工艺与设备
杨静编译·泡沫橡胶制品挤出与注塑成型的新工艺
泡沫橡胶制品挤出与注塑成型
的新工艺
Edmund Haberstroh著，杨静 编译
(昊华工程有限公司信息中心，北京 100101)
摘要：自动门密封条的挤出是一项复杂的工艺。针对这一工艺过程对胶料的特性，提出了一种新的方法，以建立胶料性能与挤出过程期间的膨胀行为之间的相互关系。除了混炼胶性能外，也可确定试品几何形状和硫化温度。 介绍了以EPDM混炼胶料在实验室挤出生产线上用物理发泡剂热空气硫化进行的试验，显示了工艺参数对发泡行为的影响。最后提出了物理发泡。在注射段，胶料挟存着氮气或二氧化碳一起被送入注射成型机，为这一目的，已开发出专门的注射嘴。在成型工艺过程，可影响发泡密度和孔眼结构。
关键词：泡沫橡胶；发泡剂；注塑成型；测定方法
中图分类号：TQ336 文章编号：1009-797X(2009)05-0027-04文献标识码：B DOI：10.3969/J.ISSN.1009-797X.2009.05.006
橡胶制品的蜂窝结构使其拥有了一些有价值的特性，如非常低的密度，高绝缘能力和良好的压缩性。其应用范围包括建筑材料（隔音、密封），汽车组件（抗振动、密封），家庭物品（海绵、垫类），以及运动和休闲商品。
在制作发泡橡胶制品的过程中，橡胶化合物和一种气体发生了复杂的相互作用。在发泡过程的开始，气体溶解在聚合物中。然后在过饱和度和压力下降或温度上升时导致分离，并形成一个稳定的泡沫结构。
目前大多数的弹性泡沫材料在工业生产制作中，化学发泡剂被广为使用，能产生一种或多种气体从而带来泡沫的物质。这种效应通常是热量诱导发生。产生气体的途径是化学降解或者是发泡剂中不同物质之间的相互作用。
化学发泡剂必须在配制过程中添加，这就意味着在后续的过程中更改其用量是不可能的，这个剂量对最终产品的泡沫结构性能具有决定性影响。
某些特殊的液体可作为发泡剂在之后的
过程中添加进去，它们不是化学发泡剂，而被称为物理发泡剂，并具有如下优点：低成本、无毒性、无异味、不影响固化过程，有可能影响发泡过程的不同发泡剂浓度，并且有更大的可能性使密度减少。尽管具有这些可能，在橡胶工业中物理发泡剂的使用仍然是一 个例外。
1 对海绵橡胶混合物特性的一种新的
评定方法
今天使用的改性海绵橡胶混合物特性振荡剪切流变仪，将标定的能量吸收器连接到振荡测量腔对分解发泡剂在腔内产生的压力进行测定。对测量的正常压力解释允许对混合过程进行经验推测。按照这一程序，在进一步的过程中确定密度减少发生是不可能的。为了克服这一缺点，一个更好的表征海绵橡胶混合物的新测试方法在
作者简介：杨静（1971-），女，主要从事信息收集检索、分析研究和编译及企业管理工作。
收稿日期：2009-03-20
2009年 第35卷·27·
橡塑技术与装备
IKV Aachen大学研究所被开发出来。
CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
2 试验装置和测定程序
根据阿基米德定理，物体浮力FB完全浸入液体中,其体积是成比例的。比例系数等于产品流体的密度PF和重力g加速度的乘积：
FB(t)=V(t)gρF （1）通过图1所示的试验装置可以看出这种关
系是通过测量系统实现的。
图2 试品几何形状和测量程序
图1 连续记录海绵密度的装置
由于这样一个事实，用于测定浮力的测量值是一个重力值。重力相当于排出的介质mA的重力。由此得出：
V(t)=mAρF （2）我们用不同大小的平口量杯来测量试品（如图2）。在测试程序的开始，试品的高度和直径是一定的。此后试品固定在支架上并且降低线性单位。在试品接触固化介质之前，线性单位刻度停止并由控制装置控制。因此，静载的部分没有考虑到以后的测量。之后试品完全淹没到固化介质中并且刻度会记录排出液体的重量（见图2）。硫化钾和硝酸锂化合物经常被用作固化介质。在130 ℃时会溶化，加热到高于 250 ℃，因此一个宽的范围温度可以被用来研究。
为了容易实现测量数据，一个标准化的测量数据出现了。对于这一点，试品V(t)当前的容积跟它原先的容积Vo有了关系。相互值系数被定义为典型密度：
ρ（3）ρAA(t)AA图3 计量和典型图表
值和标准图表，尽管有不同的起始容积标准图表，但很容易地对比测量，可以直接读取固体试品的减少密度比例。
标准密度扩展速率Vexp的定义如下：
（4） vexp=3 实验结果
图4显示了典型密度在不同的硫化温度和时间的情况。很显然在固定的容积下，试品的最后密度随温度上升不断减小。
这一现象的原因是两个硫化反应和发泡剂的分解下引起。更高的温度和较低的体积/比表面积，试品加热速度就越快，这意味着热分解温度在固化速度下较低时就达到了。因此膨胀的阻抗很小，泡沫很容易形成。
连续密度分析允许对考虑热量和几何影响的海绵橡胶膨胀过程进行量化。密度的暂时增加对结果提供了简单的综合并排除了经验上的解释。与此相反的正常力测量的发泡过程不会
第35卷 第5期
图3给出了3个不同试品体积的比较测量
·28·
杨静编译·泡沫橡胶制品挤出与注塑成型的新工艺
必须要保证气体不会反向喂料口溢出。
实验室挤出生产线布置见图6。用环型断面制造简单的制品，密度减少率是可变的。泡沫
微孔优化，表面缺陷降到最低。
图4
密度取决于过程温度
在一个封闭腔内发生。从这个事实看来，这里介绍的连续密度分析确实是一个以过程为目的的测试方法。虽然其结果具有高度重复性，在试品表面形成小气泡还是一个问题。使用另一种固化介质可能是解决这些困难的途径。进一步调查需要显示是否如果有可能检测混合发泡过程的影响和膨胀速度与产生细胞结构的相关性。
图5
使用氮气挤压海绵橡胶型材
图6 实验室规模的挤出设备
5 使用物理发泡剂注射成型泡沫部件
4 分析使用物理发泡剂的海绵橡胶制品挤出过程
使用物理发泡剂如氮气或二氧化碳代替化学发泡剂使泡沫膨胀过程与固化过程分开提供了可能性，从而在控制这个相当复杂的过程中提供了更多的灵活性。同时，为即使在最后一步的挤出过程通过修改影响泡沫膨胀的工艺参数来影响泡沫结果提供了可能性。此外，物理发泡剂费用较低，且对环境也并不挑剔。
为了连续注入发泡剂，许多常规工作还需要做。下面对实验室挤出设备基本调查给以所述。
用于调查的材料是一种典型的生产海绵橡胶型材。所做的唯一改进是消除了化学发泡剂模拟数字转换器（ADC），它用来记录发泡过程。混合物基于三元乙丙橡胶聚合物和炭黑作为活性填料。白粉是无效纳入填料。用石蜡油作为增塑剂，硬度设置为65邵氏A。
将物理发泡剂注入橡胶化合物的这一原理如图5所示。螺杆是形成压力并且使胶料和气体双相混合均匀。在挤出机筒气体溶解在化合物中。这需要有足够的时间来完成这一过程。
在注射成型中使用物理发泡剂代替化学发泡剂的重点是对IKV的研究活动，因为它有许多优势：比化学发泡剂更高的发展潜力，无味无毒产品以及更低的价格。此外，在化合物的固化反应和必要的化学发泡剂反应之间无需调整。一个要解决的基本问题是如何在短时间内将橡胶混合物与气体相结合。
6 螺杆和机器喷嘴之间的气体注入嘴
图7和图8示出了专用注入液体喷嘴,它可以安装到常规注射装置上。由此喷嘴氮气和二氧化碳通过烧结金属零件的多孔表面渗透到橡胶混合物，这便是从螺杆到机器喷嘴的路径，然后进入模具。
在第一个步骤空腔尚未被完全填满时，混合物膨胀进而填补剩余的位置。气体施加压力的过程和压力的测量如图9所描述。在压力持续阶段对螺杆和压力的控制是必需的。如果不这样，就不会出现泡沫胞状结构。应当被提及的是在图10中一块简单的由丁腈橡胶制成的 6 mm厚的矩形胶片细胞结构沿流道出现有很明
2009年 第35卷·29
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橡塑技术与装备
CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
图7
试验装置
图10 沿流道的胞状结构（丁腈橡胶）
图8 液体注射喷嘴
图11
在发泡注射成型过程中使用注入混合器
图9
工艺流程及模具压力分布
显的差异。
图12 通过注入混合器的部分泡沫在成型混合器中
大的影响。填料量对泡沫结构的影响。按照面
7 使用液态硅橡胶静态混合器
为了解决气体混合物非均匀分布的问题，一项可替代上文提及的喷嘴的新的选择装置开发出来。它是基于被改进的具有将混合物与气体一体的静态混合器。图11显示了混合器在通过螺杆和机筒之前先通过供给和混合装置。这样做的好处是，有更多的时间解决过程气体并且更好的同质化气体混合物也变得更有可能。图12中给出了用这种技术在路由器中制造的泡沫细胞结构的例子。除了气体时间其他过程或材料的参数也对形成模压部件的泡沫结构有
很
积为3.5 cm2的泡沫细胞量,可见具有较高填料量的材料(LR 3003/70)会比较低填料量的材料(LR 3003/50)导致更小的细胞结构。除了已经提到的影响，其他参数对已经成型的泡沫结构也有影响。
密度降减40%；PN2 70 bar；Qwkz 180 ℃；Vin 30 mm/s；LR 3003/50。综上所述人们在进一步的研究中，对不同工艺过程和不同参数的影响将被研究出来从而以获得更广 泛共识。
(XS-03)
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工艺与设备
杨静编译·泡沫橡胶制品挤出与注塑成型的新工艺
泡沫橡胶制品挤出与注塑成型
的新工艺
Edmund Haberstroh著，杨静 编译
(昊华工程有限公司信息中心，北京 100101)
摘要：自动门密封条的挤出是一项复杂的工艺。针对这一工艺过程对胶料的特性，提出了一种新的方法，以建立胶料性能与挤出过程期间的膨胀行为之间的相互关系。除了混炼胶性能外，也可确定试品几何形状和硫化温度。 介绍了以EPDM混炼胶料在实验室挤出生产线上用物理发泡剂热空气硫化进行的试验，显示了工艺参数对发泡行为的影响。最后提出了物理发泡。在注射段，胶料挟存着氮气或二氧化碳一起被送入注射成型机，为这一目的，已开发出专门的注射嘴。在成型工艺过程，可影响发泡密度和孔眼结构。
关键词：泡沫橡胶；发泡剂；注塑成型；测定方法
中图分类号：TQ336 文章编号：1009-797X(2009)05-0027-04文献标识码：B DOI：10.3969/J.ISSN.1009-797X.2009.05.006
橡胶制品的蜂窝结构使其拥有了一些有价值的特性，如非常低的密度，高绝缘能力和良好的压缩性。其应用范围包括建筑材料（隔音、密封），汽车组件（抗振动、密封），家庭物品（海绵、垫类），以及运动和休闲商品。
在制作发泡橡胶制品的过程中，橡胶化合物和一种气体发生了复杂的相互作用。在发泡过程的开始，气体溶解在聚合物中。然后在过饱和度和压力下降或温度上升时导致分离，并形成一个稳定的泡沫结构。
目前大多数的弹性泡沫材料在工业生产制作中，化学发泡剂被广为使用，能产生一种或多种气体从而带来泡沫的物质。这种效应通常是热量诱导发生。产生气体的途径是化学降解或者是发泡剂中不同物质之间的相互作用。
化学发泡剂必须在配制过程中添加，这就意味着在后续的过程中更改其用量是不可能的，这个剂量对最终产品的泡沫结构性能具有决定性影响。
某些特殊的液体可作为发泡剂在之后的
过程中添加进去，它们不是化学发泡剂，而被称为物理发泡剂，并具有如下优点：低成本、无毒性、无异味、不影响固化过程，有可能影响发泡过程的不同发泡剂浓度，并且有更大的可能性使密度减少。尽管具有这些可能，在橡胶工业中物理发泡剂的使用仍然是一 个例外。
1 对海绵橡胶混合物特性的一种新的
评定方法
今天使用的改性海绵橡胶混合物特性振荡剪切流变仪，将标定的能量吸收器连接到振荡测量腔对分解发泡剂在腔内产生的压力进行测定。对测量的正常压力解释允许对混合过程进行经验推测。按照这一程序，在进一步的过程中确定密度减少发生是不可能的。为了克服这一缺点，一个更好的表征海绵橡胶混合物的新测试方法在
作者简介：杨静（1971-），女，主要从事信息收集检索、分析研究和编译及企业管理工作。
收稿日期：2009-03-20
2009年 第35卷·27·
橡塑技术与装备
IKV Aachen大学研究所被开发出来。
CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
2 试验装置和测定程序
根据阿基米德定理，物体浮力FB完全浸入液体中,其体积是成比例的。比例系数等于产品流体的密度PF和重力g加速度的乘积：
FB(t)=V(t)gρF （1）通过图1所示的试验装置可以看出这种关
系是通过测量系统实现的。
图2 试品几何形状和测量程序
图1 连续记录海绵密度的装置
由于这样一个事实，用于测定浮力的测量值是一个重力值。重力相当于排出的介质mA的重力。由此得出：
V(t)=mAρF （2）我们用不同大小的平口量杯来测量试品（如图2）。在测试程序的开始，试品的高度和直径是一定的。此后试品固定在支架上并且降低线性单位。在试品接触固化介质之前，线性单位刻度停止并由控制装置控制。因此，静载的部分没有考虑到以后的测量。之后试品完全淹没到固化介质中并且刻度会记录排出液体的重量（见图2）。硫化钾和硝酸锂化合物经常被用作固化介质。在130 ℃时会溶化，加热到高于 250 ℃，因此一个宽的范围温度可以被用来研究。
为了容易实现测量数据，一个标准化的测量数据出现了。对于这一点，试品V(t)当前的容积跟它原先的容积Vo有了关系。相互值系数被定义为典型密度：
ρ（3）ρAA(t)AA图3 计量和典型图表
值和标准图表，尽管有不同的起始容积标准图表，但很容易地对比测量，可以直接读取固体试品的减少密度比例。
标准密度扩展速率Vexp的定义如下：
（4） vexp=3 实验结果
图4显示了典型密度在不同的硫化温度和时间的情况。很显然在固定的容积下，试品的最后密度随温度上升不断减小。
这一现象的原因是两个硫化反应和发泡剂的分解下引起。更高的温度和较低的体积/比表面积，试品加热速度就越快，这意味着热分解温度在固化速度下较低时就达到了。因此膨胀的阻抗很小，泡沫很容易形成。
连续密度分析允许对考虑热量和几何影响的海绵橡胶膨胀过程进行量化。密度的暂时增加对结果提供了简单的综合并排除了经验上的解释。与此相反的正常力测量的发泡过程不会
第35卷 第5期
图3给出了3个不同试品体积的比较测量
·28·
杨静编译·泡沫橡胶制品挤出与注塑成型的新工艺
必须要保证气体不会反向喂料口溢出。
实验室挤出生产线布置见图6。用环型断面制造简单的制品，密度减少率是可变的。泡沫
微孔优化，表面缺陷降到最低。
图4
密度取决于过程温度
在一个封闭腔内发生。从这个事实看来，这里介绍的连续密度分析确实是一个以过程为目的的测试方法。虽然其结果具有高度重复性，在试品表面形成小气泡还是一个问题。使用另一种固化介质可能是解决这些困难的途径。进一步调查需要显示是否如果有可能检测混合发泡过程的影响和膨胀速度与产生细胞结构的相关性。
图5
使用氮气挤压海绵橡胶型材
图6 实验室规模的挤出设备
5 使用物理发泡剂注射成型泡沫部件
4 分析使用物理发泡剂的海绵橡胶制品挤出过程
使用物理发泡剂如氮气或二氧化碳代替化学发泡剂使泡沫膨胀过程与固化过程分开提供了可能性，从而在控制这个相当复杂的过程中提供了更多的灵活性。同时，为即使在最后一步的挤出过程通过修改影响泡沫膨胀的工艺参数来影响泡沫结果提供了可能性。此外，物理发泡剂费用较低，且对环境也并不挑剔。
为了连续注入发泡剂，许多常规工作还需要做。下面对实验室挤出设备基本调查给以所述。
用于调查的材料是一种典型的生产海绵橡胶型材。所做的唯一改进是消除了化学发泡剂模拟数字转换器（ADC），它用来记录发泡过程。混合物基于三元乙丙橡胶聚合物和炭黑作为活性填料。白粉是无效纳入填料。用石蜡油作为增塑剂，硬度设置为65邵氏A。
将物理发泡剂注入橡胶化合物的这一原理如图5所示。螺杆是形成压力并且使胶料和气体双相混合均匀。在挤出机筒气体溶解在化合物中。这需要有足够的时间来完成这一过程。
在注射成型中使用物理发泡剂代替化学发泡剂的重点是对IKV的研究活动，因为它有许多优势：比化学发泡剂更高的发展潜力，无味无毒产品以及更低的价格。此外，在化合物的固化反应和必要的化学发泡剂反应之间无需调整。一个要解决的基本问题是如何在短时间内将橡胶混合物与气体相结合。
6 螺杆和机器喷嘴之间的气体注入嘴
图7和图8示出了专用注入液体喷嘴,它可以安装到常规注射装置上。由此喷嘴氮气和二氧化碳通过烧结金属零件的多孔表面渗透到橡胶混合物，这便是从螺杆到机器喷嘴的路径，然后进入模具。
在第一个步骤空腔尚未被完全填满时，混合物膨胀进而填补剩余的位置。气体施加压力的过程和压力的测量如图9所描述。在压力持续阶段对螺杆和压力的控制是必需的。如果不这样，就不会出现泡沫胞状结构。应当被提及的是在图10中一块简单的由丁腈橡胶制成的 6 mm厚的矩形胶片细胞结构沿流道出现有很明
2009年 第35卷·29
·
橡塑技术与装备
CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
图7
试验装置
图10 沿流道的胞状结构（丁腈橡胶）
图8 液体注射喷嘴
图11
在发泡注射成型过程中使用注入混合器
图9
工艺流程及模具压力分布
显的差异。
图12 通过注入混合器的部分泡沫在成型混合器中
大的影响。填料量对泡沫结构的影响。按照面
7 使用液态硅橡胶静态混合器
为了解决气体混合物非均匀分布的问题，一项可替代上文提及的喷嘴的新的选择装置开发出来。它是基于被改进的具有将混合物与气体一体的静态混合器。图11显示了混合器在通过螺杆和机筒之前先通过供给和混合装置。这样做的好处是，有更多的时间解决过程气体并且更好的同质化气体混合物也变得更有可能。图12中给出了用这种技术在路由器中制造的泡沫细胞结构的例子。除了气体时间其他过程或材料的参数也对形成模压部件的泡沫结构有
很
积为3.5 cm2的泡沫细胞量,可见具有较高填料量的材料(LR 3003/70)会比较低填料量的材料(LR 3003/50)导致更小的细胞结构。除了已经提到的影响，其他参数对已经成型的泡沫结构也有影响。
密度降减40%；PN2 70 bar；Qwkz 180 ℃；Vin 30 mm/s；LR 3003/50。综上所述人们在进一步的研究中，对不同工艺过程和不同参数的影响将被研究出来从而以获得更广 泛共识。
(XS-03)
·30·第35卷 第5期