1、海绵橡胶配方设计,1、简 介,海绵橡胶：海绵状多孔结构的硫化橡胶，可由生橡胶中加起泡剂（如碳酸铵、尿素等）或上浓缩的胶乳经搅拌鼓入空气，再经硫化而成。,海绵橡胶按孔眼的结构可分为：开孔、闭孔和混合孔三种。质轻、柔软、有弹性、不易传热，具有防震、缓和冲击、绝热、隔音等作用。,1、简 介,广泛用于汽车、飞机、化学、日用品等工业，用作保温、隔音、防震材料，以及座垫、床垫、医疗机械、体育用品等。,1、简 介,1、简 介,制造海绵橡胶的要求：胶料应有足够的可塑度：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。,1、简 介,胶料应有足够的可塑度
2、：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 4060 次。,1、简 介,配合剂，尤其是发泡剂分散要均匀：配合剂要分散均匀，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。,配合剂，尤其是发泡剂分散要均匀：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 27 天后才能使用，以利于配合剂的分散。,发泡速率和硫化速率要相匹配：这是海绵橡胶生产中最为重要的技术。胶料的传热性要好，使内外泡孔均匀、硫化程度一致。发泡时胶料内部产生的压力要大于外部压力。,2、橡胶品种选择,海绵橡胶的孔眼类型与发泡剂分解的气
3、体和橡胶的透过性相关。,海绵橡胶按孔眼的结构可分为： 开孔、闭孔和混合孔三种。,气体在橡胶中的透过性系数,H2、O2和CO2的释放容易形成开孔，而N2的释出容易形成闭孔。透过性系数数值大者容易穿透胶膜逸出，也容易形成开孔。,3、发泡剂,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：分解温度发气量分解吸/放热量分解产物或者分解气体的异味、毒性等,混炼时的分散性与生胶的相容性与硫化体系的匹配性对制品的污染性操作安全及贮存稳定性,选择发泡剂时应该注意：,发泡剂种类：,碳酸氢钠：分解温度140，理论发气量270mL/g；碳酸氢铵：理论发气量85
4、0 mL/g,无机发泡剂：,无机发泡剂：分解温度低，在胶料尚未呈现硫化活性时即已开始发泡；发气量大，气体渗透性大，因此在发泡过程中孔腔尚未牢固的情况下即会遭到破坏，只能制造孔眼粗大的开孔结构海绵。,AC：偶氮二甲酰胺，分解温度200，它分解时放出N2、CO2和少量的NH3，理论发气量250mL/g；,发泡剂种类：,有机发泡剂：,独立气泡多，且泡孔呈细微状，从而使橡胶表面状况良好。发气量大，可获得高倍率的产品，发泡倍率随用量的增加而增加。,AC发泡剂特点：,胶料中的水分和停放时的潮气会延迟硫化速率，其结果是影响发泡倍率，因此必须防止胶料和配合剂受潮。热分解时会释放氨气，致使海绵收缩率大。,AC发
5、泡剂特点：,H： N,N-二亚硝基五亚甲基四胺，分解温度200，加热分解成氮气而致孔，理论发气量250mL/g，发气量大，鼓泡效率高；,有机发泡剂：,特点,与尿素并用，可生成有硫化促进作用的副产物六亚甲基四胺而加快硫化速率。热分解时释放氨，致使海绵收缩大。,特点,分解时会生成毒性大的甲醛和具有强烈异味的六亚甲基四胺。在胶料中的分散性不如AC。,OBSH： 4,4-氧代双苯磺酰肼，分解温度为230，会分解释放出N2，发气量125ml/g，分解产物为酸性物质，焦烧速率快，交联密度低。,有机发泡剂：,OBSH与 AC、H 相比，发气量少，发泡倍率低，用量再大也不能制得高发泡倍率的海绵橡胶。无污染性，
6、可制得白色海绵橡胶。有一定的吸湿性，分散性差。,有机发泡剂：,发泡剂倍率与发泡剂用量的关系,OBSH,AC、H,4、硫化体系的选择,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，这是胶料能否发泡以及形成气孔状态好坏的关键。,硫化速度与海绵结构,发泡先于硫化（焦烧前）,此时胶料尚未开始交联，黏度很低，气体容易跑掉，造成发泡不足和表面不光滑，容易形成不均匀的大孔及表皮非常薄的制品。,发泡先于硫化（焦烧后，热硫化前期）,胶料黏度仍较低，孔壁较弱，容易形成开孔，气泡不均匀，表面粗糙,硫化速度与海绵结构,发泡与硫化同时进行,胶料已经有足够的交联，黏度较高，孔壁较强，开孔、闭孔搭配较理想
7、，但实施困难,发泡后于硫化,交联过度，黏度太高，壁厚，易变成闭孔，发泡不足，严重时不能发泡，生产出的是厚表皮的小孔制品，硬度高、弹性低，表面粗糙,硫化速度与海绵结构,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。,硫化速度与海绵结构,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 0.10.5 份，最高时可达 1 份。,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。,4、硫化体
8、系的选择,利用天然橡胶制备拖鞋海绵底时，配方中硫磺的用量可确定为 33.5 份，比一般天然橡胶制品配方中的硫磺用量高。,4、硫化体系的选择,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 22.5 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。,4、硫化体系的选择,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
9、硫化速度；,4、硫化体系的选择,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 0.51.5 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，为了获得理想的综合性能，用量以 3 份为宜。,海绵橡胶对填充剂的要求：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。,5、填充体系的选择,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
10、结构的分布是否均匀以及成本等方面都是非常重要的。,5、填充体系的选择,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。,5、填充体系的选择,白炭黑、陶土等填料，其密度大，不利于获取低密度制品，且对 AC、H 等发泡剂有吸附作用，最好采用几种填充剂并用。,5、填充体系的选择,软化剂：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。,6、软化剂的选择,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硫化过程无不利影响。要求发泡倍率大的海绵橡胶，
11、一般最好选择软质胶料，软化剂配合量大，一般为 1030 份。,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。,6、软化剂的选择,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。,7、防护体系的选择,其选取用原则：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。,7、防护体系的选择,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
12、较好。,7、防护体系的选择,一般的橡胶制品石蜡用量为 0.51 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。,7、防护体系的选择,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。,8、海绵橡胶加工方法,1. 塑炼通过机械力、热、氧或加入某些化学物质等方式，使橡胶由强韧的高弹态转变为柔软的塑性态的过程。,8、海绵橡胶加工方法,1. 塑炼天然橡胶必须塑炼，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：,8、海绵橡胶加工方法,便于混炼，便于配合剂特别是发泡剂很好地分散，使发泡均匀；便于发泡；减少硫化胶收缩性。,8、海绵橡胶加
13、工方法,2. 混炼胶的熟化混炼：通过适当的加工将配合剂与生胶均匀混合在一起，制成质量均一的混合物，完成这一加工操作的工艺过程称为混炼。,8、海绵橡胶加工方法,2. 混炼胶的熟化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。,8、海绵橡胶加工方法,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。,一般熟化条件为（2030）1d 以上，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。,2. 混炼胶的熟化,通过配合特定的硫化促进剂二硫代四（2
14、-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。,2. 混炼胶的熟化,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。,3. 发泡剂的分散性,8、海绵橡胶加工方法,4. 硫化,从综合性能来看，硫化温度以 150160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。,随着硫化时间的延长（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。,8、海绵橡胶加工方法,4. 硫化,综合发泡效果，一次硫化时间以 1216min 为宜，此时的硫化程度
15、在 50%左右。,8、海绵橡胶加工方法,4. 硫化,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。,8、海绵橡胶加工方法,存在的残余应力，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，1530min 的硫化时间足以使制品定型。,8、海绵橡胶加工方法,如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（100120）（510）min硫化。,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（120160）（1015）min硫化，完成发泡过程，这样所得制品的尺寸与模具的一样。,8、海绵橡胶加工方法,将海绵橡胶制品于 70下长时间停放，使之充分收缩的方法，也可采用室温条件下进行长时间停放，通常要停放 1 周左右。,8、海绵橡胶加工方法,5. 收缩处理,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。,5. 收缩处理,8、海绵橡胶加工方法,
