橡膠發泡技術與常見質量問題(橡膠發泡製品)!

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    一、發配橡膠製品概述

    發泡橡膠製品以橡膠為基材，採用物理髮泡或者化學發泡的方法進行生產，從而得到海綿狀的橡膠多孔結構品。這一技術在目前已經被廣泛的應用在各生產行業當中，如汽車門窗密封條、緩衝墊，建築施工墊片、抗震材料、體育防護設施等。

    1、發泡橡膠概念

    所謂的發泡橡膠也被廣泛的稱之為橡膠發泡技術，是利用特定的發泡劑來處理橡膠，從而使得橡膠具備特徵性能的一種處理手段。這種技術在目前的生產領域應用較為廣泛，是現階段生產工作中最為常見的一種方法。

    2、發泡橡膠製品分類

    發泡橡膠製品是目前生產領域採用最多的產品之一，其根據孔洞可以分為微孔結構、多孔結構兩種。而微孔結構又可以分為單獨發泡製品和連續發泡製品。根據橡膠的原材料可以將這一製品分為天然橡膠發泡製品、異戊二烯發泡製品、SBR發泡製品、乙丙橡膠發泡製品等。

    二、發泡橡膠製品配合分析

    發泡橡膠製品在當前的社會中應用越來越廣泛，其在製取和生產過程中與熱塑性塑料發泡有著天壤之別，它存在著一個硫化交聯速度與發泡劑分解速度相匹配的問題。也就是說，一種橡膠材料成功發泡除了與交聯速度存在著密切關係之外，橡膠材料的硫化過程與發泡劑分解時候所發生的原理基本上相同的，都是一個對氣體膨脹壁產生相應阻力的延伸流程。

    1、主體材料的選擇

    在製造的過程中，通常都要求根據製品的具體目標來選擇科學的橡膠主體材料，這些材料在選擇中要做到柔軟、強度適中、彈性量好的天然橡膠製品，同時還要選擇一些能夠滿足製品需求的人工橡膠。對於耐油發泡製品生產中，除了需要選擇合理科學的丁腈橡膠之外，還要分析氯丁橡膠的比例和關係，甚至為了滿足某些特殊產品需要，還可以採用兩種或者多種橡膠並用的形式。

    2、發泡劑的選擇

    發泡劑是整個發泡橡膠製取中最為關鍵的環節，其選用與工作效率、工作質量息息相關。一般來說，制的性能良好的發泡製品就必須要選擇科學、合理的發泡劑，且發泡劑的使用量、使用方法都要滿足目前社會發展要求。在當前，發泡劑主要包含有有機發泡劑和無機發泡劑兩種。其中無機發泡劑主要指的是碳酸氫鈉、碳酸氫銨、尿素等，這些發泡劑在應用中有著分解速度快、溫度低的優勢，理論上來說其發泡性能也較為良好。由於這一技術在應用中所產生的氣體主要是二氧化碳和氨氣等，這些氣體的存在使得橡膠結構存在著滲透係數大、難以製造出閉孔的發泡橡膠，製取的發泡橡膠品質低、強度低、收縮率大、容易變形，因此在工作中極容易單獨使用，且一般都可以作為有機發泡劑來進行使用。

    目前的工作中，我們常用的發泡劑主要包含有氮二甲醯胺、亞硝基、二苯磺醯肼醚等。這些材料在應用中其分解溫度大約都在200℃以上，且在生產的過程中還需要加入其它的助發泡劑，如尿素、氧化鎂、氧化鋅等，因此其分解大大降低，熱分解所產生的氣體主要包含有氮氣、二氧化碳、氨氣等，這些氣體不僅無毒、無臭，甚至還具備著不汙染環境、不變色的優勢。用發泡劑製得的橡膠發泡製品孔徑較大，收縮率也較大；使用發泡劑時，助發泡劑有硬脂酸、明礬等，加入後可明顯降低發泡劑的分解溫度至130～150℃。

    3、硫化體系的選擇

    硫化體系在發泡製品的研究過程中非常重要，首先硫化體系與發泡體系是否匹配是製得性能良好的發泡製品的關鍵。一種膠料能否成功發泡，最重要的是膠料的硫化過程與發泡劑的分解過程應基本同步，或起硫時間比起泡時間稍微提前。因此，選擇硫化體系後調整發泡體系與之匹配，或選擇發泡體系後調整硫化體系與之匹配。

    4、補強填充劑的選擇

    炭黑、白炭黑等補強劑可以改善發泡橡膠製品的強度及挺性，適當加入碳酸鈣、陶土等填充劑可以改善膠料的加工性能及降低成本。炭黑宜選擇半補強FEF和SRF類炭黑，填料宜選擇輕質碳酸鈣、陶土等，用量不宜太多，最好為20～40份。

    5、增塑劑的選擇

    增塑劑的要求是：增塑效果要好，用量少，吸收速率快，與橡膠的相容性好，揮發性小，不遷移，無毒、無臭，價廉易得。增塑劑可改善配合劑的分散程度、混煉膠的加工性及成型性。要求發泡倍率高的發泡橡膠製品，一般增塑劑的加入量較大，且選擇與橡膠相容性好的增塑劑。

    6、防老劑的選擇

    發泡橡膠製品為多孔結構，表面積較大，相對更容易老化，必須配合防老劑。選用防老劑的原則是既有良好的防老化效果，又不影響發泡劑的分解。可選4010、264、MB等防老劑，用量比一般橡膠製品要多一些。

    7、橡膠的發泡原理

    固體橡膠發泡生產橡膠海綿，其原理是在選定的膠料中加人發泡劑或再加入助發泡劑，在硫化溫度下發泡劑分解釋放出氣體，被膠料包圍形成泡孔'使膠料膨脹形成海綿。

    決定並影響泡孔結構的主要因素有：發泡劑的發氣量、氣體在膠料中的擴散速度、膠料的黏度以及硫化速度'其中最關鍵的是發泡劑發氣量、產生氣體的速度和膠料的硫化速度的匹配。

    做出更好的橡膠製品，選擇發泡劑品種和膠料硫化體系是關鍵。具體方法有兩種：

    一是根據硫化溫度選擇分解溫度與之相適應的發泡劑，然後再根據發泡劑在該硫化溫度下的分解速度來調整膠料硫化速度，如採用遲效性促進劑和其他促進劑並用硫化體系，可採用調整促進劑的用量來調節硫化速度;

    二是在硫化體系確定的情況下，根據硫化速度選擇發泡劑品種及合適的粒徑。發泡劑的粒徑也是決定發泡劑分解速度的最重要因素之一。粒徑減小，粒子的比表面積增大，熱傳導效率提高，分解速度加快，因此可通過選擇合適的發泡劑粒徑來調節發泡劑的分解速度與膠料硫化速度之間的平衡。

    三、加工工藝

    1、塑煉

    生膠塑煉的實質是使橡膠的大分子鏈斷裂破壞。提高橡膠的可塑性，使配合劑的混合和混煉加工更加容易進行。在製備發泡橡膠製品時，橡膠的可塑性越好，越容易製得泡孔均勻、密度小、收縮率小的製品。因此生膠要進行充分塑煉。

    2、停放

    橡膠在混煉完之後，一定要放置足夠長的時間，一般要停放2～4h，使各種助劑在混煉膠中充分分散，橡膠助劑分散得越均勻，產品尺寸的穩定性、表面光滑程度、氣泡均勻程度越好。

    3、溫度

    橡膠發泡對溫度非常敏感。同一種膠料，在不同溫度下發泡效果不一樣。因為發泡體系和硫化體系對溫度的敏感程度不同，改變硫化溫度要重新調整硫化體系與發泡體系相匹配的問題。

    4、成型

    發泡橡膠製品的成型方法有：擠出成型、模壓成型、平板成型等各種方法。EPDM發泡製品常用擠出成型，NBR多採用模壓成型。

四、橡膠發泡時常見的質量問題及解決辦法

1、發泡孔不足

原因：

（1）發泡劑質量問題；

（2）膠料可塑度過低；

（3）混煉溫度過高，發泡劑早期分解；

（4）膠料停放時間過長或停放溫度過高，部分發泡劑揮發或分解；

（5）膠料硫化速度過快；

（6）壓力過高，超過發泡劑發生氣體所形成的內壓，造成發泡孔不足；

對策：

（1）檢查發泡劑是否在有限期限內，是否合格；

（2）檢查膠料可塑度是否符合標準，可塑度過低應補充混煉，增大可塑度以利於發孔；

（3）檢查密煉機卸料溫度是否過高，輥溫是否太高，膠料是否焦燒。一些因混煉溫度過高的膠料可以少量摻和處理或添加發泡劑重工；

（4）停放時間過長膠料應返煉進行補充加工；

（5）配方調整，檢查硫化劑的臨界溫度與發泡劑的分解溫度是否接近，並相互協調，使硫化速度與發泡速度相配合；

（6）調整機臺壓力。

2. 填充模不足

原因：

（1）用膠量不足；

（2）模具光潔度不夠或模具使用過久未清潔，膠料流動受到阻力；

（3）模腔構造複雜與膠料流動性不相配合，發孔後往往不能填充模具頂端，形成缺陷；

（4）模腔內死角處的空氣排不出去，使膠料填充不滿模腔，導致邊緣缺膠；

對策：

（1）逐條稱量，保證膠料重量；

（2）提高膠料的流動性；

（3）修改模具，合理設計排氣孔，分模構造等。

3. 發泡孔不均勻（過大或過小）

發泡孔過大，產品的硬度、密度不合標準，閉孔會變成聯孔，微孔變成小孔，某些部分發生塌陷或某些部分發不起來。

原因：

（1）發泡劑結團或粒子過粗；

（2）混煉不均勻；

（3）配合劑含水量過高，膠料中混有空氣或雜質；

（4）硫化不足，出模後繼續發孔；

對策：

（1）檢查發泡劑，如有結團現象應過篩，粒子粗則應粉碎，充分混煉（或薄通）使之分散均勻；

（2）配合劑水分過高應乾燥後使用，除去膠料中的空氣或雜質，使之充分硫化。

4. 過硫化或欠硫化

（1）過硫化

一般表面變色，孔眼較小，硬度較高，產品邊緣裂開，產生原因是操作不當，或溫度過高，硫化時間太久或儀表失靈，應檢查各閥門和儀表是否有問題，再則要嚴格執行操作規則。

（2）欠硫化

硫化不足時，出模後氣孔內壓大於外壓，膠料若繼續發孔，輕則造成硬度過低，強性差，變形大；重則孔眼爆破。應檢查儀表，閥門是否有問題，嚴格執行操作規則。

註：發泡製品控制質量指標

（1）表觀密度，越小越好；

（2）機械強度一般為0.5-1.6Mpa；

（3）靜壓縮永久變形；

（4）硬度；

（5）衝擊彈性；

（6）連續動疲勞；

（7）老化試驗（70度*70小時；100度*24小時）；

（8）低溫試驗。

    四、結語

    作為功能性高分子材料，隨著科學技術的發展，發泡橡膠製品的用途會越來越廣泛。在以後的研發過程中應注意以下問題：

    （1）研發用節能、低公害的發泡劑製作發泡橡膠製品；

    （2）在發泡劑中碳酸氫鈣類無機發泡劑安全衛生，應在與有機發泡劑的並用中加大其用量；

    （3）解決硫化速率與發泡相匹配的問題仍將是發泡製品研發的重點；

    （4）發泡工藝的研究也不容忽視。

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