海绵橡胶配方设计及加工工艺

  胶料的可塑度与海绵橡胶的密度、孔眼结构及大小、起发倍率等有密切关系，料的威氏可塑度一般控制在 0.5 以上。因此要特别注意其生胶的塑炼，尤其是天然橡胶，应采用三段或者四段塑炼，薄通次数多达 40~60 次。

  配合剂分散要均匀，不得有结团现象，也不得混入杂质，否则会造成孔眼大小不均、鼓大泡现象。最好是先制成母胶，停放 1 天后过滤，然后再加入发泡剂和硫化剂。全部混炼好的胶料，至少要停放 2~7 天后使用，以利于配合剂的分散。

  培训制品内容：胶带（输送带、同步带、V带）、胶管（高低压管、矿用管、汽车类软管）、电缆电线（工程、民用）、密封条（发泡、复合、低气温）、鞋材（透明、抗湿滑）、密封杂件（油封、O-ring、乙丙、硅胶、氟胶等杂品模压）、橡胶辊（印刷、印染、工程、造纸）、橡胶体育制品（球类、跑道、橡皮筋）、减震（悬架、护套类）、工程橡胶（桥梁、建筑类支座）及汽车橡胶制品（汽车上的非轮胎类橡胶杂品剖析）等（赠送价值千元的10G橡胶资料优盘（数量有限，送完为止）+课程：原创实践橡胶制品配方设计及生产工艺（内部资料仅课件呈现，不外送））。

  海绵橡胶的孔眼类型同发泡剂分解的气体和橡胶的透过性相关，下表列出了几种橡胶的系数 。数值大者容易穿透胶膜散逸 ， 也就容易形成开孔， 而释出 N2者容易形成闭孔。

  选用的发泡剂发气量大、膨胀力大，胶料的门尼粘度又低，则易形成开孔结构的海绵橡胶。

  选择发泡剂时应该注意以下几个特征：①分解温度；②发气量；③分解吸 /放热量；④分解产物或者分解气体的异味、毒性等；⑤混炼时的分散性；⑥与生胶的相容性；⑦与硫化体系的匹配性；⑧对制品的污染性；⑨操作安全性；⑩贮存稳定性。

  发泡剂 H 对硫化过程的影响不大，当 H 的用量在 0~12 份时能有效调节发泡体的密度和硬度，若再增大 H 的用量， 试样在弹出模腔时会出现鼓泡翘曲现象。对 EPDM 海绵胶料，强弱不同的硫化体系对发泡剂 H 的分解速度和发气量几乎无影响 ，见下图。这为采用不同的硫化体系进行发泡提供了方便。

  在实际的加工温度下，发泡剂的分解无诱导期，发泡明显快于硫化，即在发泡剂分解接近完成后硫化才刚刚开始，硫化曲线见下图：

  发泡助剂的用量一般为发泡用量的 50%~100% ，使用发泡助剂时，要注意对硫化速率的影响。

  结合实际的发泡效果（ 如下表所示） ， 过弱或过强的硫化体系都利于得到高发泡率和外观优良的发泡材料。 最佳的配合是选择硫化诱导期与发泡剂完全分解时间相当的硫化体系 ，这一方面便于控制开始时的硫化程度， 另一方面有利于厚制品的均匀发泡 。 因此选用常规硫磺硫化体系，其发泡过程与硫化过程能良好匹配， 发泡效果好。

  发泡剂用量与发泡倍率的关系如下图表所示， OBSH 的发泡倍率基本不受用量影响，但 AC 则随用量的增加而增加。试验用发泡剂变量配方为：

  设计海绵橡胶硫化体系的原则是， 使胶料的硫化速度与发泡速度相匹配。 天然橡胶一般选用硫磺 -促进剂硫化体系，硫磺的用量为 1.5~3.0 份。促进剂采用 DM（或者 CZ）与 TMTD 、PZ、D、M 等并用。无论选择哪一个硫化体系，必须要使硫化速度与发泡速度相匹配，这是胶料能否发泡以及形成气孔状态好坏的关键。

  天然橡胶拖鞋海绵底配方中硫磺的用量可确定为 3~3.5 份，比一般天然橡胶制品配方中的硫磺用量高。增加硫磺用量可增加橡胶分子链间的交联键数量， 减弱长链分子的活动性， 有利于降低海绵橡胶的收缩率。

  当天然橡胶与顺丁橡胶并用时，随着顺丁橡胶比例的增加， 硫磺用量应相应减少，譬如掺用 25% 顺丁橡胶时，硫磺用量可确定为 2~2.5 份，此并用胶料中，硫磺用量过多会影响硫化胶的强伸性能和屈挠性能。

  促进剂的品种和用量决定了硫化速度与发泡速度的匹配情况。 较好的硫化状态是在胶料受热开始发泡阶段， 促进剂不显活性， 一经发泡促进剂迅速起作用， 以防止孔壁塌陷。一般情况下，可以使用促进剂DM 与 CZ 并用或 DM 与 M 并用。

  硬脂酸的使用对海绵橡胶是重要的。硬脂酸与氧化锌相配合，在橡胶中起硫化活性剂的作用，影响着硫化速度；硬脂酸本身又是发泡剂 H、AC 等的发泡助剂，影响着发泡过程；硬脂酸在海绵橡胶中有发散 硬脂酸在海绵橡胶中有发散气体的作用， 使海绵胶易于得到闭孔性的孔眼；硬脂酸还是良好的软化剂 .

  硬脂酸在一般橡胶制品配方中用量为 0.5~1.5 份，而在海绵胶料中通常使用量都较高，以使硫化后海绵制品的柔软性好，发泡均匀，但是硬脂酸用量过大会起副作用 硬脂酸用量过大会起副作用。为了获得理想的综合性能，用量以 3 份为宜。

  常压高温连续硫化的海绵胶料，通过无发泡剂的胶料的硫化仪曲线及有发泡剂的胶料的厚度与时间曲线的对照比较，控制海绵胶料在硫化仪的 t20 时开始发泡，在 t50 时基本发泡完毕，可减少海绵胶内部气孔连通、表面气孔及塌陷，而获得质优产品。

  就模压法生产海绵橡胶来说，有自由发泡法（ V 胶料 V 模腔）、膨胀发泡法（ V 胶料稍大于 V 模腔）、减压发泡法（ V 胶料 =V 模腔）。

  减压发泡法：V 胶料 =V 模腔。阳 模接触胶料表面加压加热一定时间后，减压升起至 V 模腔 2V 模腔1，胶料发泡充满模腔 2， 然后加压加热硫化， 这是制取尺寸稳定、表面光洁的开孔或者闭孔海绵制品的较好方法。。

  一般海绵橡胶胶料的可塑度较大，不易焦烧。但有时也加入适量的防焦剂，目的不是防止焦烧，而是调节发泡剂的分解速度和硫化速度，其用量一般为 0.1~0.5 份，最高时可达 1 份。

  海绵橡胶对填充剂的要求是密度小、分散好，不会使胶料硬化，能调节胶料的可塑度和流动性，以及有助于海绵的发泡。 一般地， 各种填充剂对发泡剂的分解温度和分解速度无影响， 但对于海绵橡胶的强度、耐久性等性能的改善、加工性能的改善、微孔结构的分布是否均匀以及成本等方面都是非常重要的。填充剂的分散性很重要，其粒子的均匀分散能促进孔坯的形成，关系到发泡的均匀性及制品的表面外观。分散好的填充剂有半补强炭黑、易混炭黑、轻质碳酸钙等。油膏可作为增容剂使用，兼有软化剂作用，但用量不宜过大。白炭黑、陶土、碳酸镁也可使用，但要注意分散性。最好采用几种填充剂并用，但用量不宜过大，否则会增大海绵橡胶的密度。

  白炭黑、陶土等填料，其密度大，不利于获取低密度制品，对 AC 、H 等发泡剂的吸附，必须从配方与混炼工艺上加以解决。

  EPDM 生胶强度差，故选用炭黑作补强剂，并在此基础上随着碳酸钙用量的加大，发泡率减小，密度增大、硬度增大。其中轻质碳酸钙的影响明显大于重质碳酸钙，当其用量达到 60 份后， EPDM 难于发泡，还会出现明显的鼓泡现象。 相对来说，重质碳酸钙用量以 20~50 份为宜。说明粒径较大的填料有利于 EPDM的模压发泡。

  补强性小的中粒子炭黑、半补强炭黑及快压出炉黑（挤出海绵胶用）的效果较好。补强性高的填充剂因会提高胶料黏度而不适宜， 硬质陶土和滑石粉关填充剂的效果较好。 操作油以与 EPDM 相容性好的石蜡油为宜。

  软化剂量可赋予生胶可塑性，由此来改善配合剂的分散性、混炼胶的加工性和成型性，还有调节海绵橡胶制品硬度的作用。

  对软化剂品种的选择和用量要适宜，并注意与橡胶的相容性和对发铴过程无不利影响。常用的软化剂有变压器油、机油、凡士林、环烷油、石蜡油、氧化石蜡、油膏和有机酯类等。要求发泡倍率大的海绵橡胶，一般最好选择软质胶料，软化剂配合量大。软化剂用量一般为 10~30 份。

  海绵橡胶是多孔结构，表面积大，与空气接触面积大，更易受氧的破坏而老化，所以对海绵配方中防老剂品种和用量应慎重选择。其选取用原则是既要有良好的防老效果，又对发泡无不利影响，用量比一般实心橡胶制品多。黑色海绵橡胶多用 D、4010 ；浅色海绵多用 2246 、MB、DOD 等。

  石蜡作为物理防老剂，在海绵制品中应用十分重要，通常海绵配方中石蜡用量比较大，随着石蜡用量的增加，海绵发泡比较均匀，弹性也较好。一般的橡胶制品石蜡用量为 0.5~1 份，海绵橡胶中用量可达 5份。但在海绵胶料中过多的石蜡会导致制品收缩率增大。

  海绵橡胶工艺条件范围很窄 ， 所以其工艺条件的控制往往比选用原材料更困难。

  天然橡胶必须塑炼，塑炼胶可塑度必须保持在威氏 0.56 以上，这主要基于以下几点考虑：

  制造海绵橡胶的技术关键就是混炼胶的熟化，即混炼后混炼胶的停放。通过熟化，可缓和混炼胶在加工过程中产生的残余变形，增进配合剂的溶解和迁移稳定性，使其物理性能、加工性能得到改善，对产品的尺寸稳定性、表皮光滑度、气泡均匀度都有很大影响。一般化条件为（ 20~30 ）℃ ×1d发上。熟化效果可以用配合剂分散是否均匀，混炼胶的永久变形是否消除和稳定来判断。通过配合特定的硫化促进剂二硫 通过配合特定的硫化促进剂二硫代四（2- 乙基己基） 秋兰姆， 可以省去混炼胶的熟化工序，也能制得相对密度稳定的海绵橡胶。

  海绵橡胶制造过程中最重要的工序之一就是想方设法提高发泡剂的分散均匀性。 可采用先加发泡剂的方法提高其分散性。。

  当使用平板硫化机制造海绵橡胶时，一般采用二段硫化法。一段硫化以发泡剂的分解为主要目的，一段硫化装胶量为模具容积的 105% ，经低温短时间 [（100~120 ）℃ ×（5~10 ） min] 硫化后，把制得的半硫化海绵胶装到二段硫化模具内，再高温长时间 [（120~160 ）℃ ×（10~15 ）min] 硫化，完成发泡过程。这样所得制品的尺寸与模具的一样。

  对 EPDM 海绵，可采用二次硫化方法。一次硫化温度升高，发泡体的密度减小，超过 160℃后密度减小的趋势不明显；温度较低时膨胀率小，泡孔细小，没有充分发挥发泡剂的作用。从综合性能来看，硫化温度以 150~160 ℃为宜，温度高虽然有利于提高发泡率，但硫化加快。制造厚制品时不利于控制硫化的均匀程度。随着时间的延长（即胶料的硫化程度增大） ，制品密度增大，这是因为随着硫化程度的加大，胶料的模量增大。在相同膨胀力作用下，其膨胀率必然减小。综合发泡效果，一次硫化时间以 12~16min 为宜，此时的硫化程度在 50% 左右。

  由于一次硫化发泡的泡体尚未完全硫化，且模压发泡是在橡胶已有一定硫化程度后开模膨胀的，泡壁受到拉伸作用，存在残余应力，导致泡体收缩，尺寸稳定性差，因此有必要进行二次硫化定型，经二次硫化后，尺寸稳定性明显提高， 15~30min 的硫化时间足以使制品定型。

  橡胶海绵的形状变化是硫化后的收缩，其原因为：外压作用于热膨胀气体，冷却后体积变小；橡胶外皮随热膨胀伸长，硫化结束或冷却后使之暂时定型，在常温下放置过程中会缓慢收缩。

  在特定的橡胶海绵制品制造过程中，被称为收缩处理的是一种将海绵橡胶制品于 70℃下长时间停放，使之充分收缩的方法。

  在一般情况下，独立气泡多，伸长大，且经高温硫化发泡制得的橡胶海绵产品的收缩率较大。

  也可采用室温条件下进行长时间停放。天然橡胶海绵制品，通常要停放 1 周左右。

  声明：本文由入驻搜狐公众平台的作者撰写，除搜狐官方账号外，观点仅代表作者本人，不代表搜狐立场。