发泡橡胶制品概述
发泡橡胶制品以橡胶为基材,采用物理发泡或者化学发泡的方法进行生产,从而得到海绵状的橡胶多孔结构品。这一技术在目前已经被广泛的应用在各生产行业当中,如汽车门窗密封条、缓冲垫,建筑施工垫片、抗震材料、体育防护设施等。
1、发泡橡胶概念
所谓的发泡橡胶也被广泛的称之为橡胶发泡技术,是利用特定的发泡剂来处理橡胶,从而使得橡胶具备特征性能的一种处理手段。这种技术在目前的生产领域应用较为广泛,是现阶段生产工作中最为常见的一种方法。
2、发泡橡胶制品分类
发泡橡胶制品是目前生产领域采用最多的产品之一,其根据孔洞可以分为微孔结构、多孔结构两种。而微孔结构又可以分为单独发泡制品和连续发泡制品。根据橡胶的原材料可以将这一制品分为天然橡胶发泡制品、异戊二烯发泡制品、SBR发泡制品、乙丙橡胶发泡制品等。
二、发泡橡胶制品配合分析
发泡橡胶制品在当前的社会中应用越来越广泛,其在制取和生产过程中与热塑性塑料发泡有着天壤之别,它存在着一个硫化交联速度与发泡剂分解速度相匹配的问题。也就是说,一种橡胶材料成功发泡除了与交联速度存在着密切关系之外,橡胶材料的硫化过程与发泡剂分解时候所发生的原理基本上相同的,都是一个对气体膨胀壁产生相应阻力的延伸流程。
1、主体材料的选择
在制造的过程中,通常都要求根据制品的具体目标来选择科学的橡胶主体材料,这些材料在选择中要做到柔软、强度适中、弹性量好的天然橡胶制品,同时还要选择一些能够满足制品需求的人工橡胶。对于耐油发泡制品生产中,除了需要选择合理科学的丁腈橡胶之外,还要分析氯丁橡胶的比例和关系,甚至为了满足某些特殊产品需要,还可以采用两种或者多种橡胶并用的形式。
2、发泡剂的选择
发泡剂是整个发泡橡胶制取中最为关键的环节,其选用与工作效率、工作质量息息相关。一般来说,制的性能良好的发泡制品就必须要选择科学、合理的发泡剂,且发泡剂的使用量、使用方法都要满足目前社会发展要求。在当前,发泡剂主要包含有有机发泡剂和无机发泡剂两种。其中无机发泡剂主要指的是碳酸氢钠、碳酸氢铵、尿素等,这些发泡剂在应用中有着分解速度快、温度低的优势,理论上来说其发泡性能也较为良好。由于这一技术在应用中所产生的气体主要是二氧化碳和氨气等,这些气体的存在使得橡胶结构存在着渗透系数大、难以制造出闭孔的发泡橡胶,制取的发泡橡胶品质低、强度低、收缩率大、容易变形,因此在工作中极容易单独使用,且一般都可以作为有机发泡剂来进行使用。
目前的工作中,我们常用的发泡剂主要包含有氮二甲酰胺、亚硝基、二苯磺酰肼醚等。这些材料在应用中其分解温度大约都在200℃以上,且在生产的过程中还需要加入其它的助发泡剂,如尿素、氧化镁、氧化锌等,因此其分解大大降低,热分解所产生的气体主要包含有氮气、二氧化碳、氨气等,这些气体不仅无毒、无臭,甚至还具备着不污染环境、不变色的优势。用发泡剂制得的橡胶发泡制品孔径较大,收缩率也较大;使用发泡剂时,助发泡剂有硬脂酸、明矾等,加入后可明显降低发泡剂的分解温度至130~150℃。
3、硫化体系的选择
硫化体系在发泡制品的研究过程中非常重要,首先硫化体系与发泡体系是否匹配是制得性能良好的发泡制品的关键。一种胶料能否成功发泡,最重要的是胶料的硫化过程与发泡剂的分解过程应基本同步,或起硫时间比起泡时间稍微提前。因此,选择硫化体系后调整发泡体系与之匹配,或选择发泡体系后调整硫化体系与之匹配。
4、补强填充剂的选择
炭黑、白炭黑等补强剂可以改善发泡橡胶制品的强度及挺性,适当加入碳酸钙、陶土等填充剂可以改善胶料的加工性能及降低成本。炭黑宜选择半补强FEF和SRF类炭黑,填料宜选择轻质碳酸钙、陶土等,用量不宜太多,最好为20~40份。
5、增塑剂的选择
增塑剂的要求是:增塑效果要好,用量少,吸收速率快,与橡胶的相容性好,挥发性小,不迁移,无毒、无臭,价廉易得。增塑剂可改善配合剂的分散程度、混炼胶的加工性及成型性。要求发泡倍率高的发泡橡胶制品,一般增塑剂的加入量较大,且选择与橡胶相容性好的增塑剂。
6、防老剂的选择
发泡橡胶制品为多孔结构,表面积较大,相对更容易老化,必须配合防老剂。选用防老剂的原则是既有良好的防老化效果,又不影响发泡剂的分解。可选4010、264、MB等防老剂,用量比一般橡胶制品要多一些。
7、橡胶的发泡原理
固体橡胶发泡生产橡胶海绵,其原理是在选定的胶料中加人发泡剂或再加入助发泡剂,在硫化温度下发泡剂分解释放出气体,被胶料包围形成泡孔39;使胶料膨胀形成海绵。
决定并影响泡孔结构的主要因素有:发泡剂的发气量、气体在胶料中的扩散速度、胶料的黏度以及硫化速度39;其中最关键的是发泡剂发气量、产生气体的速度和胶料的硫化速度的匹配。
做出更好的橡胶制品,选择发泡剂品种和胶料硫化体系是关键。具体方法有两种:
一是根据硫化温度选择分解温度与之相适应的发泡剂,然后再根据发泡剂在该硫化温度下的分解速度来调整胶料硫化速度,如采用迟效性促进剂和其他促进剂并用硫化体系,可采用调整促进剂的用量来调节硫化速度;
二是在硫化体系确定的情况下,根据硫化速度选择发泡剂品种及合适的粒径。发泡剂的粒径也是决定发泡剂分解速度的最重要因素之一。粒径减小,粒子的比表面积增大,热传导效率提高,分解速度加快,因此可通过选择合适的发泡剂粒径来调节发泡剂的分解速度与胶料硫化速度之间的平衡。
三、加工工艺
1、塑炼
生胶塑炼的实质是使橡胶的大分子链断裂破坏。提高橡胶的可塑性,使配合剂的混合和混炼加工更加容易进行。在制备发泡橡胶制品时,橡胶的可塑性越好,越容易制得泡孔均匀、密度小、收缩率小的制品。因此生胶要进行充分塑炼。
2、停放
橡胶在混炼完之后,一定要放置足够长的时间,一般要停放2~4h,使各种助剂在混炼胶中充分分散,橡胶助剂分散得越均匀,产品尺寸的稳定性、表面光滑程度、气泡均匀程度越好。
3、温度
橡胶发泡对温度非常敏感。同一种胶料,在不同温度下发泡效果不一样。因为发泡体系和硫化体系对温度的敏感程度不同,改变硫化温度要重新调整硫化体系与发泡体系相匹配的问题。
4、成型
发泡橡胶制品的成型方法有:挤出成型、模压成型、平板成型等各种方法。EPDM发泡制品常用挤出成型,NBR多采用模压成型。
四、橡胶发泡时常见的质量问题及解决办法
1、发泡孔不足
原因:
(1)发泡剂质量问题;
(2)胶料可塑度过低;
(3)混炼温度过高,发泡剂早期分解;
(4)胶料停放时间过长或停放温度过高,部分发泡剂挥发或分解;
(5)胶料硫化速度过快;
(6)压力过高,超过发泡剂发生气体所形成的内压,造成发泡孔不足;
对策:
(1)检查发泡剂是否在有限期限内,是否合格;
(2)检查胶料可塑度是否符合标准,可塑度过低应补充混炼,增大可塑度以利于发孔;
(3)检查密炼机卸料温度是否过高,辊温是否太高,胶料是否焦烧。一些因混炼温度过高的胶料可以少量掺和处理或添加发泡剂重工;
(4)停放时间过长胶料应返炼进行补充加工;
(5)配方调整,检查硫化剂的临界温度与发泡剂的分解温度是否接近,并相互协调,使硫化速度与发泡速度相配合;
(6)调整机台压力。
2. 填充模不足
原因:
(1)用胶量不足;
(2)模具光洁度不够或模具使用过久未清洁,胶料流动受到阻力;
(3)模腔构造复杂与胶料流动性不相配合,发孔后往往不能填充模具顶端,形成缺陷;
(4)模腔内死角处的空气排不出去,使胶料填充不满模腔,导致边缘缺胶;
对策:
(1)逐条称量,保证胶料重量;
(2)提高胶料的流动性;
(3)修改模具,合理设计排气孔,分模构造等。
3. 发泡孔不均匀(过大或过小)
发泡孔过大,产品的硬度、密度不合标准,闭孔会变成联孔,微孔变成小孔,某些部分发生塌陷或某些部分发不起来。
原因:
(1)发泡剂结团或粒子过粗;
(2)混炼不均匀;
(3)配合剂含水量过高,胶料中混有空气或杂质;
(4)硫化不足,出模后继续发孔;
对策:
(1)检查发泡剂,如有结团现象应过筛,粒子粗则应粉碎,充分混炼(或薄通)使之分散均匀;
(2)配合剂水分过高应干燥后使用,除去胶料中的空气或杂质,使之充分硫化。
4. 过硫化或欠硫化
(1)过硫化
一般表面变色,孔眼较小,硬度较高,产品边缘裂开,产生原因是操作不当,或温度过高,硫化时间太久或仪表失灵,应检查各阀门和仪表是否有问题,再则要严格执行操作规则。
(2)欠硫化
硫化不足时,出模后气孔内压大于外压,胶料若继续发孔,轻则造成硬度过低,强性差,变形大;重则孔眼爆破。应检查仪表,阀门是否有问题,严格执行操作规则。
注:发泡制品控制质量指标
(1)表观密度,越小越好;
(2)机械强度一般为0.5-1.6Mpa;
(3)静压缩永久变形;
(4)硬度;
(5)冲击弹性;
(6)连续动疲劳;
(7)老化试验(70度*70小时;100度*24小时);
(8)低温试验。
四、结语
作为功能性高分子材料,随着科学技术的发展,发泡橡胶制品的用途会越来越广泛。在以后的研发过程中应注意以下问题:
(1)研发用节能、低公害的发泡剂制作发泡橡胶制品;
(2)在发泡剂中碳酸氢钙类无机发泡剂安全卫生,应在与有机发泡剂的并用中加大其用量;
(3)解决硫化速率与发泡相匹配的问题仍将是发泡制品研发的重点;
(4)发泡工艺的研究也不容忽视。
华碧实验室,欢迎交流学习