epdm橡膠發(fā)泡材料的研究現(xiàn)狀

epdm橡膠發(fā)泡材料的研究現(xiàn)狀

3-乙?；┧狨ィ╡pdm）的優(yōu)異耐候性可以作為傳統(tǒng)糊劑材料的替代品。EPDM橡膠發(fā)泡材料具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性能、良好的電絕緣性能、耐老化性能和防水性能。它既可廣泛用于對(duì)環(huán)境條件要求不高的體育用品、各類建筑和制冷、空調(diào)等行業(yè)中,也可廣泛用于對(duì)環(huán)境要求更高的汽車(chē)零部件、醫(yī)藥、軍工器械等領(lǐng)域。因此,對(duì)EPDM橡膠的發(fā)泡研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前,國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究主要集中在配方、工藝、機(jī)理和應(yīng)用方面。1聯(lián)合因素對(duì)epdm橡膠泡沫材料的影響影響EPDM發(fā)泡材料的結(jié)構(gòu)和性能的配方因素主要包含發(fā)泡配方體系、硫化配方體系及填料配方體系。1.1發(fā)泡劑與發(fā)泡劑的用量張軍等研究了發(fā)泡劑的品種和用量對(duì)EPDM發(fā)泡材料結(jié)構(gòu)與性能的影響,發(fā)現(xiàn)發(fā)泡劑AC、OBSH、H單獨(dú)使用或配合使用,發(fā)泡劑用量均存在最佳值,AC/OBSH復(fù)合體系制備的材料泡孔分散最均勻,表觀性能最佳。K.C.Guriya等研究了發(fā)泡劑的用量對(duì)材料泡孔數(shù)與平均孔徑和最大孔徑的影響,結(jié)果表明,隨著發(fā)泡劑用量的增加,膠料的硬度與相對(duì)密度等物理性能降低。牛杰等發(fā)現(xiàn)發(fā)泡劑用量為6~8份時(shí),EPDM發(fā)泡材料的回彈值出現(xiàn)極大值,產(chǎn)品外表光滑、手感細(xì)膩,彈性良好。雷衛(wèi)華等對(duì)比研究了AC/氧化鋅發(fā)泡體與H/硅油發(fā)泡體系的發(fā)泡速率,發(fā)現(xiàn)要獲得物理性能好的發(fā)泡材料不宜加入EVA。彭宗林等對(duì)比研究有機(jī)發(fā)泡劑(AC、H和OBSH)、無(wú)機(jī)發(fā)泡劑(碳酸氫鈉和碳酸氫銨)與發(fā)泡劑H在EPDM膠料中與空氣中的分解溫度,發(fā)現(xiàn)3類發(fā)泡劑各不相同。發(fā)泡劑H的用量在0~12份之間時(shí)能有效調(diào)節(jié)發(fā)泡體的密度和硬度,再增大用量,試樣在彈出模腔時(shí)會(huì)出現(xiàn)鼓泡翹曲現(xiàn)象,實(shí)用意義不大。石耀剛等發(fā)現(xiàn)發(fā)泡劑AC在EPDM膠料中的分解速率受硫化劑DCP用量、發(fā)泡劑AC用量、基體橡膠用量的影響;另外,成型溫度在160~167℃之間時(shí),分解速率隨溫度的升高而減小,超過(guò)167℃則隨溫度的升高而增大。劉秀奇等研究發(fā)現(xiàn)AC添加量為0~4份時(shí),復(fù)合材料的吸油率呈快速上升趨勢(shì);AC添加量為4~6份時(shí),材料吸油率仍在上升,但上升趨勢(shì)趨于平緩。陳曉松采用可膨脹微球發(fā)泡劑MSH-500制備EPDM海綿材料,當(dāng)發(fā)泡劑用量為3~6份時(shí),材料的物理性能下降不大,但用量超過(guò)7份時(shí),材料的拉伸性能明顯下降。林增坤等研究了PP/EPDM復(fù)合發(fā)泡材料,發(fā)現(xiàn)隨著復(fù)合發(fā)泡劑用量的增加,材料的拉伸強(qiáng)度逐漸下降,沖擊強(qiáng)度先逐漸提高后又逐漸下降。劉燦培等研究了EVA/EPDM發(fā)泡材料,發(fā)現(xiàn)當(dāng)偶氮二碳酰胺(ADC)為2.50份時(shí),耐熱收縮率和壓縮永久變形都為極小值,彈性處于極大值,ADC用量過(guò)多,材料內(nèi)部形成較多、較大的氣孔,ADC用量過(guò)少,物料發(fā)泡作用不正常,形變差。覃燕等研究了氯化聚乙烯/三元乙丙橡膠發(fā)泡體系,發(fā)現(xiàn)隨AC用量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度先增大后減小,拉斷伸長(zhǎng)率和密度一直降低;隨助發(fā)泡劑ZnO用量的增加,試樣拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均提高,而硬度和密度先下降后上升,當(dāng)ZnO用量為6~8份時(shí)可得到密度較低、性能較好的發(fā)泡制品。趙祺等通過(guò)研究硅橡膠/三元乙丙橡膠泡沫合金的發(fā)泡體系,發(fā)現(xiàn)發(fā)泡溫度應(yīng)選在150~180℃之間,169℃時(shí)分解速度最佳。陳文泉制備三元乙丙橡膠/聚丙烯化學(xué)發(fā)泡材料時(shí),發(fā)現(xiàn)隨著AC用量的增大,發(fā)泡材料的拉伸性能逐漸降低。當(dāng)AC用量為110份時(shí),單位面積泡孔數(shù)目達(dá)到最大,AC用量過(guò)多或過(guò)少,單位面積泡孔數(shù)目都會(huì)減少;隨AC用量的增加,發(fā)泡材料的泡孔尺寸分布變寬。1.2氧化物硫化體系雷衛(wèi)華等研究發(fā)現(xiàn)采用硫黃硫化體系時(shí),EPDM發(fā)泡材料形成以多硫鍵為主的交聯(lián)結(jié)構(gòu),其拉伸強(qiáng)度較大,但耐熱和耐老化性能略差;采用過(guò)氧化物硫化體系時(shí),發(fā)泡材料形成單一的碳-碳交聯(lián)鍵,耐熱和耐老化性能優(yōu)異,但壓縮永久變形小,并發(fā)現(xiàn)硫化活性劑具有提高泡沫材料力學(xué)性能的作用。牛杰等采用硫黃和過(guò)氧化物并用硫化體系,既保證了發(fā)泡材料的耐熱性和耐老化性,又沒(méi)有降低其物理性能。趙志正通過(guò)調(diào)整有機(jī)過(guò)氧化物的交聯(lián)速度,制得發(fā)泡倍率高的EPDM海綿制品。Azevedo研究發(fā)現(xiàn)交聯(lián)度對(duì)EPDM/EVA發(fā)泡材料性能的影響程度極大。1.3確保發(fā)泡材料的確保EPDM屬于非自補(bǔ)強(qiáng)性橡膠,需要加入填充補(bǔ)強(qiáng)劑才能具有較好的綜合性能。MahapatraSP等通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論,填充量提高,硫化速率減慢,發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體易逸散,泡孔孔徑增大。覃燕等的研究表明,添加碳酸鈣和納米碳酸鈣均可制得泡孔均勻、力學(xué)性能優(yōu)良的發(fā)泡材料;碳酸鈣用量為20~30份、DOP用量為20份時(shí),發(fā)泡材料硫化速率和發(fā)泡劑分解速率匹配較好,密度小,發(fā)泡倍率高,力學(xué)性能好;DOP/石蠟油并用且隨石蠟油用量的增加,發(fā)泡材料發(fā)泡倍率提高,密度減小。2發(fā)泡工藝研究WangC.S.采用偶二甲酰胺對(duì)EPDM發(fā)泡,發(fā)現(xiàn)可通過(guò)控制發(fā)泡劑添加量、發(fā)泡時(shí)間與溫度控制材料的泡孔密度、尺寸和皮層厚度。ElLawindy制備EPDM和NBR復(fù)合材料時(shí)發(fā)現(xiàn)偶氮甲酰胺(ADC/K)發(fā)泡劑的濃度和溫度變化影響所有的機(jī)械參數(shù),并且介電常數(shù)會(huì)隨發(fā)泡劑含量的增加而降低。劉江偉等用電子加速器輻照工藝對(duì)EPDM進(jìn)行輻射預(yù)硫化處理,發(fā)現(xiàn)敏化劑TMA對(duì)三元乙丙橡膠有較好的敏化效果;在輻射吸收5~15kGy劑量范圍內(nèi),發(fā)泡材料的閉孔性變好,力學(xué)性能也提高。謝續(xù)兵等采用輻射硫化工藝使三元乙丙橡膠硫化與發(fā)泡分步進(jìn)行,避免了傳統(tǒng)發(fā)泡過(guò)程中硫化速率與發(fā)泡速率難以匹配的問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)發(fā)泡溫度為175℃、發(fā)泡時(shí)間為4min、吸收劑量為20kGy及發(fā)泡劑用量為6份時(shí),三元乙丙橡膠泡沫的泡孔比較均勻,力學(xué)性能良好。MagdyM.Senna研究發(fā)現(xiàn)采用電子束輻照工藝有利于增加EPDM/LDPE發(fā)泡材料中泡孔的密度,同時(shí)力學(xué)性能與熱學(xué)性能提高。陳文泉等采用單螺桿擠出機(jī)制備發(fā)泡EPDM/PP熱塑性硫化膠,發(fā)現(xiàn)EPDM/PPTPV充分塑化熔融及順利擠出時(shí),較低的擠出溫度和機(jī)頭溫度有利于制備密度低、泡孔尺寸小且分布均勻、表面光潔度高的發(fā)泡材料。翟俊學(xué)等發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)混煉工藝后,膠料的預(yù)成型形狀和填充量不僅影響硫化時(shí)間、發(fā)泡壓力等工藝性能,對(duì)發(fā)泡橡膠的泡孔尺寸、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能也具有顯著的影響。楊金才等發(fā)現(xiàn)在含有發(fā)泡劑的情況下,LDPE/EP-DM共混發(fā)泡材料熔體剪切速率對(duì)熔體流動(dòng)行為及粘度溫度敏感性有影響;另外,發(fā)泡時(shí)間太短,硫化劑、發(fā)泡劑分解不完全,易導(dǎo)致交聯(lián)度低、發(fā)泡劑發(fā)氣量小、泡體密度大、外觀凹凸不平;發(fā)泡時(shí)間太長(zhǎng),易造成泡體中已產(chǎn)生的泡孔破裂、坍塌、締合,特別是泡體表面會(huì)出現(xiàn)很多龜裂。彭宗林討論了二次硫化工藝對(duì)EPDM模壓發(fā)泡的影響,在一次硫化12~16min,使硫化程度達(dá)到50%后,進(jìn)行二次硫化15~30min,發(fā)泡制品的線性收縮率降低,尺寸穩(wěn)定性提高。HaberstrohE.研究了物理注射發(fā)泡EPDM/NBR材料,發(fā)現(xiàn)容腔體積、注射膠體溫度、注射速度等工藝參數(shù)對(duì)泡孔密度和尺寸影響較大。杜娟采用物理發(fā)泡注壓法工藝只通過(guò)一個(gè)生產(chǎn)步驟就把原料加工成產(chǎn)品。Young-WookChang等采用物理發(fā)泡法制備出微小泡孔的EPDM/納米蒙脫土發(fā)泡共混材料。EdmundHaberstroh以EPDM混煉膠料在實(shí)驗(yàn)室擠出生產(chǎn)線上用物理發(fā)泡劑熱空氣硫化進(jìn)行試驗(yàn),揭示了工藝參數(shù)對(duì)發(fā)泡行為的影響。BiqinWang發(fā)現(xiàn)調(diào)整動(dòng)態(tài)擠出工藝參數(shù)可得到EPDM發(fā)泡材料,增加硫化劑含量會(huì)提高材料的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能模量、熔體粘度等參數(shù)。3可選用的m發(fā)泡材料Wang.B.Q.等提出,若橡膠交聯(lián)的起始時(shí)間早于發(fā)泡劑分解的起始時(shí)間,同時(shí)其結(jié)束時(shí)間晚于發(fā)泡劑分解的結(jié)束時(shí)間,能較成功地制得EPDM發(fā)泡材料。這種匹配具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)在發(fā)泡劑開(kāi)始分解前,橡膠即交聯(lián)到一定程度,可使泡孔壁具有足夠的模量抵御發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣壓,限制氣體逸出;(2)發(fā)泡劑完全分解后交聯(lián)過(guò)程還在持續(xù),可使泡孔穩(wěn)定,避免泡沫的塌陷及終產(chǎn)品的收縮。吳其曄等采用硫化發(fā)泡儀研究EPDM發(fā)泡過(guò)程中硫化速度與發(fā)泡劑分解速度的匹配問(wèn)題,發(fā)現(xiàn)當(dāng)試樣的硫化曲線與發(fā)泡劑分解速度曲線走勢(shì)相同時(shí)兩者匹配良好,發(fā)泡制品力學(xué)性能優(yōu)良。4可擴(kuò)散系數(shù)的發(fā)泡劑和體體國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者一般認(rèn)為,泡孔的生成分為氣泡核的形成、氣泡的增長(zhǎng)和泡孔的穩(wěn)定3個(gè)階段。Hacoard.R.H.提出的分子架理論認(rèn)為,不同的聚合物具有不同的分子架構(gòu),允許發(fā)泡劑滲入,從而在適當(dāng)?shù)臈l件下成長(zhǎng)為氣泡。Ringra.A.和Wright.H.A.通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)此理論進(jìn)行了論證。被更廣泛接受的熱點(diǎn)成核理論認(rèn)為,橡膠基體材料中的發(fā)泡劑在熱作用下開(kāi)始分解產(chǎn)生氣體,當(dāng)溶解的氣體量超過(guò)其溶解度時(shí),熔體中存在的過(guò)飽和氣體易從熱點(diǎn)處離析出來(lái),進(jìn)一步形成氣泡核。由于氣體與聚合物熔體中存在包括質(zhì)量、動(dòng)量和熱量在內(nèi)的復(fù)雜傳遞過(guò)程,對(duì)氣泡生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行精確描述十分困難。Han.C.D等學(xué)者在前人研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出能夠描述氣泡在具有粘彈性的聚合物熔體中增長(zhǎng)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,將影響氣泡膨脹的因素羅列為熔體的粘性、彈性、氣體擴(kuò)散系數(shù)、氣-液兩相界面張力、溫度和壓力等。泡沫形成過(guò)程中,體系的體積和表面積增大,氣泡壁的厚度變薄,致使泡孔不穩(wěn)定。已經(jīng)形成的氣泡可以繼續(xù)膨脹或相互合并,甚至出現(xiàn)坍塌和破裂,這一過(guò)程受氣體從熔體中的析出量、發(fā)泡劑的分解和氣化等因素影響。5epda發(fā)泡材料目前,橡膠發(fā)泡材料主要應(yīng)用于隔熱、隔音、包裝、減震等領(lǐng)域。發(fā)泡材料中的氣體相互隔離,對(duì)流傳熱少、隔熱能力高,因而常用作各種保溫隔熱襯墊。大多數(shù)泡沫材料與制備它們所用的固體材料具有基本相同的熱膨脹系數(shù),但泡沫材料的模量卻小得多,導(dǎo)致其溫度梯度產(chǎn)生的熱應(yīng)力較小,使發(fā)泡材料具有良好的抗熱震性。發(fā)泡材料中孔隙的存在改變了聲音的直線傳播,由于粘滯流動(dòng)而使其能量損失,具備吸收聲音的能力。發(fā)泡材料由于具有良好的聲音阻尼性能而廣泛應(yīng)用于降噪領(lǐng)域。發(fā)泡材料在壓縮過(guò)程中具有較寬的坍塌平臺(tái),在幾乎不變的應(yīng)力作用下,能夠經(jīng)歷很大的壓縮應(yīng)變,從而具有較高的能量吸收能力。發(fā)泡材料應(yīng)用于包裝領(lǐng)域,能夠通過(guò)吸收沖擊能量避免被保護(hù)的物品受到應(yīng)力損害。通過(guò)研究壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線,以吸能效率和理想?yún)?shù)作為主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),眾學(xué)者研究了EPDM發(fā)泡材料的壓縮形變和能力吸收特征:隨發(fā)泡材料密度的減小,其吸能效率最大值與理想?yún)?shù)最大值提高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,減震EPDM發(fā)泡橡膠制品在機(jī)械、運(yùn)輸、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。日本三井化學(xué)公司與鬼怒川橡膠公司通過(guò)將高相對(duì)分子質(zhì)量和低相對(duì)分子質(zhì)量的EPDM并用,開(kāi)發(fā)出同時(shí)具有卓越的耐熱性和低溫柔軟性的新型耐熱減震橡膠材料。LiTie對(duì)EPDM發(fā)泡材料減震性能的研究表明,降低發(fā)泡材料的密度,有助于降低其動(dòng)靜剛度比,提高其減震性能。6epda橡膠材料國(guó)內(nèi)外就EPDM及其共混橡膠發(fā)泡的研究已成為熱門(mén)課題,但到目前為止,制備和加工微孔發(fā)泡EPDM材料的相關(guān)研究還比較少,發(fā)泡E