现应力开裂的现象。为了尽早发现密封圈中心柱是否存在应力开裂的现象，参阅了有关资料及实际使用情况，采用将密封圈放入804的普通烘箱中（有空气存在）中连续干燥24h取出冷却后再用比集流体更粗的钢针插入密封圈的中心柱孔中观察其中心柱有否破裂。用尼龙66材料做成的密封圈在有氧的情况下用804高温连续干燥24h，颜色已变黄有部分发生氧化J危性增加，在这种苛刻的条件下，质量不好的密封圈在插钢针时就很容易出现开裂的现象。经试验，注射压力在65之间最好。

　　1.4.5注射速率注射速率为单位时间内（射胶时间）注入模腔中熔体的量，它由注射速度和射胶时间控制，也是影响密封圈产生压力开裂的原因之一。由于密封圈中环状防爆层较薄，注射速率慢会导致薄层较快凝固，制品中冷料多、注不满、密度不足，易变形及脆性增加，提高注射速率可以维持熔体有较高的温度，流体粘度低，流道阻力损失小，模腔压力高，可使流动性长度增加并使制品质量均匀而密实，但过高的注射速率又会造成模具来不及排气而形成制品中有气泡、银纹及飞边等降低产品质量现象。注射速率必须保证剪切产生的热效应和剪切效应不超过尼龙66热物理性质和剪切强度所允许的程度。在LR6电池密封圈生产中一般射胶时间设定为1.速度为注塑机最大注射速度的703. 1.4.6预塑背压及螺杆转速预塑背压是指机械芫成射胶动作后，在预塑阶段对螺杆的压力。背压不够螺杆旋转后退时需克服的系统阻力不大，剪切产生的热量不足，会严重影响尼龙66的塑化质量，造成制品脆性大及容易堵塞模具的浇口使生产难以继续。背压过高会增加计量段螺槽熔体的反流和漏流，降低成本熔体的输送能力，减少塑化量，增加功率消耗，还会因剪切热过高或剪切应力过大而使尼龙66发生降解而严重影响制品的质量。背压的过高过低都会导致密封圈产生应力开裂的现象在实际生产中，背压的选择在5.0%6.0MPa之间。螺杆转速主要影响材料的塑化质量进而影响制品的质量。在相同背压下随着螺杆转速的提高，剪切速度快，热量高，有利于材料的熔融化，但由于搅拌时间变短，会导致塑化质量的下降，料筒中的气体不能芫全排出，会造成制品中冷料多及气泡较多，会严重影响制品的质量。塑化质量的好坏是料筒温度、预塑背压和螺杆转速共同控制的，是材料进入模腔前的质量控制点，一般情况下，提高预塑压力就应相应提高螺杆转速来保持塑化质量的稳定。密封圈中存在气泡会大大降低其局部的抗冲击强度，形成薄弱点导致密封圈失效。在LR6电池密封圈的生产中，在背压为5. 0%6.0MPa时，螺杆转速为45 1.4.7模具温度及冷却时间模具温度是指与流体直接接触的模壁温度，它直接影响流体的充模流动性，制品的冷却速率、成型周期以及制品的结晶取向、收缩等结果，是关系到制品质量的重要因素。影响模具温度的因素有很多种：环境温度、熔体温度、模具中各型腔排列、冷却水的温度、流量及在模具中的走向等。模具温度高，制品容易变形翘曲、冷却速率低，影响成型周期因此模具温度必须控制在密封圈的热变形温度下。而模具温度过低，熔体在流道中就很快被冷却，制品中冷料增多，会出现大的球晶，抗冲击强度大大下降，很容易出现应力开裂现象。这种情况下产生的应力开裂现象很容易检测到，较难的是模具温度处于临界点时的状况，这时候的产品只有在808的干燥箱中连续放置24h后再检测才有可能发现存在应力开裂的现象，比例约为万分之三。为了避免以上情况，在机台刚开机时切断模具冷却水，使模具尽快升温，到达需要的温度后再接通冷却水，并将模温足够之前的产品视为不合格品处理。在模具上安装模温自动监控系统，自动或手动控制冷却水的流量，使模具温度始终在需要的范围。经过多次试验最终确定模具温度在758 %808之间最好。

　　冷却时间是控制产品在模具中的时间以产品顶出时不变形且不粘模为好，一般控制在4.5%5.5S之间。

　　2结束语细致调整注塑机的工艺参数和模具的结构，可以解决尼龙66材料生产LR6电池密封圈过程中存在的质量问题，使密封圈在电池中达到防爆及防漏的要求。