很多人碰到橡胶密封件局部出气泡的情况,第一反应就觉得是发泡剂加少了,其实问题往往不在这,橡胶密封件本身对泡孔结构的均匀性要求就挺高的,泡孔太大、分布不均或者局部集中起泡,会直接影响密封件的压缩永久变形,回弹性和气密性也会跟着出问题,很多做配方的人员在调试过程中,第一反应就是多加些发泡剂用量,或者直接换个发泡剂品牌,最后出来的效果也经常不稳定。

这里存在一个大家常碰到的误区,一般人都会把发泡剂用量当成调节泡孔结构的唯一手段,反而忽略了发泡剂的分散状态,还有它的分解行为和硫化体系的匹配关系,就算OBSH发泡剂的添加量完全一致,要是分散不均匀的话,也会在胶料里形成局部浓度过高的区域,最后导致泡孔大小差很多,结构松垮,要是它的反应活性和硫化窗口不匹配的话,还会出现起泡时间早于或者晚于交联网络形成的情况,要么气泡直接破了,要么闭孔率达不到要求,通常情况下我们可以从分散性、反应活性和工艺窗口这几个方向,来排查密封件的发泡类问题。

分散均匀性本来就是泡孔能不能做细密的第一道关口,OBSH发泡剂在橡胶里的分散,本质上就是固体颗粒在粘弹性体系里的分布过程,粉体类的发泡剂要是直接往投料里加的话,很容易因为粒径分布宽,和生胶的极性差异大这类原因形成团聚体,这些团聚体要是在混炼环节没被充分打开的话,到了硫化温度下就会出现局部过量的大分解,生成大泡孔,而团聚体周边的区域还可能出现发泡不足的情况,最后形成密实和疏松交替的橘皮结构。针对这个环节,我们可以从两个方向入手改善,调整混炼工艺,延长小料混入之后的翻炼时间,提高初始混炼温度,或者多走几次薄通,都能帮粉体发泡剂在胶料里重新分布,不过要留意的是,混炼时间拖得太长,还可能引发焦烧的风险,也可以改用预分散母胶粒,把OBSH预先分散在聚合物载体里做成母胶粒,颗粒团在混炼初期就能快速打散,也缩短了粉体在胶料里的迁移距离,对于密封件这类对泡孔一致性要求比较高的制品来说,母胶粒形态通常比粉体更容易拿到稳定的效果,要是配方里同时加了活性氧化锌的话,还要留意它在硫化体系里的分散位置,活性氧化锌的粒径更细,比表面积也更大,和发泡剂颗粒在混炼的时候会存在竞争分散的关系,要是两者投料顺序不对,粒径更小的活性氧化锌可能先占满橡胶基质里的空位,间接影响到发泡剂的分散路径。

密封件发泡的另一个关键参数,就是发泡剂分解温度和硫化温度窗口的配合度,发泡剂分解要和硫化交联合拍才行,OBSH的分解行为有很明显的温度依赖性,只会在特定的温度区间里释放气体,要是它的分解温度明显低于硫化温度,气体在胶料交联程度还不足的时候就全释放完了,气泡很容易在后续的硫化过程中合并或者直接破裂,要是分解温度偏高,又可能等交联网络差不多成型了才开始发泡,导致气体没法充分膨胀,泡孔密度达不到要求。活性氧化锌在这个环节起到的作用很容易被大家忽略,它不只是硫化活性剂,也会影响胶料的早期交联速率,在加了OBSH的胶料里,活性氧化锌的用量和活性级别,会直接决定先交联后发泡还是先发泡后交联的先后顺序,不少生产现场碰到坯料表面起大泡,内部反而密实的情况,其中一个排查方向就是活性氧化锌的活性太高,导致表面先硫化形成硬壳,内部的气体没法均匀膨胀。把OBSH的分解温度曲线,硫化剂的交联速率和活性氧化锌的活性水平放在同一张时间轴上做判断,是密封件发泡配方调试的基本思路,脱离这个框架单独调整任意一项,都很容易按下葫芦浮起瓢。

密封件硫化后起泡?OBSH发泡剂的分散与活性匹配要重视-1

密封件生产过程里的工艺波动,会把配方里助剂体系的细微差异给放大,这就是我们常说的工艺窗口,也就是温度、时间与剪切条件的联动修正,硫化温度偏移,热板各个区域的温差,模压时间波动,都会在发泡剂的分解速率上体现出来。温度方面,模压温度偏高的时候,OBSH分解速度会变快,要是模具型腔压力不够,容易形成表面粗糙或者泡孔破裂的情况,温度偏低的话发泡又不充分,产品的尺寸收缩率会变大。时间方面,硫化时间不足的时候,发泡剂可能还没完全分解,脱模之后制品会继续发泡,导致尺寸不稳定,反过来时间太长的话,又可能让已经形成的气泡直接塌陷。剪切方面,注射或者传递成型工艺里,胶料经过喷嘴和流道的时候会承受很高的剪切速率,局部温度可能瞬间升高,对于粉体OBSH的体系来说,这种局部温升可能引发提前分解,生成流痕状的气泡线。碰到这类问题,调机的时候记录好实际模温,实际硫化时间和胶料流动状态,是判断问题归属的有效方法,不少密封件厂都反馈过,同一个配方在不同机台上做出来的效果差很多,主要原因就是不同设备的工艺窗口容错范围不一样。

橡胶密封件的应用场景很广,部分出口产品或者食品接触类的制品,对亚硝胺释放量有明确的要求,这就是环保合规视角下,无亚硝胺优势对助剂选型的影响,传统的发泡体系里,部分发泡剂分解之后会产生微量的亚硝胺类物质,而OBSH作为无亚硝胺发泡剂,在环保合规层面本身就有天然的优势,这也不意味着助剂选型就能随便简化,OBSH在实际应用的时候,还是要关注粒径分布,分解残留物对胶料气味的影响,还有它和硫化体系的协同性,密封件生产企业要是在这类发泡剂的使用上经验不多,建议先从粒径较细,批次稳定性好的产品入手,试验阶段同步跟踪硫化曲线的变化,能降低切换的成本。另外还要注意,OBSH发泡剂现货供应的批次稳定性,对连续生产过程中的配方一致性影响很明显,同一个配方在不同批次之间出现泡孔波动的话,先核对原材料批号和来料粒径的检测数据,再去调整配方参数,这个顺序最好不要颠倒。

密封件发泡的问题大多不是单一因素导致的,分散性、反应活性和工艺窗口三者互相影响,单纯调整发泡剂用量或者直接更换型号,往往只能暂时盖住表面的症状,这就是从配方调整到稳定生产的落地路径,更稳妥的方式是建立胶料-模具-工艺三要素的比对记录,先固定模具温度和时间,评估胶料本身的分散状态,再固定胶料配方,调整工艺条件去寻找窗口边界。对于批量连续生产的企业来说,预分散母胶粒形态的OBSH在批次稳定性上的优势,值得纳入评估范围,母胶粒在投料准确性,分散速度,称量便利性方面都有正向作用,能减少人为操作带来的变量。杜巴化学做OBSH发泡剂、活性氧化锌、预分散母胶粒等各类橡胶助剂的研发和供应,可以结合具体的配方和工艺要求提供助剂选型建议,需要获取针对性的助剂选型建议和配方优化方向的话,可以联系杜巴化学的技术团队。

密封件硫化后起泡?OBSH发泡剂的分散与活性匹配要重视-2