epdm橡膠發泡材料的研究現狀

3-乙酰基丙烯酸酯（epdm）的優異耐候性可以作為傳統糊劑材料的替代品。EPDM橡膠發泡材料具有優異的化學穩定性能、良好的電絕緣性能、耐老化性能和防水性能。它既可廣泛用于對環境條件要求不高的體育用品、各類建筑和制冷、空調等行業中,也可廣泛用于對環境要求更高的汽車零部件、醫藥、軍工器械等領域。因此,對EPDM橡膠的發泡研究具有重要的現實意義。目前,國內外相關研究主要集中在配方、工藝、機理和應用方面。1聯合因素對epdm橡膠泡沫材料的影響影響EPDM發泡材料的結構和性能的配方因素主要包含發泡配方體系、硫化配方體系及填料配方體系。1.1發泡劑與發泡劑的用量張軍等研究了發泡劑的品種和用量對EPDM發泡材料結構與性能的影響,發現發泡劑AC、OBSH、H單獨使用或配合使用,發泡劑用量均存在最佳值,AC/OBSH復合體系制備的材料泡孔分散最均勻,表觀性能最佳。K.C.Guriya等研究了發泡劑的用量對材料泡孔數與平均孔徑和最大孔徑的影響,結果表明,隨著發泡劑用量的增加,膠料的硬度與相對密度等物理性能降低。牛杰等發現發泡劑用量為6~8份時,EPDM發泡材料的回彈值出現極大值,產品外表光滑、手感細膩,彈性良好。雷衛華等對比研究了AC/氧化鋅發泡體與H/硅油發泡體系的發泡速率,發現要獲得物理性能好的發泡材料不宜加入EVA。彭宗林等對比研究有機發泡劑(AC、H和OBSH)、無機發泡劑(碳酸氫鈉和碳酸氫銨)與發泡劑H在EPDM膠料中與空氣中的分解溫度,發現3類發泡劑各不相同。發泡劑H的用量在0~12份之間時能有效調節發泡體的密度和硬度,再增大用量,試樣在彈出模腔時會出現鼓泡翹曲現象,實用意義不大。石耀剛等發現發泡劑AC在EPDM膠料中的分解速率受硫化劑DCP用量、發泡劑AC用量、基體橡膠用量的影響;另外,成型溫度在160~167℃之間時,分解速率隨溫度的升高而減小,超過167℃則隨溫度的升高而增大。劉秀奇等研究發現AC添加量為0~4份時,復合材料的吸油率呈快速上升趨勢;AC添加量為4~6份時,材料吸油率仍在上升,但上升趨勢趨于平緩。陳曉松采用可膨脹微球發泡劑MSH-500制備EPDM海綿材料,當發泡劑用量為3~6份時,材料的物理性能下降不大,但用量超過7份時,材料的拉伸性能明顯下降。林增坤等研究了PP/EPDM復合發泡材料,發現隨著復合發泡劑用量的增加,材料的拉伸強度逐漸下降,沖擊強度先逐漸提高后又逐漸下降。劉燦培等研究了EVA/EPDM發泡材料,發現當偶氮二碳酰胺(ADC)為2.50份時,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用量過多,材料內部形成較多、較大的氣孔,ADC用量過少,物料發泡作用不正常,形變差。覃燕等研究了氯化聚乙烯/三元乙丙橡膠發泡體系,發現隨AC用量的增加,復合材料的拉伸強度先增大后減小,拉斷伸長率和密度一直降低;隨助發泡劑ZnO用量的增加,試樣拉伸強度和拉斷伸長率均提高,而硬度和密度先下降后上升,當ZnO用量為6~8份時可得到密度較低、性能較好的發泡制品。趙祺等通過研究硅橡膠/三元乙丙橡膠泡沫合金的發泡體系,發現發泡溫度應選在150~180℃之間,169℃時分解速度最佳。陳文泉制備三元乙丙橡膠/聚丙烯化學發泡材料時,發現隨著AC用量的增大,發泡材料的拉伸性能逐漸降低。當AC用量為110份時,單位面積泡孔數目達到最大,AC用量過多或過少,單位面積泡孔數目都會減少;隨AC用量的增加,發泡材料的泡孔尺寸分布變寬。1.2氧化物硫化體系雷衛華等研究發現采用硫黃硫化體系時,EPDM發泡材料形成以多硫鍵為主的交聯結構,其拉伸強度較大,但耐熱和耐老化性能略差;采用過氧化物硫化體系時,發泡材料形成單一的碳-碳交聯鍵,耐熱和耐老化性能優異,但壓縮永久變形小,并發現硫化活性劑具有提高泡沫材料力學性能的作用。牛杰等采用硫黃和過氧化物并用硫化體系,既保證了發泡材料的耐熱性和耐老化性,又沒有降低其物理性能。趙志正通過調整有機過氧化物的交聯速度,制得發泡倍率高的EPDM海綿制品。Azevedo研究發現交聯度對EPDM/EVA發泡材料性能的影響程度極大。1.3確保發泡材料的確保EPDM屬于非自補強性橡膠,需要加入填充補強劑才能具有較好的綜合性能。MahapatraSP等通過大量實驗得出結論,填充量提高,硫化速率減慢,發泡劑分解產生的氣體易逸散,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、力學性能優良的發泡材料;碳酸鈣用量為20~30份、DOP用量為20份時,發泡材料硫化速率和發泡劑分解速率匹配較好,密度小,發泡倍率高,力學性能好;DOP/石蠟油并用且隨石蠟油用量的增加,發泡材料發泡倍率提高,密度減小。2發泡工藝研究WangC.S.采用偶二甲酰胺對EPDM發泡,發現可通過控制發泡劑添加量、發泡時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復合材料時發現偶氮甲酰胺(ADC/K)發泡劑的濃度和溫度變化影響所有的機械參數,并且介電常數會隨發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EPDM進行輻射預硫化處理,發現敏化劑TMA對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,發泡材料的閉孔性變好,力學性能也提高。謝續兵等采用輻射硫化工藝使三元乙丙橡膠硫化與發泡分步進行,避免了傳統發泡過程中硫化速率與發泡速率難以匹配的問題。發現發泡溫度為175℃、發泡時間為4min、吸收劑量為20kGy及發泡劑用量為6份時,三元乙丙橡膠泡沫的泡孔比較均勻,力學性能良好。MagdyM.Senna研究發現采用電子束輻照工藝有利于增加EPDM/LDPE發泡材料中泡孔的密度,同時力學性能與熱學性能提高。陳文泉等采用單螺桿擠出機制備發泡EPDM/PP熱塑性硫化膠,發現EPDM/PPTPV充分塑化熔融及順利擠出時,較低的擠出溫度和機頭溫度有利于制備密度低、泡孔尺寸小且分布均勻、表面光潔度高的發泡材料。翟俊學等發現經過混煉工藝后,膠料的預成型形狀和填充量不僅影響硫化時間、發泡壓力等工藝性能,對發泡橡膠的泡孔尺寸、動態力學性能也具有顯著的影響。楊金才等發現在含有發泡劑的情況下,LDPE/EP-DM共混發泡材料熔體剪切速率對熔體流動行為及粘度溫度敏感性有影響;另外,發泡時間太短,硫化劑、發泡劑分解不完全,易導致交聯度低、發泡劑發氣量小、泡體密度大、外觀凹凸不平;發泡時間太長,易造成泡體中已產生的泡孔破裂、坍塌、締合,特別是泡體表面會出現很多龜裂。彭宗林討論了二次硫化工藝對EPDM模壓發泡的影響,在一次硫化12~16min,使硫化程度達到50%后,進行二次硫化15~30min,發泡制品的線性收縮率降低,尺寸穩定性提高。HaberstrohE.研究了物理注射發泡EPDM/NBR材料,發現容腔體積、注射膠體溫度、注射速度等工藝參數對泡孔密度和尺寸影響較大。杜娟采用物理發泡注壓法工藝只通過一個生產步驟就把原料加工成產品。Young-WookChang等采用物理發泡法制備出微小泡孔的EPDM/納米蒙脫土發泡共混材料。EdmundHaberstroh以EPDM混煉膠料在實驗室擠出生產線上用物理發泡劑熱空氣硫化進行試驗,揭示了工藝參數對發泡行為的影響。BiqinWang發現調整動態擠出工藝參數可得到EPDM發泡材料,增加硫化劑含量會提高材料的動態儲能模量、熔體粘度等參數。3可選用的m發泡材料Wang.B.Q.等提出,若橡膠交聯的起始時間早于發泡劑分解的起始時間,同時其結束時間晚于發泡劑分解的結束時間,能較成功地制得EPDM發泡材料。這種匹配具有兩個優點:(1)在發泡劑開始分解前,橡膠即交聯到一定程度,可使泡孔壁具有足夠的模量抵御發泡劑分解產生的氣壓,限制氣體逸出;(2)發泡劑完全分解后交聯過程還在持續,可使泡孔穩定,避免泡沫的塌陷及終產品的收縮。吳其曄等采用硫化發泡儀研究EPDM發泡過程中硫化速度與發泡劑分解速度的匹配問題,發現當試樣的硫化曲線與發泡劑分解速度曲線走勢相同時兩者匹配良好,發泡制品力學性能優良。4可擴散系數的發泡劑和體體國內外研究學者一般認為,泡孔的生成分為氣泡核的形成、氣泡的增長和泡孔的穩定3個階段。Hacoard.R.H.提出的分子架理論認為,不同的聚合物具有不同的分子架構,允許發泡劑滲入,從而在適當的條件下成長為氣泡。Ringra.A.和Wright.H.A.通過實驗對此理論進行了論證。被更廣泛接受的熱點成核理論認為,橡膠基體材料中的發泡劑在熱作用下開始分解產生氣體,當溶解的氣體量超過其溶解度時,熔體中存在的過飽和氣體易從熱點處離析出來,進一步形成氣泡核。由于氣體與聚合物熔體中存在包括質量、動量和熱量在內的復雜傳遞過程,對氣泡生長過程進行精確描述十分困難。Han.C.D等學者在前人研究的基礎上,通過實驗推導出能夠描述氣泡在具有粘彈性的聚合物熔體中增長過程的數學模型,將影響氣泡膨脹的因素羅列為熔體的粘性、彈性、氣體擴散系數、氣-液兩相界面張力、溫度和壓力等。泡沫形成過程中,體系的體積和表面積增大,氣泡壁的厚度變薄,致使泡孔不穩定。已經形成的氣泡可以繼續膨脹或相互合并,甚至出現坍塌和破裂,這一過程受氣體從熔體中的析出量、發泡劑的分解和氣化等因素影響。5epda發泡材料目前,橡膠發泡材料主要應用于隔熱、隔音、包裝、減震等領域。發泡材料中的氣體相互隔離,對流傳熱少、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,但泡沫材料的模量卻小得多,導致其溫度梯度產生的熱應力較小,使發泡材料具有良好的抗熱震性。發泡材料中孔隙的存在改變了聲音的直線傳播,由于粘滯流動而使其能量損失,具備吸收聲音的能力。發泡材料由于具有良好的聲音阻尼性能而廣泛應用于降噪領域。發泡材料在壓縮過程中具有較寬的坍塌平臺,在幾乎不變的應力作用下,能夠經歷很大的壓縮應變,從而具有較高的能量吸收能力。發泡材料應用于包裝領域,能夠通過吸收沖擊能量避免被保護的物品受到應力損害。通過研究壓縮應力-應變曲線,以吸能效率和理想參數作為主要評價標準,眾學者研究了EPDM發泡材料的壓縮形變和能力吸收特征:隨發泡材料密度的減小,其吸能效率最大值與理想參數最大值提高。隨著科學技術的發展,減震EPDM發泡橡膠制品在機械、運輸、建筑等領域的應用越來越廣泛。日本三井化學公司與鬼怒川橡膠公司通過將高相對分子質量和低相對分子質量的EPDM并用,開發出同時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EPDM發泡材料減震性能的研究表明,降低發泡材料的密度,有助于降低其動靜剛度比,提高其減震性能。6epda橡膠材料國內外就EPDM及其共混橡膠發泡的研究已成為熱門課題,但到目前為止,制備和加工微孔發泡EPDM材料的相關研究還比較少,發泡E