东莞市东鸿海绵制品厂

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    EPDM发泡海绵制品

    来源:   发布时间:2017-12-30   点击量:811

    由于橡胶海绵制品具有优异的缓冲、压缩、密封及隔音等性能,可将它作为缓冲、衬垫、隔热及防水、减震材料,在家电、汽车、建筑住宅等各种领域获得广泛的应用。特别是近年来随着其用途的多样化,人们迫切需要耐热性良好的橡胶类海绵制品。

    作为耐热性优异的橡胶类材料,可以列举的有硅橡胶、氟橡胶、EPDM橡胶等。特别是EPDM,具有优异的耐天候、耐溶剂性,并且价格比硅橡胶、氟橡胶低廉,故应用十分广泛。

    EPDM发泡海绵制品

    然而,为了对耐热性优良的EPDM橡胶海绵制品进行调整,作为交联剂来说,同常用的硫黄交联相比,能够提高耐热性的有机过氧化物交联颇受人们的欢迎。但是,由于有机过氧化物的交联反应比硫黄快,在交联进行到一定的程度后,会使发泡剂分解,因而就不能制得发泡倍率高的海绵制品。

    因此,作为成品,想要制得厚度为40mm左右的海绵制品,就必须将发泡前的胶片加工得厚实些,为了使这种胶片均匀发泡,必须使热量传递至内部,这样发泡时间变长,生产效率就低下。针对用有机过氧化物交联,还需要加入防焦剂,以便延迟交联,但收效甚微,且问题并未解决。

    为了解决上述问题,文中介绍了耐热性优良,发泡倍率高、能使交联及发泡时的预热时间缩短的EPDM胶料及其发泡体。

    文中采用的EPDM橡胶为含双环戊二烯的产品。有的EPDM橡胶可能含有52亚乙基222降冰片烯及其它多烯类单体,但该文中仅限涉及双环戊二烯。同步调整有机过氧化物的交联速度与有机发泡剂的发泡时间,就能制得发泡倍率高的海绵制品。对EPDM橡胶中双环戊二烯的含量虽然没有特别的限定,但从保持耐热性方面考虑,最好不要超过8质量百分数(通常在3质量百分数以上)。EPDM橡胶的门尼粘度ML1+4(100℃),从加热发泡以及加工工艺方面考虑合适为5~100,较好为10~70,若控制在20~45则最理想。

    文中用有机过氧化物作为交联剂,而它的品种没有特别的限制,例如,可以是二特丁基过氧化物,过氧化二异丙苯、αα,′2双(特丁基过氧化)2P2二异丙苯、2,52二甲基22,52二(特丁基过氧化)己烷、2,52二甲基22,52二(特丁基过氧化)己烷23及2,52二甲基22,52二(特2苯甲酰过氧化)己烷、二2特丁基过氧化23,3,52三甲基环己烷及特丁基过氧化氢等产品中的一种、二种或二种以上。使用半衰期在160℃以下至少1min的有机过氧化物最好。如果使用这种产品并和后述的有机发泡剂与助发泡剂配合,即能进行高效率的发泡。关于有机过氧化物的用量,可以根据所用橡胶的品种和发泡体的物理性能来确定之。通常是橡胶聚合物为100质量份,所用有机过氧化物为1~40质量份,最好是5~30质量份。

    此外,还可以将二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸乙二醇酯、三烯丙基异氰脲酸酯(TAlC)及三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、N,N′2间亚苯基双马来酰亚胺等合适的助交联剂进行并用。

    文中,对有机发泡剂的品种没有特别的限定,例如三氯一氟甲烷以及二氯一氟甲烷等氟化链烷烃;偶氮二异丁腈,偶氮二甲酰胺(ADCA)、偶氮二羧酸钡等偶氮类化合物;对甲苯磺酰肼及二苯砜23,3′2二磺酰肼、4,42氧联二(苯磺酰肼)、烯丙基二(苯磺酰肼)等酰肼类化合物;对甲苯磺酰氨基脲及4,4′2氧化二(苯磺酰氨基脲)等氨基脲类化合物;52吗啉基21,2,3,42噻三唑等三唑类化合物;N,N′2二亚硝基五亚甲基四胺及N,N′2二甲基2N,N′2二亚硝基对苯二甲酰胺等N2亚硝基类化合物等。可以单独使用这些发泡剂或将二种以上混合起来使用。

    EPDM发泡海绵制品图2

    这些有机发泡剂加热到特定的温度以上,就会释放出氮气及含氟气体。这时候,由于加热后的橡胶聚合物会软化,产生的氮气等气体就会发泡。为了进行有效地发泡,所选择的发泡剂要在橡胶聚合物中能释放出像氮气那样渗透性低的气体。与此相反,若在微型胶囊里装入低沸点的烃,释放出的烃类气体就很容易透过橡胶,在发泡过程中又很容易排放出去,不能进行高效率的发泡,该气体是不理想的。

    在上述发泡剂中,基于自然降解的安全性和无毒性等方面的因素,使用偶氮二甲酰胺(ADCA)是最合适的。

    发泡剂的用量应根据所用发泡剂的品种、发泡倍率、及发泡体的物理性能等因素决定。例如,在使用偶氮二甲酰胺(ADCA)的场合,以100份橡胶类聚合物为基准,其用量应为1~50质量份,最好是10~40质量份。

    为了降低偶氮二甲酰胺(ADCA)的分解温度,拟使用发泡助剂。文中涉及的发泡助剂有尿素类、水杨酸类、苯甲酸类等发泡助剂。从在下述条件下测定文中介绍的EPDM胶料。高度方向上的发泡倍率必须是3倍以上。

    (1)试样,12mm×100mm×100mm(高×宽×长)(2)发泡条件,120℃×20min,然后在160℃的热空气老化箱内停放30min。

    这里所说的高度方向上的发泡倍率,是相对于上述尺寸的板状试样在发泡以前的高度(12mm)而言,其发泡后最大高度值的倍率。高度方向上初始的发泡倍率如果不到3倍,但想要制得厚实的发泡制品,则发泡前的胶片不能太薄,而且需要一定的时间,才能使热量均匀地传递到内部,否则就不能达到提高生产效率的目的。其次,高度方向上发泡倍率的上限可以根据使用目的作出恰当的规定。通常是在6倍以下,最好是4.5倍以下。如果发泡倍率超过6倍,发泡体的密度会下降,绝热性、防震性、隔音性以及机械强度就难以满足要求。

    EPDM橡胶发泡体可以由含有双环戊二烯的EPDM橡胶与有机过氧化物、有机发泡剂等混炼而成。在无损于上述发泡特性的范围内,添加上述必备组分以外的材料也可以。防老剂最好使用22巯基苯并咪唑。通过添加22巯基苯并咪唑,可以起到防止由有机过氧化物引起的EPDM橡胶中的丙烯部分发生分解从而产生低分子量化的效果。其他防老剂,例如与2,2,4三甲基21,22二氢喹啉及4,42双(α,α2二甲基苄基)二苯胺等进行并用也可以。

    此外,为了对EPDM胶料的成型性进行调整,需使用软化剂(如氯化石蜡等的石蜡类及黄蜡类、环烷烃类、芳香类、沥青类、亚麻仁油等干性油类、动植物油类、石油类油、各种低分子量的聚合物类、邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、硬脂酸及其酯类、烷基磺酸酯类、增粘剂等)。加之,硬脂酸及其它酯类也可以作润滑剂使用,因此各种润滑剂也可以作为配合的组分。

    在上述胶料中根据需要可添加滑石粉、碳酸钙、碳酸镁、硅酸及其盐类、陶土、云母粉、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、皂土、炭黑、白炭黑、氧化铝、硅酸铝、乙炔炭黑、铝粉、氧化钙等填充剂。此外,还可加入增塑剂、抗氧化剂、颜料、着色剂、防霉剂等适宜的配合剂。另外还可把上述氧化钙作为吸湿剂、氧化锌作为稳定剂、炭黑作为补强剂等使用。因此,各种稳定剂、补强剂也是可以配合的组份。

    为了调节所制得的发泡制品的强度等性能,也可将1种或2种以上的非橡胶类聚合物进行配合。作为这类非橡胶类聚合物的实例,可以将聚(甲基)丙烯酸烷基酯一类的丙烯酸类聚合物及聚氯乙烯、聚乙烯、乙烯2醋酸乙烯酯共聚体、聚酰胺、聚醋酸乙烯、聚酯、氯化聚乙烯、聚氨酯类聚合物、聚苯乙烯类聚合物、硅酮类聚合物、环氧类树脂等配合进去。其使用量可从发泡制品的性质等方面考虑,一般是橡胶类聚合物的50%(质量)以下,最好为30%(质量)以下,特别是15%(质量)以下最合适。

    EPDM橡胶类发泡制品是对上述胶料进行加热交联并发泡后制成的。在成型过程中,可按照需要把胶料制成薄片等形状,也可以对该成型物进行加热处理后制成交联发泡制品。这时成型物可以采用适宜的方式成型为任意的形状,其形状无特别限制。经硫化发泡处理的半成品胶料,既可以用开炼机、压延机辊筒、本伯里密炼机、挤出成型等适宜的方式成型为胶板及其它形状,也可以通过一定的口型进行注射成型,以及用平板模压等合适的方式成型成凹凸形制品等。

    EPDM发泡海绵制品图3

    如果要成型带有凹凸状的发泡制品,可以将未交联胶片放置在具有凹凸状的模型上面进行加热,使未硫化胶流淌进该模型的凹凸部位进行交联发泡。这种加工方式具有这样的优点,即采用含有折叠结构,及深深的凹凸结构的复杂模型时,仍能保持凹凸形状的精度。

    因此,成型物的尺寸是可以任意的,根据所需交联发泡制品的形状决定。若是胶板其厚度可在100mm以下,较好为1mm~50mm,最好是3mm~30mm。上述交联发泡加工,系采用有机过氧化物的分解温度及有机发泡剂的发泡温度等,按照通常适宜的条件进行。通常交联发泡的温度在200℃以下,最好是140℃~180℃左右。依照这种交联发泡的惯例、在胶料软化,有机发泡剂分发泡制品的密度可根据其用途来决定。通常的橡胶发泡制品为0.2gPcm3以下。用这种发泡制品可制成柔软性(变形性)及压缩性优良的高精度密封材料。从其使用及密封性能等方面来看,密度应当为0.18gPcm3以下,最好是0.05gPcm3~0.16gPcm3、理想状况是0.08gPcm3~0.12gPcm3。总的发泡倍率可以通过有机发泡剂的配合量、交联发泡的处理时间和温度等因素进行有效控制。其次通过调节发泡倍率可对交联发泡的单体结构及连续结构或者两者并存的发泡结构进行控制。

    EPDM橡胶发泡制品,可以用于缓冲材料、气密防水等各种密封材料,绝热材料、隔音及阻尼减震材料。由于EPDM橡胶类发泡材料的耐热性良好,可以说使用于汽车发动机周围那样的高温环境中最为适宜。

    2、结果与讨论:

    以下根据实例进行说明,但不限于以下实例。

    实例1将含有双环戊二烯5%(质量)第三组分的EPDM(门尼粘度ML1+4(100℃)38、碘值12),(以下简称EPDM1)100质量份;有机过氧化物———过氧化二异丙苯(40质量分稀释品),(1min半衰期为171℃)10质量份;二叔丁基过氧化23,3,52三甲基环己酮(40质量分稀释品)(1min半衰期148℃)10质量份;有机发泡剂ADCA20质量份和下所示的其它添加剂用加压捏和机及开炼机混炼,加工成胶料,用挤出机挤出未交联的胶片,并将此胶片裁剪为高12mm×宽100mm×长100mm的试样。

    实例2采用含第三组份双环戊二烯3%(质量)的EPDM(门尼粘度ML1+4(100℃)55、碘值10)(以下简称EPDM2)100质量份,其他组份同实例1,制成试样。对照例1,橡胶类聚合物为含有52亚乙基222降冰片烯第三组分的EPDM(门尼粘度ML1+4(100℃)43,碘值12)(以下简称EPDM3),100质量份,其它按照实例1中的组份加工成试样。对照例2,橡胶类聚合物系采用不含有第三组份的EPR(二元乙丙橡胶)(门尼粘度ML1+4(100℃)38碘值0)100质量份,其它亦按照实例1中的组份制备成试样。

    对照例3,在对照例2的配方中再添加防焦剂二硫化四(2乙基己基)秋兰姆1质量份,制成试样。

    对由上述实例及对照例配方制得的高12mm×宽100mm×长100mm的试样进行发泡试验。

    发泡的高度与倍率,将制成的高12mm×宽100mm×长100mm的试样,于3天以内投入到120℃的热风烘箱放置20min,然后将烘箱温度调整到160℃再放置30min,使其进行交联和发泡。完毕后测定试样厚度方向上的高度(最大值),再根据与初始值之比求出高度方向上的发泡倍率。

    发泡体的密度,测定发泡制品发泡后的体积和质量,算出其密度。

    焦烧时间,用门尼粘度计测定140℃下的t5(从最低粘度起上升到5个单位时的时间)。

    3、结论:

    由此可见,在规定条件下对实例中的试样进行加热发泡,其高度方向上的发泡倍率在3倍以上。与此相反,在不含双环戊二稀的对照例1和2,以及加入防焦剂的对照例3中,未能实现高度方向上3倍以上的发泡倍率。


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