發(fā)泡制品

海綿狀多孔結(jié)構(gòu)的硫化橡膠。有開(kāi)孔、閉孔、混合孔和微孔之分?？芍瞥绍浵鹉z或硬橡膠制品。質(zhì)輕、柔軟、有彈性、不易傳熱。具有防震、緩和沖擊、絕熱、隔音等作用。用合成橡膠制成的還具有耐油、耐老化、耐化學(xué)藥品等特點(diǎn)。廣泛用于汽車(chē)、飛機(jī)、化學(xué)、日用品等工業(yè)，用作保溫、隔音、防震材料，以及制座墊、床墊、醫(yī)療機(jī)械、衛(wèi)生用品、體育用品等?？捎缮鹉z中加起泡劑（如碳酸銨、尿素、偶氮二異丁腈等）或上濃縮的膠乳經(jīng)攪拌鼓入空氣，再經(jīng)硫化而成。

此為海綿橡膠加工成品，在各種行業(yè)中廣泛應(yīng)用

所有的橡膠，EVA(乙烯一醋酸乙烯醋)，高苯乙乙烯，以及橡塑共混的熱塑性彈性體，均可用來(lái)制造海綿橡膠。具體膠種的選擇，應(yīng)根據(jù)制品的使用條件、制品物化性能的指標(biāo)、制造方法及加工性能等進(jìn)行綜合考慮來(lái)確定。

普通的海綿橡膠主要選用天然橡膠、丁苯橡膠、丁二烯橡膠;檔次較低(如膠鞋普通中底)的可使用再生膠;高級(jí)無(wú)臭鞋墊使用EVA/橡膠并用，制造微孔鞋底可采用EVA或高苯乙烯與通用橡膠并用，或采用丁睛橡膠與聚氯乙烯共混;耐油的可選用丁睛橡膠、氯丁橡膠、丁睛橡膠/聚氯乙烯、環(huán)氧化天然橡膠等;要求耐熱、耐臭氧老化時(shí)，可選用三元乙丙橡膠和硅橡膠;輕質(zhì)(相對(duì)密度小于1)且高硬度(不小于80)、彎折回彈性優(yōu)異的發(fā)泡片材常要用塑料/橡膠并用，單靠sBs或橡膠難以達(dá)到此綜合要求。

從使用壽命、工藝、成本等綜合考慮，較為理想的膠種是三元乙丙橡膠、氯丁橡膠;天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠及其與塑料的共混料，多用于制造民用海綿橡膠制品。三元乙丙橡膠、氯丁橡膠多用于制造工業(yè)海綿橡膠制品。

發(fā)泡劑的要求

用于海綿橡膠的發(fā)泡劑，應(yīng)滿足如下要求。

①貯存穩(wěn)定性好，對(duì)酸、堿、光、熱穩(wěn)定。

②無(wú)毒、無(wú)臭、對(duì)人體無(wú)害，發(fā)泡后不產(chǎn)生污染，無(wú)臭味和異味。

③分解時(shí)產(chǎn)生的熱量小。

④在短時(shí)間內(nèi)能完成分解作用，且發(fā)氣量大，可調(diào)節(jié)。

⑤粒度均勻、易分散，粒子形態(tài)以球形為好。

⑥在密閉的模腔中能充分分解。

選擇發(fā)泡劑時(shí)應(yīng)該注意以下幾個(gè)特性:①分解溫度;②分解氣體的量;③分解時(shí)產(chǎn)生的熱量(放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng));④分解氣體和分解生成物的異味、毒性等衛(wèi)生性能;⑤混煉時(shí)的分散性能;⑥與生膠的相容性;⑦與硫化體系的匹配性;⑧對(duì)制品的污染性;⑨操作安全性;⑩貯存穩(wěn)定性等。

硫化體系的選擇設(shè)計(jì)

海綿橡膠硫化體系的原則是，使膠料的硫化速度與發(fā)泡劑的分解速度相匹配。

不同的膠種選擇不同的硫化體系。通用橡膠，如天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等，采用硫黃一促進(jìn)劑硫化體系，硫黃的用量為1.5一3.0份。促進(jìn)劑采用DM(或CZ)與TMTD,PZ,D,M等并用，促進(jìn)劑M,DM,CZ,DZ,TMTD,PZ等單用或并用也可作海綿橡膠的促進(jìn)劑，但用量較實(shí)心制品多一些。硅橡膠、三元乙丙橡膠、丁睛橡膠、EVA、聚氯乙烯/丁睛橡膠以及某些橡塑共混材料，可選用過(guò)氧化物硫化體系，此時(shí)應(yīng)注意過(guò)氧化物的用量是按聚合物的交聯(lián)效率來(lái)計(jì)算的，其用量的增減只能控制交聯(lián)密度的大小。使用過(guò)氧化物硫化的硫化時(shí)間，應(yīng)按它在硫化溫度下的半衰期來(lái)決定，一般取其硫化溫度下半衰期的5-10倍即可。

硫化過(guò)程中硫化速度與發(fā)泡速度的關(guān)系

A為焦燒時(shí)間，AB為熱硫化的前期，BC為熱硫化的中期，CD為熱硫化后期，D為正硫化點(diǎn)。如果在A點(diǎn)前發(fā)泡，此時(shí)膠料尚未開(kāi)始交聯(lián)，赫度很低，氣體容易跑掉，得不到氣孔。當(dāng)在AB階段發(fā)泡時(shí)，這時(shí)薪度仍然較低，孔壁較弱，容易造成連孔。如果在BC階段發(fā)泡，這時(shí)膠料已有足夠程度的交聯(lián)，豁度較高，孔壁較強(qiáng)，就會(huì)產(chǎn)生閉孔海綿。若在D點(diǎn)開(kāi)始發(fā)泡，這時(shí)膠料已全部交聯(lián)，赫度太高，也不能發(fā)泡。因此必須根據(jù)發(fā)泡劑的分解速度來(lái)調(diào)整硫化速度。

海綿橡膠硫化速度和發(fā)泡速度的平衡

發(fā)泡早于硫化時(shí)，大量氣體分解出來(lái)時(shí)，橡膠分子仍處于未交聯(lián)的自由狀態(tài)，形成的氣孔在分解出來(lái)的氣體的猛烈地沖擊下孔壁塌陷或破裂，部分氣體由橡膠表面跑掉，造成發(fā)泡不足和表面不光滑，形成不均勻的大孔及表皮非常薄的制品;若硫化早于發(fā)泡時(shí)，當(dāng)發(fā)泡劑開(kāi)始分解產(chǎn)生氣體時(shí)，膠料已產(chǎn)生相當(dāng)程度的交聯(lián)，膠料薪度增大，發(fā)泡劑分解出來(lái)的氣體受硫化橡膠的束縛難以使橡膠起泡，發(fā)泡困難，造成發(fā)泡不足。其結(jié)果是所生產(chǎn)出來(lái)的海綿為厚表皮的小孔制品，發(fā)泡程度低、硬度高、彈性低。因此，適當(dāng)調(diào)節(jié)硫化速度很重要，因它對(duì)海綿橡膠的密度(發(fā)泡倍率)、吸水率(開(kāi)孔氣泡增加而吸水率增大)和表皮狀態(tài)是否良好有極大影響。

塑煉

所謂塑煉，就是從外部向生膠畢加機(jī)械剪切力，解開(kāi)分子間的凝聚力，切斷分子鏈，降低生膠的6性，使之具有一定的可塑度，使配合劑的混合和混煉加工容易進(jìn)行的一道工序。塑煉分為低溫塑煉和高溫塑煉兩種。對(duì)于EPDM等合成橡膠而言，橡膠供應(yīng)商在聚合階段就已經(jīng)調(diào)整了適用于制造海綿橡膠的各種ARF33P度。因此，不需要進(jìn)行塑煉。但是，對(duì)于天然橡膠，塑煉還是必需的，塑煉膠的可塑度應(yīng)保持在0.56以上，這主要基于以下幾點(diǎn)考慮:a.生膠充分的塑煉，使它便于混煉，各種配合劑能很好地分散到橡膠中去，使發(fā)泡均勻;b.高的可塑性，便于膠料發(fā)磯，在發(fā)泡的過(guò)程中阻力降低;c.能減少硫化制品的收縮性?？梢菟苄缘拇笮。瑢?duì)海綿底的收縮影響很大。在海綿橡膠的制造過(guò)程中，橡膠a度越低，膠料越容易膨脹，越能夠制得泡孔均勻，收縮率小的海綿橡膠。

混煉

混煉膠的熟化制造海綿橡膠的技術(shù)關(guān)鍵就是混煉膠的熟化。;在海綿橡膠生產(chǎn)過(guò)程中，混煉膠熟化極為重要。所謂熟化就是在生膠中加人配合劑混煉后，使混煉膠停放一段時(shí)間，可緩愛(ài)和其在加工等過(guò)程中產(chǎn)生的殘余變形，增進(jìn)配合劑(發(fā)泡劑、硫黃、促進(jìn)劑等)的溶解和遷移穩(wěn)定性，使其物理性能、加工性能等得到改善。

發(fā)泡劑的分散性

海綿橡膠制造過(guò)程中最重要的工序之一就是想方設(shè)法讓發(fā)泡劑分散均勻。炭黑的分散用導(dǎo)電方法和炭黑分散儀進(jìn)行測(cè)定。但是，發(fā)泡劑的分散性能還沒(méi)有比較容易的評(píng)估方法，仍在繼續(xù)沿用過(guò)去的方法，即將混煉膠片拉長(zhǎng)，用目測(cè)的老方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。提高分散性可采用先加發(fā)泡劑方法。

海綿橡膠的成型和硫化

海綿橡膠的成型方法有擠出成型、模壓成封，平板成型等各種方法。EPDM海綿最常用用的一般是擠出方法(汽車(chē)零部件)。多半采用連續(xù)擠出的熱空氣硫化發(fā)泡的UHF法(微波和熱空氣并用)進(jìn)行加工。制造海綿橡膠，除采用連續(xù)擠出硫化發(fā)泡法外，還有平板硫化發(fā)泡法。該方法很早以前就用于海綿橡膠的制造，其特點(diǎn)是能夠制得含有微孔的海綿制品。當(dāng)使用平板硫化機(jī)制造橡膠海綿時(shí)，一般采用二段硫化法(一段硫化，二段硫化)。一段硫化以發(fā)泡劑的分解為主要目的，一段硫化裝膠量為模具容積的105℃，經(jīng)低溫短時(shí)間〔(100-120)℃X(5一10)min〕硫化后，把所制得的半硫化海綿橡膠裝到二段硫化模具內(nèi)，再高溫長(zhǎng)時(shí)間仁(120-160)℃X(10一15)min〕硫化，完成發(fā)泡過(guò)程。這樣所得到的海綿橡膠制品的尺寸與模具的形狀一樣。一段硫化條件和二段硫化條件因橡膠海綿的硬度、大小、厚度以及膠種、配方的不同而不同。

海綿橡膠密度小，彈性和屈撓性優(yōu)異，具有較好的減震、隔音、隔熱性能。海綿橡膠被廣泛地應(yīng)用于密封、減震、消音、絕熱、服裝、制鞋、家電、印染、健身器材和離子交換等許多方面。如汽車(chē)的擋風(fēng)條、緩沖膠墊、建筑工程用密封墊片、弱電部件的絕熱材料、減震材料、簡(jiǎn)易潛水服及鞋等制品。

注塑工藝調(diào)節(jié)

注射速率：提高注射速率可以增大孔隙率，降低泡孔直徑；

射膠量：成核能力較弱的溶體，增加射膠量可以限制發(fā)泡空間；成核力較強(qiáng)的熔體，適當(dāng)減小射膠量，可以提供一定的發(fā)泡膨脹空間，獲得較小的泡孔尺寸；

熔體溫度：熔體溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致黏度下降，抵抗泡孔變形的能力降低，泡孔直徑較大且形狀不規(guī)則；

模具溫度：較高的模具溫度有助于增加泡孔密度，降低皮層厚度，但過(guò)高易導(dǎo)致泡孔直徑變大，發(fā)生并泡。

發(fā)泡工藝調(diào)節(jié)

微發(fā)泡注塑工藝，射入的型腔中的單相熔體體積小于型腔體積以提供多余的空間進(jìn)行發(fā)泡。操作簡(jiǎn)單，但由于受到型腔內(nèi)部剪切流和溫度的影響，氣體損失較大，泡孔結(jié)構(gòu)不一致從而造成力學(xué)性能的損失。

注壓發(fā)泡：?jiǎn)蜗嗳垠w首先注入到一個(gè)部分打開(kāi)的型腔中，利用多余空間發(fā)泡后在很短時(shí)間內(nèi)依靠鎖模力壓縮至所需的試樣厚度。由于熔體填充完畢后，施加壓力使得型腔內(nèi)部熔體壓力增大，臨界成核半徑增大，制品內(nèi)部泡孔尺寸重新分布且趨于一致。

延時(shí)二次開(kāi)模發(fā)泡：熔體注滿型腔后延遲數(shù)秒使動(dòng)模在厚度方向上打開(kāi)到所需厚度，釋放空間進(jìn)行發(fā)泡，可以促使結(jié)晶材料的結(jié)晶度增加。早期晶體的形成，使的晶體周?chē)鷼怏w濃度升高，可以促進(jìn)泡孔的成核。

聚合物共混

聚合物共混對(duì)于調(diào)控發(fā)泡形貌具有重要的意義，通過(guò)共混，材料在保持自身性能的同時(shí)，還可以通過(guò)協(xié)同效應(yīng)提供額外的性能。例如：增大氣體在基體中溶解度、擴(kuò)散系數(shù)和提高熔體黏度等。

加入填料

區(qū)別于均相成核，填料的加入會(huì)引發(fā)發(fā)泡體系異相成核從而改善發(fā)泡形貌。其具體的作用可以歸納為如下：明顯降低體系成核的臨界自由能壘；增加體系的成核點(diǎn)；增加熔體的黏度，產(chǎn)生應(yīng)變硬化的效果，有效抑制泡孔的長(zhǎng)大和合并。目前可供使用的填料種類(lèi)有很多，如納米碳酸鈣、納米粘土、SiO 2 、碳納米管等，其中納米粘土的應(yīng)用最為廣泛。

填料尺寸、形狀以及分散狀態(tài)不同對(duì)于發(fā)泡效果的影響不同。許多研究表明，添加納米顆粒后，泡孔尺寸可以降低 1 個(gè)數(shù)量級(jí)，泡孔密度可以增加 2～3 個(gè)數(shù)量級(jí)。

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