橡胶海绵制品的配方与工艺

caisenqun

                    橡胶海绵制品的配方与工艺
    橡胶海绵制品是一种柔软性微孔材料，按加工方式有模型定型发泡与非定型发泡两种；按微孔结构分为开孔发泡与闭孔发泡两种，其产品性能、用途十分广泛。
一、配方设计
- |7 }! h4 C1 p- p" V# P5 H    橡胶海绵制品配方设计原理与橡胶制品类似。但由于海绵产品的特性————既要交联、又要产气发泡，以保证产品的完整性，所以配方设计时又不同于一般的橡胶制品。
3 q6 `0 ]# s2 h! M    1、生胶的选择
  S- x9 k& e9 s1 p! r8 k# y' n6 ^    大部分胶种均能制造海绵制品，常用的有天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、高苯乙烯、乙烯醋酸乙烯（EVA）等。选用其中的一种，还是两种橡胶进行并用，是由海绵制品的使用条件与物理机械性能来决定的。

    2、硫化剂的选择
    海绵制品的硫化系统与海绵发孔的孔径有很大关系。发孔配方中的硫化速度和发孔速度应匹配，硫化速度一般应稍快于发孔速度，以免由于发孔速度太快，其结果会使用制品孔径过大，易产生塌陷、表面起麻点、弹性差等；而硫化速度过快则起发率不足，或发生起大泡、分层现象。根据这些条件，宜采用超速促进剂。如配方有橡胶100份，秋兰姆类0.3~0.7份，但威氏可塑性度应在0.5~0.6，硫化剂用硫黄。但在某些胶种中，如三元乙丙胶、丁腈橡胶、硅橡胶、聚乙烯、乙烯醋酸乙烯（EVA），均采用过氧化物硫化。常用的有过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯（DCP）、2.5-二叔丁基过氧化物等。
    过氧化物硫化不同于硫黄硫化。过氧化物在橡胶中的用量通常是按聚合物固有交联效率来计算，一般采用延长或缩短硫化时间的方法，而过氧化物应增加或减少份量。另外过氧化物硫化所采用的温度和时间也不同于硫黄硫化。硫黄的硫化速度每增加10℃相差2倍，而过氧化物则相差3倍。海绵的硫化温度一般控制在145℃~175℃之间。高于180℃时产品就不稳定，易炸裂；低于130℃度时，过氧化物所含-C-C-键不分解，自由基无法生成，也完不成交联。
8 h; N0 q" J% }* L# K    3、软化剂的选择
; W/ M+ y: S3 e, I# C+ l( F: s    软化剂既要发挥软化作用，又要保证胶料在加工工艺中不粘辊。在海绵发泡制品配方中软化剂常用量比一般橡胶制品的配方多。选用何种软化剂需视生胶种类而定。常用的有邻苯二甲酸二丁酯、工业酯、凡士林、机油油膏、硬脂酸等。用量5~25份不等，一般产品硬度控制在邵氏50度以下为宜，也可因产品性熊要求而定。
0 t  Q) @. ?, O    4、补强填充剂的选择
+ x% \! A9 Q9 K+ p/ \1 w    因发孔海绵橡胶制品是呈多孔性结构，柔软性好，补强应选择半补强强炭黑为主。考虑有助于发孔，其中以气相法沉淀白炭黑较好，填弃剂可采用陶土与碳酸钙并用，效果好、孔径多、工艺成本好控制。
    5、防老剂的选择
' [, t0 ?0 a1 j5 V# C. f    橡胶海绵比其它橡胶制品容易老化，因为海绵发孔制品为多孔结构，增大了与空气接触面积，在配合剂中应根据海绵胶种和产品的工作性能选择适当的防老剂。如果是普通发泡材料可加入定量胎面再生胶，既解决老化问题又减小了收缩率，降低了成本。
    6、防焦剂的选择
  h4 o  E$ V- i    海绵胶料一般不易焦烧，因为胶料必须完成1~3段塑炼，可塑度比一般的胶料高。但如用密炼机加工，方可加入1~2份水扬酸防焦剂，可提高混炼胶的安全性，也有助于发孔与交联同步进行。
    7、着色剂的选择
    工艺要求海绵制品硫化温度在145℃~175℃，所以要求选择耐热性好的颜料，既要求颜料高温硫化稳定，在硫化过程中不易迁移。海绵发率1:1~2倍数，要求着色剂遮盖力、分散性良好，颜料选择硫化的胶对光老化、变色及化学药品稳定性好。
    8、发泡剂和发泡助剂
    在高温硫化时能分解出气体或蒸气的物质称为发泡剂。海绵孔径的大小取决于发泡剂在橡胶中的分散度和溶解度。对发泡剂来说，总的要求是无毒、分解温度适宜、易在混炼胶中分散，而且发孔率高。
    常用的有：
    （1）碳酸氢钠。碳酸氢钠为白色细粉，分解温度150℃。使用时需配入5%~10%的硬脂酸作发孔助剂，以助发孔剂分解。碳酸氢钠所制得的海绵制品孔径细小、均一，也可生产开孔结构的产品。
    （2）发泡剂AC，化学名称为偶氮二甲酰胺。淡黄色粉未，190℃左右分解产生氮、一氧化碳和少量的二氧化碳。且有不助燃、无毒无臭味、不污染、不变色的特点。由于它的粒子细小，所以易在胶料中分散，常压发泡和加压发泡均可适用。由于分解温度高，常加入尿素、硼砂、氧化锌、苯甲酸、硬脂酸、镉盐等活化剂，可降低其分解温度。发泡剂AC可用以制作闭孔海绵制品。
. k! c' u% v8 A3 I$ \    （3）发泡剂H，化学名称为N，N'-二亚硝基五次甲基四胺。乳黄色细粉，分解温度200℃，但它与胶料中的硬脂酸混合后分解温度由200℃降至130℃左右，遇酸即分解在胶料中，发孔力强。在110℃硫化时既有良好效果，但为达到最佳的硫化效果，硫化温度不宜低于130℃，硫化温度在135℃~145℃对发泡性质影响极微，易分散于胶料中，工艺操作简单且安全，为最常用的发泡剂，其特是：①硫化发气量大，发泡效率高，且填充孔穴的氨气对橡胶的渗透性最小，可防止孔径塌陷；②加入发泡助剂后，本品的分解温度与胶料的硫化温度相适应；③在胶料中的分散性良好。本品可单用，也可与其他发泡剂并用，用量2~10份。单用发泡剂H时，孔径较细。可与明矾、苏打、H发孔剂并用，效果较好。由于本品分解热量大，用于厚制品时须小心处理。在实际生产中发泡剂种类、品种较多，应根据产品使用条件、物理性能的要求而定发泡剂种类。
    二、加工工艺
    橡胶海绵制品的加工工艺与其它橡胶制品的加工工艺有相似之处，但也有不同。主要要求保证产品能形成均匀的微孔结构，又不分层、起大泡。为达到此目的，需在各道工序上保持良好的配合。
    1、可塑度
* h7 K) }) ?, w+ P9 `    橡胶海绵胶料可塑度需控制在0.5~0.6之间。一般天然胶需分三段塑炼，每6小时为一段，每段20分钟。如用合成橡胶也应进行塑炼。如用加压式密炼机加工重量75~85kg,温度控制在35℃~55℃，时间为4~5分钟即可。
    2、混炼
1 r1 g1 e7 l4 R  L+ Z! Z    同其它胶料炼胶一样，要注意不得有结团、有大粗粒子，更不得有杂物。在海绵胶料中如有大粗颗粒、杂物存在，硫化时，发泡就会形成大孔，从而影响海绵质量。如果用密炼机混炼，温度控制在35℃-50℃，比一般胶料混炼时间多3~5分钟，效果会更好。
    3、停放时间
    海绵胶料停放时间一般为一周，以有利于发泡。海绵胶料如停放过长时间（特别是夏天）起发会变大，很难控制产品的厚度。海绵胶料很少出现焦烧。如EVA发泡海绵就不能停放。因DCP是用半衰期计算硫化时间，存放时间长（特别是夏天）不利于交联、与发泡同步进行。在生产中应根据品种来确定停放时间。
( ]' O. D0 ?, @7 ~$ F. Y& T) o    4、热炼出片
    胶料在制造产品前需经过热炼压延出片。海绵制品对胶料的出片厚度要求比较严格，否则硫化时，产品生产困难，易造成浪费。
    5、发泡方法
    （1）硫化模型定型发泡
    确定投入到模具中的胶料的体积与重量至关重要。为确保产品出模后胶料不多也不少。应选将第一模胶料多称一此，投入模具中去。硫化机温度控制在135℃~145℃，每2分钟排一次气，让多余的胶料在有一定的温度与压力的情况下自动排出。3~5分钟后硫化所得到的产品重量与体积基本达到要求了。
2 f  Q2 U6 y3 l3 n    （2）非定性海绵发泡
    此方法适用厚海绵制品，产品的孔径密度较高，如海绵板材生产要求平板硫化机长与宽是产品的1.5倍。当海绵在规定时间启模时，海绵受气体压力，会膨胀跳出模柜，膨胀到原来模柜体积的1~2倍，而后开始收缩。如果膨胀受阻，则海绵表面会出现痕迹，并发生变形，所以应根据产品尺寸选择大小适宜的平板硫化机。此方法生产最好采用蒸汽硫化，蒸汽的温度曲线比较平稳，用此方法生产的海绵板材厚度不能超过40毫米，否则产品不稳定。如果硫化发泡后海绵中间部位隆起、起大泡，说明欠硫，应延长硫化时间；如果起模后开始炸裂，说明可塑度不够，应提高可塑度，多薄通几次就可解决。
    （3）充模法
3 m* X5 b' n" W) B7 H' D    此方法适用于各种几何形状的海绵制品。对胶料的称量要准确，半成品的成型要细致，处表面平整，接头处粘接良好，宜用冷模或温模进入平板硫化机。硫化后模型置入冷水中冷却。而后再聚出产品。在制造这类产品时，须把上、下模具固定好，以免硫化后海绵膨胀，顶开上、下模具，而得不到完整的产品。
, @+ _0 i! H6 s# T* Y- n5 ^5 O    （4）水溶法
0 O/ e# Z* O; y/ f    此方法适用于微孔电隔板多孔制品等。水溶硫化的优点是传热比蒸汽硫化高、硫化速度比较快，这都有利于均匀发泡。在制备一定几何形状的海绵制品时，有时需用模具。因为某些质地较轻的半成品，如不用模具，在硫化发孔后比重比水轻，产品会浮出水面，使产品的形状和规格不完整。采用此法硫化还要逐步升温。升温条件应根据产品、室温、数量的不同而有别。水溶法硫化的海绵均为开孔结构。
, O, V) x  q. ], L2 u    6、收缩率的处理
0 E$ ?) @. O- w# B! P* i    橡胶海绵制品的收缩率高于一般橡胶制品，收缩范围在0~17%，除与胶种配方工艺制品规格有关外，还与硫化方法、硫化条件及孔径结构有很大关系。一般橡胶海绵硫化后1~2天收缩率最大，一星期后便趋于稳定。解决海绵制品收缩现象，可将产品放入沸水中煮沸一定时间，就可降低制品的收缩率。
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橡胶制品在市场上常用的有13000种类，如果您做过70%~80%就会感到乏味，再往前走没路了。您必需跨学科的去学习新的知识去研究橡胶。否则您就是从原点走到起点，不任您愿不愿意，技术永远在进步。感谢中国橡胶技术网为技术交流提供了很好的平台。
$ `/ \2 E! h( B6 Y( X3 [本文在1987年胶鞋工业里发表过、2006年中国橡胶17期。

luyufei001

学习了，。。。。。。。！辛苦了！

julun

谢谢楼主提供对我非常有价值的资料

haoweigang

谢谢楼主哈
小弟笑纳了
o(∩_∩)o...哈哈！

zjxj008

谢谢楼主了，好好学习，顶一个

西贝中华

楼主辛苦了，我想知道橡胶护膝的配方和生产工艺，可以告诉我吗？

ZLF1978

感谢楼群主！现在正用上，顺便请教一下：硬度要求在65度的EPDM海绵发泡配方设计要点，多多指教！

evajane

谢谢楼主分享！
/ ?! c* U& d4 D: S

caisenqun

先不加发孔剂,把试片硬度调到65度再加发孔剂生产注意乙丙胶的饱和度与加工性能交联剂dcp用量控制好应厂家不一枰纯度不一样我用2一2.8份祝你成功.

周宏君

感谢楼主的好资料