摘要：用天然橡胶制备彩色发泡胶球,研究了发泡剂及发泡助剂、硫化体系、填充体系、混炼和硫化 工艺以及发泡工艺等对发泡胶球品质的影响。结果表明，发泡剂选用二亚硝基五亚甲基四胺与小苏打 和尿素脂肌并用体系可使胶球的泡孔细密均匀，气味很小；硫化体系采用临界温度较低的促进剂XI、 匸2及關与硫黄并用能使硫化程度与发泡速率很好地匹配；选择轻质碳酸钙和滑石粉作为填充体系、使 用门尼黏度为20~40的胶料及采用二段硫化工艺时所制备发泡胶球的泡孔细密、结构理想,发泡倍率 与国外胶乳发泡制品相当。

 

关键词：天然橡胶；发泡胶球；发泡倍率;发泡剂

 

中图分类号:1^ 332.1 +2 文献标志码：8 文章编号：1000 ^ 1255 ^2012〕04 -0312 -04

一定尺寸的发泡胶球主要应用于发电厂、矿 山、水泥厂和锅炉设备等的凝汽器铜管管道清洗 除垢领域,是提高管道运行效率的重要手段之一。 在线式凝汽器发泡胶球清洗系统已经成为发电厂 的标准配置,而胶球质量的好坏已成为该系统能 否正常运转的关键要素之一。发泡胶球一般分为 剥皮胶球和光胶球2种，剥皮胶球特别适用于各 种凝汽器铜管的清洗‘也是发电厂最常用的一种 胶球。发泡胶球通过天然胶乳添加发泡及特殊添 加剂等制备而成。剥皮胶球适用于各种胶球清洗 设备和水质；光胶球表面光滑，可经剥皮打磨后制 成剥皮胶球,一些发电厂在管道无较硬沉积时才 使用光胶球,一般其用于不锈钢管的清洗‘但对铜 管的使用效果不佳。目前国外一般是用胶乳或液 态橡胶发泡技术制备发泡胶球,而国内有关固态 橡胶发泡球的配方设计和制造技术的文献却不 多“。本工作选用弹性较好的天然橡胶〔笰， 通过对发泡剂、发泡助剂、硫化剂、硫化促进剂、发 泡工艺等的研究，研制出了与国外胶乳发泡制品 相当的彩色发泡胶球。

 

1试验部分

 

1.1原材料及仪器设备

 

原材料丰1#烟片胶’云南农垦供销公司 生产。发泡剂二亚硝基五亚甲基四胺〔0？1〕和尿

 

素脂81江苏雅克化工有限公司生产。白炭黑’ 南昌南吉化学工业公司生产。滑石粉‘辽宁海城 滑石粉厂生产。其他助剂均为市售工业品。

 

仪器设备 5〔X〕X - 160人型冷辊开炼机’ 广东湛江橡塑机械制造厂生产。關0& 2000型无 转子流变仪，美国人切“公司生产。双0 -拟-2000 ？型发泡橡胶无转子流变仪,东莞市创瑞工 业试验设备有限公司生产。35-17 6004型 橡胶门尼黏度仪，北京中西远大科技有限公司生 产。25 I平板硫化机,上海橡胶机械制造厂生产。 10 729 0型单盘电光分析天平’上海天平仪器厂 生产。小40球型模具，自制。 1.2试样制备

 

基础配方& 100份（质量’下同氧化锌 8份，硬脂酸3份，防老剂4份，发泡剂0？1 10份,小苏打6份,尿素脂81〈 8份,填充剂70份， 增塑剂40份,硫化促进剂1 5份,硫黄1.5份。

 

制备过程制备发泡胶球时的加料顺序依次 为&生胶（塑炼薄通）、助剂（氧化锌、防老剂、 硬脂酸〕、部分填充剂、发泡剂和着色剂〔与环烷

 

油混合〕、交替加入剩余的增塑剂和填充剂（白炭 黑、滑石粉、碳酸钙、环烷油、白油膏等）及促进剂 和硫黄,然后薄通下片’停放熟化。一段硫化：将 一定量的混炼胶放入小40球形模具中，合模并置 于110 ~120 V老化箱内硫化20 ~30爪仏；二段硫 化：将一段硫化后取出的模具置于140 ~ 160 V的 硫化机内硫化10 ~20⑷‰1.3分析与测试

 

按08/1 533 —2008测定未添加发泡剂时 硫化胶的密度’然后除以发泡胶球密度作为发 泡胶球的发泡倍率；按人拟0 1056—2007测 定发泡胶球的吸水率；门尼黏度按08/7 1232. 1 —2000测定；邵尔人硬度按08/1 531. 1 —2008测定；拉伸强度和扯断伸长率按 08/1 10654—2001 测定。

 

2结果与讨论

 

2.1发泡剂与发泡助剂

 

发泡剂按化学组成可分为无机发泡剂和有机 发泡剂。无机发泡剂发气量不稳定，除用以生产 如胶球等一类少量空心制品外,很少单独使用。 鉴于此‘本研究根据开孔泡、发泡倍率及发泡体物 理机械性能的要求选用有机发泡剂0？！其发泡 效率高‘发泡过程中产生的填充孔穴的氮气对橡 胶的渗透性小’可防止塌陷。加入硬脂酸可降低 0？1的分解温度,但会导致硫化速率慢且泡孔不 均匀,故加入无机发泡剂如小苏打‘并辅助以发泡 助剂尿素酯8仏可进一步降低发泡剂的分解温 度,并使硫化与发泡速率更好地匹配，同时可吸收 0？1分解的气味。发泡剂0？！的用量对发泡倍 率的影响结果见表1。国外同类产品的发泡倍率 为飞.5’吸水率为15. 5^，为求得与国外产品的性 能相当’综合考虑在配方中选用10份的0？1并 用8份的81〈和6份小苏打。

 

 

1 2硫化体系

 

硫化体系对于制备发泡胶球很重要。 发泡橡 胶加热硫化过程中同时发生发泡剂分解产生气体 和橡胶硫化交联2个过程‘发泡与交联的平衡是 制备发泡胶球的关键。必须控制硫化剂的临界分 解温度‘以使发泡气体在胶料黏度较低的时候气 体冲破泡壁,形成开孔结构’同时泡壁又能即时硫 化且具有一定的强度’以阻止气体膨胀过度而无 法限制制品尺寸。如果胶料来不及硫化’形成的 气泡就会破裂逸出，发泡压力降低’无法充满模 具。因此应选择硫化临界温度较低的硫化促进剂 组成有效的复合硫化促进体系。由表2可知，选 用硫化促进剂11丄2及關并用可以达到硫化与 发泡较好匹配的目的。

 

2.3填充体系

 

用充模法硫化6彩色发泡胶球时对胶料的 流动性有更高的要求0。填充剂主要影响胶料 的可塑性和流动性,一般用碳酸钙、滑石粉、陶土、 炭黑及白炭黑等有助于海绵的发孔过程，可降低 发泡胶球的收缩率。虽然填充剂对发泡剂分解温 度和硫化速率的影响很小,但若其分散均匀则可 促使泡孔均匀。白炭黑呈酸性’具有延迟硫化的 作用，仅可少量添加。综合考虑工艺和成本‘填充 剂宜选用分散性好、可大量填充的轻质碳酸钙 〔20 ~40份)和滑石粉〔20 ~40份)。 2.4增塑体系

 

加入增塑剂可明显降低&胶料的门尼黏 度,还可改善填充剂及其他配合剂的分散性及胶 料的加工与成型性能’从而制得发泡倍率较大的 发泡球’同时还能调节发泡球的硬度。选择与 &溶解度参数相近的环烷油和白油膏作为增塑

第4期

‘313 ‘

 

剂，其不易迁移到制品表面，同时具有良好的增塑 性。为使发泡的效率更高’通常将发泡剂和环烷 油以1/2的质量比混合搅拌成膏状,在混炼的中 期加入‘如此则制品的发泡气孔更加均匀，颜色一 致,手感较好。 2.5其他助剂

 

彩色制品宜采用不变色、不喷霜、易分散的防 老体系’以防老剂七4’-双〔礼^ - 二甲基苄基） 二苯胺、2 -硫醇基苯并噻唑与石蜡并用作为防老 体系可以取得良好的协同效应，即可抑制热氧和 天候老化，同时对金属的催化和氧化也有较强的 抑制作用0。该彩色发泡胶球可被制成红色、蓝 色、黄色或黑色‘着色剂在混炼中期与环烷油和发 泡剂混合搅拌均匀后加入。 2.6 混炼工艺

 

对&进行塑炼很有必要。通过塑炼可降低 生胶的门尼黏度和弹性,进而提高其可塑度，以减 小发泡时冲破泡壁的阻力0。因此先对&进行 15 ~20次的薄通塑炼‘将不易分散的配合剂先加 入进去‘使其门尼黏度降至20~40左右。&胶 料的门尼黏度对发泡微孔的尺寸有较大影响。由 图1可见,胶料门尼黏度为20 ~40时发泡微孔的 尺寸较为理想。

 

要制得密度稳定（尺寸稳定性好）的发泡橡 胶,最好将混炼胶置于室温下熟化1 3以上，且胶 料不能过炼,否则会因发黏而导致胶球表面出现 缺陷。

 

2.7硫化及发泡工艺

 

硫化发泡橡胶一般分为一段法和二段法2 种。一段法即加热加压后使之硫化发泡’去除压 力后即得海绵体。一段法易使所发的泡形成连孔 结构，但制品的物理机械性能较差’易变形’易收 缩，撕裂性差，表面粗糙0。为了克服这些缺陷 可采用二段硫化法。第1阶段进行胶料的硫化和 部分发泡,使制品预定型。具体步骤为先称取一 定量的混炼胶，放入模具中合模，温度控制在 110 ~ 120冗‘时间在20 ~ 30 乂。然后将半硫化 的胶料放入140 ~ 160冗的硫化机模具内继续硫 化10 ~20冗谰成发泡和硫化过程。两个硫化 阶段的时间间隔不宜超过20爪化。所制得的发泡 胶球为光胶球‘如果需要剥皮胶球，可用剥皮磨加 以打制。

 

二段硫化易形成表皮膜，制品的泡孔细致紧 密,撕裂强度高,但需注意投胶量对发泡胶球品质 的影响’采用同样工艺时不同投胶量对发泡倍率 的影响结果见图2。由图2可看出’对于小40球 型模具而言,单模投胶量为14 8时所发胶球的微 孔尺寸均一细密,制品的弹性和手感较好。

 

最终彩色发泡胶球的制备工艺参数及性能列 于表3‘与德国同类产品的外形对比见图3。由表 3可知,采用本试验所确定的配方和工艺制备发 泡胶球时硫化与发泡速率匹配得较好,所制备发 泡胶球的拉伸强度较高，回弹性较好。将该发泡 胶球在与国外产品同等的条件下应用于凝汽器单 侧单流程冷却管内，累计循环使用80次未见异 常，用户反应良好。

 

在使用~尺制备发泡胶球时，发泡剂选用 0？1与小苏打和尿素脂81〈并用体系可使泡孔细 密均匀，气味很小；硫化体系采用临界温度较低的 促进剂11丄2及關与硫黄并用能使硫化程度与 发泡速率很好地匹配；选择轻质碳酸钙和滑石粉 作为填充体系、使用门尼黏度为2040的胶料及 采用二段硫化工艺时所制备发泡胶球的泡孔细 密，结构理想，发泡倍率与国外胶乳发泡制品 相当。