不需化学发泡剂或V的硅海绵生产新技术 - 文章

不需化学发泡剂或V的硅海绵生产新技术

作者：Ronald Romanowski,Bradley A.Jones

硅海绵材料用于需要利用硅氧烷聚合物的一些优点（如低温弹性，耐热性，抗UV和臭氧性以及电绝缘性）的场合。另外，海绵橡胶还有重量轻、缓冲性能好、隔热等优点。海绵重量轻的特点决定了它所需的材料少，在今天竞争激烈、要求苛刻的市场中，硅海绵与人造橡胶相比能切实的降低成本。在橡胶中加入化学发泡剂可以生产出传统的硅海绵。在硫化时，热量可以使发泡剂分解，产生陷在橡胶中的气泡，这就构成了海绵的泡孔。这些传统的发泡剂能产生有毒的副产品。

新型的封闭泡孔硅海绵技术被用于代替传统的反应型化学发泡剂和挥发性有机化合物（VOC）的使用。这种新型的海绵生产技术采用水作为发泡剂，能够产生均匀的泡孔结构，它的性能优点包括：

◆ 有弹性；
◆ 低压缩形变；
◆ 消除了与海绵加工有关的环境因素；
◆ 减少排风系统的使用；
◆ 没有令人不快的气味；
◆ 容易成型与挤出；
◆ 光滑均匀的挤出表面；
◆ 可接受的食品接触应用；

这些海绵产品的性能可以通过添加剂和调节剂得到增强。本文将会讨论这种技术的优点、性质和性能，以及硅海绵橡胶对橡胶制品生产商和终端用户的潜在好处。

海绵橡胶可以是开孔结构，也可以是闭孔结构。泡孔的结构由开孔区域的连接（开孔结构）或海绵结构的分离个体性质（闭孔结构）所决定。通过加入发泡剂，硅海绵橡胶既可以做成开孔结构，也可做成闭孔结构。发泡剂在加热时产生气泡以产生泡孔结构，同时，硫化反应产生胶连结构。

除了较低的封闭压力、形状一致性和较低的密度与重量，硅海绵橡胶也具有增强的温度适应范围（长期使用-60℃~250℃，短期使用最高温度可达400℃），与有机橡胶海绵相比，这就提供了更宽的操作温度范围。传统上，使用过氧化物硫化和能产生有毒副产品的发泡剂来生产硅海绵。有些情况下，生产食物接触级别的硅海绵橡胶也是可能的，但是这些材料的处理过程会有限制，包括压缩形变和密度等性能也比较差。

新的硅海绵技术采用铂硫化和采用水做为发泡剂。这种新技术能够使硅海绵产生一致的泡孔结构，均匀的表面和稳定的加工性质，加工时也不会产生气味。

应用

硅海绵橡胶的应用比较广泛。比较常见的应用包括汽车密封部件中的垫圈，复印机、打印机、传真机中的胶辊。消费级使用要求具有食物接触安全性，包括洗碗机和烤箱的密封圈、午餐盒等。硅海绵橡胶尤其适用于固体橡胶会产生过高密封性和啮合力的场合，它较低的密度能降低总体成本，具有很好的隔热性。

海绵制造技术

传统上是通过向橡胶配方中加入化学发泡剂来生产硅海绵橡胶。橡胶硫化过程中的热量会使化学发泡剂分解，所产生的气体（最常见的是氮气）就能够造成泡孔，这个过程是与橡胶分子的交联同时进行的。用过氧化物硫化法生产高均匀性硅海绵橡胶时，2,2偶氮二异丁腈（AIBN）是常用的氮气化学发泡剂。用这种技术生产的硅海绵从均匀性和泡孔尺寸的角度看是令人满意的，但是这种技术的缺点是会产生有毒的副产品。这是硅海绵在橡胶制品业中应用的一个主要的限制因素，因而也就有了对无毒、无害产品的需求。

也有其他毒性稍小的化学发泡剂，如二亚硝基五次甲基四胺（DNPT）和偶氮二甲酰胺ADCA，但这种发泡剂可能会造成泡孔结构不良和物理性能不一致等后果。

最近，有生产商发布了利用基于陶瓷或有机材料的中空填充剂生产硅海绵的方法，另一家公司宣布用强性微球体来产生海绵结构。然而，道康宁公司的海绵橡胶生产技术是基于硅酮的。这项新的技术用水作为发泡剂，采用具有专利的硅酮技术使水变成气体进而产生规则均匀的泡孔结构。

这项新的硅海绵生产技术允许制作加工温度可以变化以达到理想的体积膨胀系数。如图1所示：硫化/绵化温度从200℃升高到250℃时，硅橡胶的比重和Asker硬度就会降低。

这种新型硅海绵技术的好处是能产生均匀一致的泡孔结构，后者可以变化以产生不同的体积膨胀。这就允许制品生产者能用硫化/绵化温度来控制比重。图2是新型硅海绵技术与采用化学发泡剂的传统技术的比较。新技术能产生均匀细小的泡孔结构。

新型的硅海绵技术不必再使用化学发泡剂，杜绝了潜在的有毒副产品的产生。因此，这种材料就没有什么特别的气味，加工过程中也就不需要太多的通风。

测试规范

这种新型的硅海绵包括三种成分：HB-ES 5000海绵基体，AMS-5000海绵硫化剂和AMS-5001海绵表面调节剂。制品生产者可以在这三种成分中再加入他们自己的或道康宁公司的添加剂。这三种原料可以单独使用，也可加入其他的硅基以产生不同密度和压缩变形的硅海绵。这为制品生产者提供了一种比较简单的配方控制和灵活的加工方法，这样就可以生产出一系列的硅海绵产品以满足不同的使用需要。

在控制和分类弹性泡孔橡胶产品有多种不同的工业规范。我们把这种新型硅海绵材料与几种广泛应用的工业规范进行了测试比较，以证明这种材料能够灵活地适应硅海绵制品业中不同需求的能力。表1为能够用于评估这种新硅海绵性能的工业规范。

海绵加工

挤出

用于常规硅海绵的挤出与硫化设备同样可用于这种新型的硅海绵橡胶。挤出螺杆的原料温度应该是25℃至50℃，因此建议进行适当的冷却处理。挤出模具的形状应该反映硅海棉橡胶的线性膨胀率，与固体材料相比膨胀因子应该在1.45～1.65(依硫化条件，体积增加因子为3.2～4.4)。

因此要调整模具的几何形状以补偿：
挤出速度依赖于截面的几何形状和设备的性能（硫化通道的长度和热传递的效率）。

固体材料的模具膨胀（图3）

因为迅速的热传递导致截面角部区域比直线区域膨胀的小
（图4为截面图中会变成直角的顶角形状）

硫化

硫化温度主要依赖于所用的加热设备。这种新型硅海绵的硫化温度应该比传统的使用化学发泡剂的海绵的硫化温度要高一些。硫化温度越高，密度就越低。优化条件的基础是截面的尺寸、形状、厚度和硫化炉的数量、长度等综合因素。

◆ 固体材料的模具膨胀（图3）； ◆ 因为迅速的热传递导致截面角部区域比直线区域膨胀的小（图4为截面图中会变成直角的顶角形状）。

海绵成型

模具中要插入一个预成型的型模，要为膨胀留下足够的空间以获得理想的形状。预成型的型模的重量一般通过试验来确定，以便确定为填满模具的最佳数量。硅海绵的密度受模具的几何形状的影响。建议模具温度为200～250℃，典型的硫化时间为60秒每毫米厚度。

这种新型硅海绵的加工优势在于能够在成型和挤出加工中使用，额外的硫化提供了对环境更有利的加工，无毒发泡剂的使用也降低了对环境和人员的危害。

结论

这种新型硅海绵技术消除了化学发泡剂的使用以及它们潜在的有毒副产品。它采用水作为发泡剂，并且采用额外的硫化过程。这种新技术的优点包括：

◆ 可以应用于食物接触；
◆ 在加工过程中没有难闻的气味；
◆ 降低了对加工通风的要求；
◆ 均匀细致独立的泡孔结构；
◆ 光滑的海绵表面；
◆ 通过简单的配方或加工温度的改变就能控制海绵的性能。

实验数据表明：弹性、压缩变形、密度和压缩形变等特点都允许制品生产商能够满足主要的工业规范的要求，并为生产商提供了良好的生产灵活性。(end)

(投稿) (2004-11-5，阅读5108次)

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