一、發(fā)配橡膠制品概述

    發(fā)泡橡膠制品以橡膠為基材，采用物理發(fā)泡或者化學(xué)發(fā)泡的方法進(jìn)行生產(chǎn)，從而得到海綿狀的橡膠多孔結(jié)構(gòu)品。這一技術(shù)在目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在各生產(chǎn)行業(yè)當(dāng)中，如汽車門窗密封條、緩沖墊，建筑施工墊片、抗震材料、體育防護(hù)設(shè)施等。

    1、發(fā)泡橡膠概念

    所謂的發(fā)泡橡膠也被廣泛的稱之為橡膠發(fā)泡技術(shù)，是利用特定的發(fā)泡劑來處理橡膠，從而使得橡膠具備特征性能的一種處理手段。這種技術(shù)在目前的生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，是現(xiàn)階段生產(chǎn)工作中最為常見的一種方法。

    2、發(fā)泡橡膠制品分類

    發(fā)泡橡膠制品是目前生產(chǎn)領(lǐng)域采用最多的產(chǎn)品之一，其根據(jù)孔洞可以分為微孔結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)兩種。而微孔結(jié)構(gòu)又可以分為單獨(dú)發(fā)泡制品和連續(xù)發(fā)泡制品。根據(jù)橡膠的原材料可以將這一制品分為天然橡膠發(fā)泡制品、異戊二烯發(fā)泡制品、SBR發(fā)泡制品、乙丙橡膠發(fā)泡制品等。

    二、發(fā)泡橡膠制品配合分析

    發(fā)泡橡膠制品在當(dāng)前的社會中應(yīng)用越來越廣泛，其在制取和生產(chǎn)過程中與熱塑性塑料發(fā)泡有著天壤之別，它存在著一個硫化交聯(lián)速度與發(fā)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(fā)泡除了與交聯(lián)速度存在著密切關(guān)系之外，橡膠材料的硫化過程與發(fā)泡劑分解時候所發(fā)生的原理基本上相同的，都是一個對氣體膨脹壁產(chǎn)生相應(yīng)阻力的延伸流程。

    1、主體材料的選擇

    在制造的過程中，通常都要求根據(jù)制品的具體目標(biāo)來選擇科學(xué)的橡膠主體材料，這些材料在選擇中要做到柔軟、強(qiáng)度適中、彈性量好的天然橡膠制品，同時還要選擇一些能夠滿足制品需求的人工橡膠。對于耐油發(fā)泡制品生產(chǎn)中，除了需要選擇合理科學(xué)的丁腈橡膠之外，還要分析氯丁橡膠的比例和關(guān)系，甚至為了滿足某些特殊產(chǎn)品需要，還可以采用兩種或者多種橡膠并用的形式。

    2、發(fā)泡劑的選擇

    發(fā)泡劑是整個發(fā)泡橡膠制取中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其選用與工作效率、工作質(zhì)量息息相關(guān)。一般來說，制的性能良好的發(fā)泡制品就必須要選擇科學(xué)、合理的發(fā)泡劑，且發(fā)泡劑的使用量、使用方法都要滿足目前社會發(fā)展要求。在當(dāng)前，發(fā)泡劑主要包含有有機(jī)發(fā)泡劑和無機(jī)發(fā)泡劑兩種。其中無機(jī)發(fā)泡劑主要指的是碳酸氫鈉、碳酸氫銨、尿素等，這些發(fā)泡劑在應(yīng)用中有著分解速度快、溫度低的優(yōu)勢，理論上來說其發(fā)泡性能也較為良好。由于這一技術(shù)在應(yīng)用中所產(chǎn)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(jié)構(gòu)存在著滲透系數(shù)大、難以制造出閉孔的發(fā)泡橡膠，制取的發(fā)泡橡膠品質(zhì)低、強(qiáng)度低、收縮率大、容易變形，因此在工作中極容易單獨(dú)使用，且一般都可以作為有機(jī)發(fā)泡劑來進(jìn)行使用。

    目前的工作中，我們常用的發(fā)泡劑主要包含有氮二甲酰胺、亞硝基、二苯磺酰肼醚等。這些材料在應(yīng)用中其分解溫度大約都在200℃以上，且在生產(chǎn)的過程中還需要加入其它的助發(fā)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(chǎn)生的氣體主要包含有氮?dú)?、二氧化碳、氨氣等，這些氣體不僅無毒、無臭，甚至還具備著不污染環(huán)境、不變色的優(yōu)勢。用發(fā)泡劑制得的橡膠發(fā)泡制品孔徑較大，收縮率也較大;使用發(fā)泡劑時，助發(fā)泡劑有硬脂酸、明礬等，加入后可明顯降低發(fā)泡劑的分解溫度至130～150℃。

    3、硫化體系的選擇

    硫化體系在發(fā)泡制品的研究過程中非常重要，首先硫化體系與發(fā)泡體系是否匹配是制得性能良好的發(fā)泡制品的關(guān)鍵。一種膠料能否成功發(fā)泡，最重要的是膠料的硫化過程與發(fā)泡劑的分解過程應(yīng)基本同步，或起硫時間比起泡時間稍微提前。因此，選擇硫化體系后調(diào)整發(fā)泡體系與之匹配，或選擇發(fā)泡體系后調(diào)整硫化體系與之匹配。

    4、補(bǔ)強(qiáng)填充劑的選擇

    炭黑、白炭黑等補(bǔ)強(qiáng)劑可以改善發(fā)泡橡膠制品的強(qiáng)度及挺性，適當(dāng)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(bǔ)強(qiáng)FEF和SRF類炭黑，填料宜選擇輕質(zhì)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(fā)性小，不遷移，無毒、無臭，價(jià)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(fā)泡倍率高的發(fā)泡橡膠制品，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(fā)泡橡膠制品為多孔結(jié)構(gòu)，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(fā)泡劑的分解?？蛇x4010、264、MB等防老劑，用量比一般橡膠制品要多一些。

    7、橡膠的發(fā)泡原理

    固體橡膠發(fā)泡生產(chǎn)橡膠海綿，其原理是在選定的膠料中加人發(fā)泡劑或再加入助發(fā)泡劑，在硫化溫度下發(fā)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。

    決定并影響泡孔結(jié)構(gòu)的主要因素有：發(fā)泡劑的發(fā)氣量、氣體在膠料中的擴(kuò)散速度、膠料的黏度以及硫化速度'其中最關(guān)鍵的是發(fā)泡劑發(fā)氣量、產(chǎn)生氣體的速度和膠料的硫化速度的匹配。

    做出更好的橡膠制品，選擇發(fā)泡劑品種和膠料硫化體系是關(guān)鍵。具體方法有兩種：

    一是根據(jù)硫化溫度選擇分解溫度與之相適應(yīng)的發(fā)泡劑，然后再根據(jù)發(fā)泡劑在該硫化溫度下的分解速度來調(diào)整膠料硫化速度，如采用遲效性促進(jìn)劑和其他促進(jìn)劑并用硫化體系，可采用調(diào)整促進(jìn)劑的用量來調(diào)節(jié)硫化速度;

    二是在硫化體系確定的情況下，根據(jù)硫化速度選擇發(fā)泡劑品種及合適的粒徑。發(fā)泡劑的粒徑也是決定發(fā)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(dǎo)效率提高，分解速度加快，因此可通過選擇合適的發(fā)泡劑粒徑來調(diào)節(jié)發(fā)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(shí)質(zhì)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(jìn)行。在制備發(fā)泡橡膠制品時，橡膠的可塑性越好，越容易制得泡孔均勻、密度小、收縮率小的制品。因此生膠要進(jìn)行充分塑煉。

    2、停放

    橡膠在混煉完之后，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(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性、表面光滑程度、氣泡均勻程度越好。

    3、溫度

    橡膠發(fā)泡對溫度非常敏感。同一種膠料，在不同溫度下發(fā)泡效果不一樣。因?yàn)榘l(fā)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(diào)整硫化體系與發(fā)泡體系相匹配的問題。

    4、成型

    發(fā)泡橡膠制品的成型方法有：擠出成型、模壓成型、平板成型等各種方法。EPDM發(fā)泡制品常用擠出成型，NBR多采用模壓成型。

    四、橡膠發(fā)泡時常見的質(zhì)量問題及解決辦法

    1、發(fā)泡孔不足

    原因：

    (1)發(fā)泡劑質(zhì)量問題;

    (2)膠料可塑度過低;

    (3)混煉溫度過高，發(fā)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(fā)泡劑揮發(fā)或分解;

    (5)膠料硫化速度過快;

    (6)壓力過高，超過發(fā)泡劑發(fā)生氣體所形成的內(nèi)壓，造成發(fā)泡孔不足;

    對策：

    (1)檢查發(fā)泡劑是否在有限期限內(nèi)，是否合格;

    (2)檢查膠料可塑度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，可塑度過低應(yīng)補(bǔ)充混煉，增大可塑度以利于發(fā)孔;

    (3)檢查密煉機(jī)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(fā)泡劑重工;

    (4)停放時間過長膠料應(yīng)返煉進(jìn)行補(bǔ)充加工;

    (5)配方調(diào)整，檢查硫化劑的臨界溫度與發(fā)泡劑的分解溫度是否接近，并相互協(xié)調(diào)，使硫化速度與發(fā)泡速度相配合;

    (6)調(diào)整機(jī)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(gòu)造復(fù)雜與膠料流動性不相配合，發(fā)孔后往往不能填充模具頂端，形成缺陷;

    (4)模腔內(nèi)死角處的空氣排不出去，使膠料填充不滿模腔，導(dǎo)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(shè)計(jì)排氣孔，分模構(gòu)造等。

    3. 發(fā)泡孔不均勻(過大或過小)

    發(fā)泡孔過大，產(chǎn)品的硬度、密度不合標(biāo)準(zhǔn)，閉孔會變成聯(lián)孔，微孔變成小孔，某些部分發(fā)生塌陷或某些部分發(fā)不起來。

    原因：

    (1)發(fā)泡劑結(jié)團(tuán)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(zhì);

    (4)硫化不足，出模后繼續(xù)發(fā)孔;

    對策：

    (1)檢查發(fā)泡劑，如有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象應(yīng)過篩，粒子粗則應(yīng)粉碎，充分混煉(或薄通)使之分散均勻;

    (2)配合劑水分過高應(yīng)干燥后使用，除去膠料中的空氣或雜質(zhì)，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(chǎn)品邊緣裂開，產(chǎn)生原因是操作不當(dāng)，或溫度過高，硫化時間太久或儀表失靈，應(yīng)檢查各閥門和儀表是否有問題，再則要嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)則。

    (2)欠硫化

    硫化不足時，出模后氣孔內(nèi)壓大于外壓，膠料若繼續(xù)發(fā)孔，輕則造成硬度過低，強(qiáng)性差，變形大;重則孔眼爆破。應(yīng)檢查儀表，閥門是否有問題，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)則。

    注：發(fā)泡制品控制質(zhì)量指標(biāo)

    (1)表觀密度，越小越好;

    (2)機(jī)械強(qiáng)度一般為0.5-1.6Mpa;

    (3)靜壓縮永久變形;

    (4)硬度;

    (5)沖擊彈性;

    (6)連續(xù)動疲勞;

    (7)老化試驗(yàn)(70度*70小時;100度*24小時);

    (8)低溫試驗(yàn)。

    四、結(jié)語

    作為功能性高分子材料，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)泡橡膠制品的用途會越來越廣泛。在以后的研發(fā)過程中應(yīng)注意以下問題：

    (1)研發(fā)用節(jié)能、低公害的發(fā)泡劑制作發(fā)泡橡膠制品;

    (2)在發(fā)泡劑中碳酸氫鈣類無機(jī)發(fā)泡劑安全衛(wèi)生，應(yīng)在與有機(jī)發(fā)泡劑的并用中加大其用量;

    (3)解決硫化速率與發(fā)泡相匹配的問題仍將是發(fā)泡制品研發(fā)的重點(diǎn);

    (4)發(fā)泡工藝的研究也不容忽視。