发泡硅橡胶制品特点

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硅橡胶海绵用于要求具有低温柔性、耐热性、耐UV、耐臭氧和良好电绝缘性能的场合。此外，海绵橡胶还具有轻量、阻尼和隔热的特点。现在市场竞争更加激烈，对产品的要求也更高，与密实橡胶材料相比，硅橡胶海绵由于其密度小，可以节省所用的材料，从而大幅降低生产成本。传统的硅橡胶材料海绵生产方法是在胶料中加入化学发泡剂，硫化过程中，高温下发泡剂分解，产生气泡，气泡被包裹在橡胶中形成海绵的孔。这些传统的发泡剂可能会产生毒性的副产物。
现已开发出了新型闭孔硅橡胶海绵技术，可以取代传统的用反应性化学发泡剂和挥发性有机材料(voc)作为发泡材料加工海绵的技术。新海绵技术采用水作为发泡剂来形成均匀的发孔海绵结构，其可用于与食品接触的场合。新技术海绵的性能特征是：
(1)回弹性好；
3 q6 A% l8 B1 {6 _/ P% t: i(2)压缩永久变形小；
(3)降低了海绵生产过程中环境控制问题；
(4)降低了对通风系统的要求；
(5)无不良气味；
(6)易模压和挤出；
: s# N) ]! E% F: P$ [(7)表面光滑、均匀；
1 g8 U  y3 h  `(8)可用于与食品接触的场合。
在胶料中加入添加剂或改性剂可增强海绵产品的性能。
本文介绍该技术的优点、产品的性能特点以及Silastic海绵对橡胶加工商和最终用户的益处。海绵橡胶可以是开孔的，也可以闭孔的。孔结构由开放区域连接形式(开孔)或分散的单个海绵孔的结构决定。利用发泡剂可将硅橡胶制成开孔结构，也可以制成闭孔结构。这此发泡剂受热后产生气泡而形成孔结构，同进也进行硫化反应使橡胶交联。
有人综述了微孔海绵的性能和成本优势。除密封压力低、形状一致、密度小、重量轻外，硅橡胶海绵的使用温度范围也很宽(9,-60℃ 到250℃下长期使用，短期可在400"C使用)。与其他橡胶海绵相比，其工作温度范围非常宽。传统上，硅橡胶海绵采用过氧化物硫化体系和发泡剂生产，其中发泡剂会释放一些毒性副产物。在一些情况下，也可以生产食品级的硅橡胶海绵，但这些材料会存在工艺上的限制及差的性能，包括差的压缩永久变形和高的密度。
新技术硅橡胶海绵用铂硫化(加成硫化)，用水作发泡剂。这种新技术能产生均匀的孔结构，海绵无气味，产品表面均匀，且加工条件稳定。
6 {% p6 z. m. T, w, Q3 p" c& `1 应用
硅橡胶海绵用于许多场合。常用的领域有密封车箱的密封垫、办公设备(复印机、打印机和传真机)的胶辊。要求使用食品接触安全材料的消费品包括洗碗机和烘箱密封，带饭午餐盒密封。硅橡胶海绵用于以下场合：实心橡胶密封力或配合力过大而不能使用；海绵胶的密度低可以降低材料成本；需要隔热，海绵橡胶密封与不规则表面接触的地方，包括绝缘材料、海绵垫、海绵板、海绵密封、海绵胶辊和挤出海绵型材。
4 |& O2 ?" _$ i  `2 海绵技术
传统上，硅橡胶海绵是将化学发泡剂加入橡胶胶料中生产的。在橡胶硫化的加热过程中发泡剂分解，所释放出的气体(最常见的是氮气)在橡胶交联过程中形成泡孔。过氧化物硫化的高粘度硅橡胶海绵中常采用2，2-偶氮二异丁腈(AIBN)作为产生氮气的化学发泡剂。尽管从均匀性和孔尺寸上来看，由这种技术生成的海绵结构是令人满意的，但其主要缺点是会产生毒性、损害环境的副产物四甲基丁二腈。在橡胶加工业，人们已认识到这是一个使用硅橡胶海绵的重要限制因素，所以需要一种无毒的有利于环保的产品。也有一些低毒性的化学发泡剂。二亚硝基五亚甲基四胺(DNPT)和偶氮二甲酰胺(ADCA)是两种低毒性的发泡剂，但它们形成的孔结构较差，且海绵物理性能也不稳定。
& C; o2 I2 Z$ `最近，有一家制造商报道了一种用陶瓷或有机材料制成的空心纤维制造硅橡胶海绵的技术。还有一家制造商报道了用柔性微球形发孔结构的方法。但是，道康宁公司的海绵橡胶技术是以硅橡胶为基础。该新技术用水作为发泡剂，而不用化学化泡剂。另外，该体系采用了专有的硅橡胶技术，有助于水一汽气泡的形成，并最终形成规则的均匀孔结构。加热时，分散在硅橡胶基质中的水产生气泡，形成均匀的孔结构。
该新技术允许利用改变加工温度条件来获得理想的体积膨胀特征。图1示出了这一特征，可见，硫化／发泡温度从200℃ 上升到250℃ 导致密度及Asker硬度降低。
利用该新技术可以调节孔结构，达到不同的体积膨胀率。这样制造商就可以利用硫化／发泡温度来控制密度。图2(略)比较了新硅橡胶海绵技术和使用化学发泡剂的传统海绵技术。新技术海绵胶具有细分散的孔结构。
　　
$ D( Y# \5 ^+ J* f3 试验数据
新技术海绵胶料有3个组份，它们是HBES5000海绵基料，AMS-5000海绵硫化剂和AMS-5001海绵表面改性剂。生产厂可灵活选用该体系，可以用这三种材料自行混炼胶料，也可以直接从道康宁公司购买成品胶料。这3种材料可以单独使用，也可与其他硅橡胶配合使用，生产不同密度和不同压缩变形的海绵胶。这样，生产厂配方控制很简单，且加工灵活，可以生产满足不同用户要求的多种海绵产品。
现在多种工业规范用于控制和分类柔性海绵产品。本文中对这些新海绵材料进行了测试，并将数据与几种广泛使用的工业规范数据进行了比较，以证明该新体系具有满足海绵橡胶加工业常见的各种要求的灵活性。表1综列了可以评估这种新硅橡胶的海绵技术的工业规范。
表2详细列出了这种新技术海绵的测试结果，并与前面工业规范的项目进行了比较。表中列出了3种海绵胶配方。
4 [2 L$ A9 C! E+ r: E配方A是由三个体系组分配合而成；配方B是由三个体系组分和12．5份二甲基硅橡胶材料配合而成(邵尔A硬度为70)；配方C由三个体系组分和25份二甲基硅橡胶组成(邵尔A硬度为70)。
海绵试样挤出后在240℃下热硫化10min，之后再在200℃ 下进行二段硫化。结果表明，对配方进行简单调整就可使压缩变形达到规范中的目标值。另外，前面讨论了海绵密度随硫化／发泡温度的变化，试验表明，压缩变形也可由加工温度来调节。做到这一点是可能的，因为该新体系中所用的加成硫化体系可以在较宽的温度范围内对橡胶材料硫化。所以，通过简单的配方调整和工艺温度控制，制造商利用Silastic海绵体系可以满足多种海绵要求。硫化体系和水发泡剂都是无味的，所得海绵孔小且均匀，表面光滑不发粘。适当二段硫化后，新技术海绵可用于食品级和低压缩变形(25 和50 变形)的应用场合。
4 L1 f) @+ O- U1 @5 R9 A3 W/ V4 海绵加工
  t, m( x  g- m5 }9 u4．1 挤出
可以采用加工标准硅橡胶材料挤出产品的挤出和硫化设备来加工这种新技术海绵。在螺杆末端的胶料温度应为25℃ ～50。C，所以推荐采取适当的冷却。挤出口型形状应反映出硅橡胶材料海绵的线膨胀率，与固体材料相比，膨胀因子为1．45～ 1．65(视硫化条件，体积膨胀3．2～ 4．4倍)。
6 S# K6 ~; f% J% @* ~7 L对口型形状需进行调整，以补偿：
$ X* j! o7 d( O2 |+ }(1)固体材料的口型膨胀(图3)；
(2)角部面积，由于此处热传递快，其膨胀率较型材直线部分的小(口型上为凸面时挤出型材面为直面，见图4)。
% S8 q# H9 o9 S/ [9 P  u2 E& N# e挤出速度取决于型材的形状以及设备的加工能力(硫化通道的长度和热传递效率)。
! @% r2 J  _2 S( L) Q1 l6 b4．2 硫化
硫化温度主要取决于所使用的加热设备。新技术海绵的硫化温度应比传统化学发泡海绵的稍高一些。硫化温度越高则海绵的密度越低。硫化通道入口出的温度应高于210 C，这样才能加工出较好的海绵。最佳条件要根据型材的尺寸、形状、厚度及硫化烘箱的数量和长度来确定。
) l2 h& n, o. @4 l+ p- i, P4．3 模压海绵
将预成型好的胶坯放入模具，模具中要留有足够的空间使胶料膨胀，填满模具并获得良好的形状。一般由试验来测定能完全充满模腔的预成型胶量。所得模压海绵模件的密度受模具形状的影响。推荐模具温度为200℃ ～250℃ ，典型硫化时间为每mm 厚60s。
新技术海绵的加工优点有：可用模压和挤出工艺加工；加成硫化有利于环保；使用无毒发泡剂减少了对环境的污染及对员工的健康的损害。
5结论
新技术硅橡胶海绵中不使用化学发泡剂，所以不会产生有害的分解副产物。用水作为发泡剂，用假称硫化体系来硫化橡胶型材。海绵技术具有以下有时：
(1)用于与食品接触的场合；
(2)在加工过程中无异味；
(3)对加工通风要求不高；
(4)海绵孔结构细微且均匀；
(5)表面光滑不发粘；
! @% w: L, s4 j. g9 M" g(6)通过简单调整配方或加工温度就可以控制海绵特征。
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高温硫化硅橡胶简介
* ^& u8 {3 o% p- Y高温硫化硅橡胶是高分子量（分子量一般为40～80万）的聚有机硅氧烷（即生胶）加入补强填料和其它各种添加剂，采用有机过氧化物为硫化剂，经加压成型（模压、挤压、压延）或注射成型，并在高温下交链成橡皮。这种橡胶一般简称为硅橡胶。
9 F0 S) ^% ~/ [, w7 ]1 [! R高温硫化硅橡胶的硫化一般分为两个阶段进行，第一阶段是将硅生胶、补强剂、添加剂、硫化剂和结构控制剂进行混炼，然后将混炼料在金属模具中加压加热成型和硫化，其压力为50公斤／cm2左右，温度为120～130℃，时间为10～30分钟，第二阶段是将硅橡皮从模具中取出后，放人烘箱内，于200～250℃下烘数小时至24小时，使橡皮进一步硫化，同时使有机过氧化物分解挥发。
硅橡胶的补强填料是各种类型的白炭黑，它可使硫化胶的强度增加十倍。加入各种添加剂主要是降低胶的成本、改善胶料性能以及赋予硫化胶各种特殊性能如阻燃、导电等。交链剂是各种有机过氧化物，如过氧化苯甲酰，2,4-二氯过氧化苯甲酰，二枯基过氧化物，2,5- 二甲基-2,5-二特丁基过氧已烷等。结构控制剂是为了避免混炼胶料放置时间过长、产生"结构化"使胶料变硬，难以加工熟化而加入的，可采用甲基羟基硅油或二苯基二羟基硅烷作为结构控制剂。
硅橡胶主链上的侧基可以是甲基、乙基、乙烯基、苯基、三氟丙基等。最常用的是甲基, 也可引人其它基团以改善加工性能和其它性能。因此，根据侧基基团和胶料配方的不同，可以得到各种不同用途的硅橡胶，一般可分为下面几种类型：通用型（含甲基和乙烯基）、高温和低温型（含苯基、甲基和乙烯基）、低压缩永久变形（含甲基和乙烯基）、低收缩（去挥发份）和耐溶剂（氟硅橡胶）等。下面介绍几种重要类型的硅橡胶。
1．二甲基硅橡胶
二甲基硅橡胶是投入商业化生产最早的一种硅橡胶，可在-60～200℃范围内保持良好的弹性，耐老化性能好，有优异的电绝缘性能以及防潮、防震和生理惰性等特性。
二甲基硅橡胶主要用于织物涂覆，也可制成各种挤出及压延制品用于机电、航空、汽车及医疗等行业。但由于二甲基硅橡胶硫化活性低，用于制造厚制品时，硫化困难，内层易起泡且高温压缩永久变形大，故目前已被甲基乙烯基硅橡胶所取代。
2．甲基乙烯基硅橡胶
' y- q; {6 [5 U& L2 r' E由于硅橡胶大分子结构中引入少量乙烯基可大大改善硅橡胶的硫化加工性能，因此在目前应用的硅橡胶中，大多含有乙烯基。甲基乙烯基硅橡胶是最通用的一种硅橡胶，目前在国内外硅橡胶的生产中占主导地位。由于它在侧链上引入部份不饱和的乙烯基，使它的加工性能和物理机械性能均优于二个基硅橡胶。它除具有二甲基硅橡胶一般特性外,还具有较宽的使用温度范围，可在一60～260℃范围内保持良好弹性，它比二甲基硅橡胶容易硫化，具有较小的压缩永久变形，较好的耐溶剂的膨胀性和耐高压蒸汽的稳定性以及优良的耐寒性等，而且又因为采用活性较低的过氧化物进行硫化，从而减少了硫化时产生气泡及橡胶稳定性差的弱点。故一般用甲基乙烯基硅橡胶可制做厚度较大的制品。
! c0 q0 K0 v, Z& N6 X甲基乙烯基硅橡胶是硅橡胶中应用最广泛的品种，近年来不断涌现的各种高性能和特殊用途的硅橡胶，大都是以乙烯基硅橡胶为基础胶，例如高强度硅橡胶、低压缩永久变形硅橡胶、不需后硫化硅橡胶、耐热导电硅橡胶和医用硅橡胶等。甲基乙烯基硅橡胶在航空工业上，广泛用作垫圈、密封材料及易碎、防震部件的保护层；在电气工业中可作电子元件等高级绝缘材料，耐高温电位器的动态密封圈，地下长途通信装备的密封圈；在医学上，由于甲基乙烯基硅橡胶对人体的生理反应小、无毒，故用作外科整形、人造心脏瓣膜、血管等。
3．甲基苯基乙烯基硅橡胶
甲基苯基乙烯基硅橡胶是在甲基乙烯基硅橡胶的分子链中引入甲基苯基硅氧链节或二苯基硅氧链节而得的产品。
% r! M0 M- G6 ]) s+ [. O4 T在聚硅氧烷的侧基上引入苯基，由于破坏了二甲基硅氧烷结构的规整性，大大降低了聚合物的结晶温度，扩大了该聚合物材料的低温应用范围。因此，甲基苯基乙烯基硅橡胶除了具有甲基乙烯基硅橡胶所有的压缩永久变形小、使用温度范围宽、抗氧化、耐候、防震、防潮和良好的电气绝缘性能外，还具有卓越的耐低温、耐烧蚀和耐辐照等性能.这些性能随分子链中苯基含量的不同而有所变化， 一般来说，苯基含量（苯基与硅原子之比）在5～10％时称低苯基硅橡胶，它具有独特的耐寒性能， 在-70～-100℃仍能保持橡胶的弹性，是所有橡胶中低温性能最好的一种，加之它兼有甲基乙烯基硅橡胶的优点且成本不高，因此大有取代甲基乙烯基硅橡胶趋势。苯基含量20～40％时称中苯基硅橡胶，它具有卓越的耐燃特性，一旦着火可以自熄。苯基含量在40～50％时称高苯基硅橡胶，它具有优异的耐辐射性能,耐γ- 射线为1xI08 伦琴。一般说来，随着苯基含量的增加，硅橡胶分子链的刚性逐渐增大，硅橡胶的耐低温性能逐渐下降，但随着苯基含量的增加，提高了硫化胶的耐燃性和耐辐照性。
甲基苯基乙烯基硅橡胶是宇航工业、尖端技术和国民经济其它部门的重要材料之一，可供制做各种模压和挤出制品用作航空工业的耐寒橡胶和用于耐烧蚀、耐热老化或耐辐射部位的密封圈、垫、管材和棒材等。
4．氟硅橡胶
氟硅橡胶是指γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷。氟硅橡胶具有优良的耐化学物质、耐溶剂和耐润滑油性能,此种硅橡胶在非极性溶剂中的膨胀率小, 耐寒性及热稳定性好，抗着火性也好，故在飞机、火箭、导弹、宇宙飞行、石油化工中用作与燃料油和润滑油接触胶管、垫片、密封圈、燃料箱村里等，也可用于制造耐腐蚀的衣服、手套以及涂料、粘合剂等。
5．腈硅橡胶
% B1 A, ~6 m: ~由于聚合物分子侧链中含有β-腈乙基或γ- 腈丙基强极性基团，大大增加了分子链间作用力，提高了耐油、耐溶剂性能。同时，由于引入一定量的腈烷基，破坏了聚合物结构的规整性，也大大改善了耐寒性。腈烷基的类型及其含量，对性能影响很大，如含有7.5克分子％γ-腈丙基的硅橡胶，低温性能与低苯基硅橡胶相似（其玻璃化温度为-114.5℃），耐油性比苯基硅橡胶好。随γ-腈丙基含量增加至33～50克分子％，耐寒性降低，耐油性改善。用β-腈乙基代替γ-腈丙基能提高腈硅橡胶的耐热性，可耐250℃热空气老化。
腈硅橡胶的主要优点是耐油和耐浴剂的性能优异，可在-60～180℃的范围内保持弹性，因此，可做成耐油橡胶制品用于航空工业、汽车工业和石油工业上；也可作为高性能飞行器的环境密封剂及油箱密封剂，在-54℃至200℃以上能保持密封。腈硅橡胶可用普通设备进行加工。
* I0 t- O( e8 C7 Q& i& z6 u6．苯撑硅橡胶
苯撑硅橡胶的主要特点是具有优良的耐辐射性能，其耐辐射性能为通用的甲基乙烯基硅橡胶的10～15倍，为高苯基硅橡胶的5～10倍，因此，可用于宇航工业、原子能工业和核反应堆等作为耐高能辐射的电缆、护套、垫圈以及热收缩管等。
, g( w9 t1 A+ I5 M5 }5 r$ I7．乙基硅橡胶
在聚硅氧烷侧链上引入乙基制得的二乙基硅橡胶，其突出的性能是耐寒性特别好，耐寒性优于二甲基硅橡胶和一般的甲基乙烯基硅橡胶。乙基含量越高，耐寒性越好。但乙基的反应活性比甲基大，因此，随乙基含量越大，耐热性随之下降。作为低温使用的乙基硅橡胶，以在聚合物中含有二乙基硅氧链节为8克分子％为宜。乙基硅橡胶的使用温度一般为-70～200℃。
8．硅氮橡胶
# \4 K. a! G0 V" _" ]- w) R/ t硅氮橡胶的主要优点是具有卓越的热稳定性, 在430～480℃不分解，有的甚至能耐500℃以上的高温。硅氮橡胶的突出弱点是水解稳定性差，曾一度被认为没有发展前途。后来发现主链中引入环二硅氮烷的聚合物具有很好的热稳定性。用硅芳撑改性的含环二硅氮烷的弹性体，在空气中加热到425℃不失重，570℃时失重仅为10％，且具有较好的水解稳定性
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