硅橡胶发泡技术研究

硅橡胶发泡技术研究（精选4篇）

硅橡胶发泡技术研究 第1篇

1 各组分对硅橡胶发泡过程的影响

1.1 基胶

泡沫硅橡胶的基体可选用高摩尔质量的甲基乙烯基(甲基乙烯基苯基等)硅橡胶,也可选用液体硅橡胶(如缩合型羟基封端的硅生胶或以加成型乙烯基硅橡胶为基础胶料)。为了增加交联点,经常使用带有多乙烯基或炔基的硅橡胶作为基础胶料,例如:US 5830951A专利中,为了提高力学性能,他们使用四官能团的乙烯基含量为0.16~0.24mmol/g的聚硅氧烷和羟基封端的聚硅氧烷作为基础胶料[3]。根据Flory的端基活性理论,端羟基的活性随分子链的减短而增高,因此,聚硅氧烷的分子链长短直接影响与交联剂的反应速率。张广成、李颖等[4]研究了不同黏度的羟基封端聚二甲基硅氧烷对泡体的发泡倍率及密度的影响规律。研究发现黏度为760 Pas时,硅泡沫材料发泡倍率高、泡沫材料密度小。

1.2 填料

在加工成型过程中,为了制作均一且微细孔结构的海绵,必须在发泡剂分解前使橡胶的内部能够以细泡的状态压制住发泡压力,因此有必要使硅橡胶基础胶料增粘、固化。增粘聚合物的方法最主要的是通过添加填料来增粘的。

硅橡胶中添加白炭黑是硅橡胶增强的最主要手段。一般,气相法白炭黑补强效果较沉淀法白炭黑好。但是,对于室温硫化硅橡胶而言,气相法白炭黑对硅橡胶的增粘效果明显,但经疏水处理的气相法白炭黑用于双组分RTV硅橡胶的补强,对胶料粘度的影响较小,补强效果好;沉淀法白炭黑对胶料的增粘效果比气相法白炭黑小,适合于配制流动性较好的双组分RTV硅橡胶[5]。

此外,层状硅酸盐(有机蒙脱土)[6,7]、改性超细矿物粉(滑石粉、石英、钙硅石等)[8]、碳纳米管[9]等也作为新型填料被研究。Rahul Maharsia[7]使用有机纳米粘土制备了一种闭孔泡沫材料,随着填料的加入,泡沫材料的压缩强度和模量也增加。Raquel Verdejo等[9]研究了石墨烯与碳纳米管增强的缩合脱氢型室温硫化硅橡胶泡沫的泡孔结构及物理机械性能的影响。填充二者的泡沫硅橡胶的孔径分布变宽,当填充1%的碳纳米管时,孔径分布为250~1600μm;填充0.25%的石墨稀时其孔径分布范围为250~1100μm。这与Lee YH[10]和Shen J[11]研究认为填料增粘胶料使得其泡孔变小的观点相反。

1.3 交联剂

泡体的固化过程主要由基体的粘弹性控制,基体的粘弹性上升,泡体逐渐会失去流动性而固化定型。如果气体相的形成速度过快,由于胶料来不及硫化,则发泡压力大于孔壁本身对应力的阻力,形成的气泡就会破裂;反之,若气体相形成的速度过慢或硫化速度过快,则胶料就会在形成多孔结构之前就完成硫化定型,气体再无法使胶料发泡,形成一种高密度的产品。因而交联剂、发泡剂、以及硫化温度的选取对于硫化速率与发泡速率是否匹配起决定性作用[12]。目前混炼型硅橡胶的交联剂最常用的是有机过氧化物,缩合型硅橡胶有醋酸型、酮肟型、醇型等多种交联剂,而加成型硅橡胶交联剂多为含氢低聚硅氧烷油。Mark等[13,14]研究了不同浓度的四乙氧基硅烷(TEOS)、四丙氧基硅烷(TPRO)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTE)和二甲基四甲氧基二硅烷(DMTMDS)四种交联剂对胶料的物理机械性能的影响。结果显示,随着交联剂用量增加,胶料强度增加而断裂伸长率减小;交联剂空间位阻明显减小了交联速率,进而使胶料机械强度范围变宽。

2 发泡方法

2.1 化学发泡法

化学发泡法有两种:热分解型发泡法和反应型发泡法

2.1.1 热分解型发泡法

常见的热敏性发泡剂有无机发泡剂和有机发泡剂。无机发泡剂一般为吸热型发泡剂:如碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵;有机发泡剂为放热型发泡剂:如偶氮二甲酞胺(AC)、二亚硝基五甲撑四胺(DPT)、4,4'-氧代双苯磺酞阱(OBSH)、2,2-偶氮二异丁腈(AIBN)。前者在预硫化之前就开始发泡,因此孔眼在尚未牢固的情况下均遭破坏而形成开孔。后者通常是指具有粉状特征的化学发泡剂,因而得到的海绵体孔眼细小;放气量大,释放的气体以氨气为主;分解温度稳定;品种多;大多数产品具有易燃性[12]。在当前的泡沫橡胶制品中基本都采用有机发泡剂发孔,以便制得优质泡沫材料。但有些产品会在海绵体中残留气味和色泽污染(例如发泡剂AIBN的副产物为有毒的四甲基丁二腈)[15,16]。化学发泡法制备的高温硅橡胶泡沫发泡反应速度很快,发泡与硫化难以匹配,使得材料的泡孔大小、泡孔结构、密度均匀性都难以控制,这成为一个难点[15]。

2.1.2 反应型发泡法

两种组分发生化学反应并放出气体可使物料发泡:如异腈酸醋与水混合后生成二氧化碳和胺[17]。缩合型脱氢RTV泡沫硅橡胶的发泡机理是:用羟基硅氧烷与含氢硅氧烷反应,获得发泡气体(H2),进而形成泡沫材料。俄罗斯研制成功的ВПr系列泡沫密封剂产品,都是缩合脱氢型室温硫化有机硅密封剂[18]。水作为羟基的一个来源,与含氢硅氧烷组分发生反应,生成发泡气体(H2),因此水作发泡剂成为目前制备无毒和无污染型制品的新型发泡剂。专利US 4599367[19]描述了以水作为发泡剂时,端羟基或端乙烯基聚二甲基硅氧烷与含氢聚硅氧烷在氯铂酸催化下,室温硫化制备的硅橡胶泡沫密度为252kg/m3,若相同体系中去除水,则泡沫材料的密度为385kg/m3。日本在这方面研究比较深入,JP Kokai Sho 54-135865专利中介绍了以水为发泡剂制备硅泡沫材料;采用同样的发泡原理,JP Kokai Hei 5-70692介绍了液体乙醇代替水作为发泡剂的发泡方法;JP Kokai Hei 11-130963专利中介绍的则是以水和多羟基醇作为发泡剂[20]。李汉堂[21]介绍了用水作为发泡剂制备出了密度为340~370 kg/m3的硅泡沫,并且适合于用挤出和模压进行发泡。用水作发泡剂另一优点是可以通过改变加工温度而获得所希望的体积膨胀特性,进而调整泡沫的微孔结构。

2.2 物理发泡法

物理发泡方法亦有两种发泡方式,一种是将惰性气体或将低沸点液体(如烷烃、含氯的氟碳化合物)加入待发泡物料中。另一种较常用的方法是填充可溶性固体颗粒或可膨胀微球形成泡沫。

2.2.1 填充可溶性固体颗粒发泡法

可溶于溶剂或可升华的中性无机试剂,如氯化钠、硝酸钠、氯化铵、尿素等填充在硅橡胶中,硫化后,用水洗涤,除去硫化胶中的可溶物,最后干燥获得泡孔结构。该法将硫化交联与发泡成孔分布进行,孔隙度及开孔率都由成孔剂的用量、形状决定,便于设计配方、工艺较易控制,有利于制品的高性能化,但存在可溶性物质残留和加工繁琐的问题[22]。为加快成孔剂的溶析速度,一般采取提高水洗温度和增加水洗频率等方法或利用表面活性剂改进硅橡胶海绵成孔剂水洗工艺[23]。

专利CN 101199867A[24]介绍了混合20~1000目的可溶性固体颗粒作为生成泡孔腔体的硅橡胶泡沫,将其应用于颌骨垫片、鼻假体、硅橡胶棒等医用植入假体方面。黄渝鸿、胡文军等[25]采用可溶性的无机试剂作为成孔剂,并用溶胶/凝胶方法形成的纳米粒子对橡胶进行二次补强或抗静电等功能化处理,制备出了复合型泡沫橡胶及密度、泡孔大小与压缩性能等可按设计梯度分布的泡沫橡胶制品。张强等[26]采用高水溶性的氯化钠作为成孔剂,对成孔剂用量对微孔材料的密度、空隙率及力学性能的影响进行了研究。成孔剂与LSR的质量比为6∶1的情况下,所制备的硅橡胶微孔多是通孔。形成薄壁多孔网络结构的微孔材料。

2.2.2 填充可膨胀微球发泡法

可膨胀微球是最近几年出现的橡胶泡沫成形新技术,主要用于加工外形规整、外观质量要求高的泡沫制品。微球壳壁材料大多是热塑性的丙烯酸树脂、聚碳酸脂或硅树脂等。球壳中可包含氦气、氮气等气体也可包含低分子液体。微球的软化点一般在40~200℃,粒径大小为0.1~500μm。硅橡胶中加入可膨胀热塑性树脂微球(或预膨胀的聚合物微球)后,高温下微球长大,硅橡胶硫化,便形成了包含聚合物空心微球的泡沫硅橡胶材料[27]。

瓦克化学有限公司[28]在专利CN1152009A中介绍了采用可塑性空心塑料制备的缩合交联和加成交联的可压缩硅橡胶,但其密度较大,为600~1000 kg/m3。Dow Corning公司公布的WO 027174 A1[29]专利中,采用中空热塑性树脂作为发泡剂(内包含有沸点高于室温的液体),制备了电气性能良好的泡沫硅橡胶材料。王贵一[30]介绍了一种特殊助剂与掺混有机中空填料(微微球)制成的新型液体硅橡胶海绵,在二次硫化过程中,所有的微微球都分解了,并且这种助剂全部蒸发掉,结果产生一种低压缩永久变形开孔型橡胶海绵。目前,这类新型泡沫材料的机械力学性能已被广泛研究,一般随着可膨胀微球含量的增加,泡沫的模量及断裂性能提高[31,32]。然而,热分解型的微球及其分解产物不利于健康,不适合作为密封材料,而且只能成型比较简单的模型,因此应用受限制[33]。

3 展望

目前,国内外在硅橡胶泡沫材料方面的研究都比较活跃,在制备硅泡沫材料的方法及性能上都取得了长足的进步。然而在发泡过程中,硫化发泡的匹配问题仍然是个急需解决的问题。有机硅泡沫的发展将朝着高性能、多功能化、操作简单、无毒环保、质量均一等方向发展,以此来满足社会日益增长的需求。

摘要：介绍了硅橡胶的三个重要组分——基胶、填料和交联剂对硅橡胶发泡过程的影响,综述了硅橡胶材料化学发泡和物理发泡技术的研究进展。

硅橡胶发泡技术研究 第2篇

摘  要：伴随国民经济的快速发展与科学技术的不断进步，橡胶沥青路面在高速公路工程建设中运用愈加广泛。该施工工艺的应用可有效提升抗疲劳能力、降低成本，是高速公路使用年限延长的重要途径。为此，文章主要对橡胶沥青的概况、高速公路橡胶沥青路面施工技术要点进行了分析与探究，以期有效推动整个道路交通行业的快速发展。

关键词：高速公路;橡胶沥青;路面施工;技术要点;机械设备配置

中图分类号：TU74     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）03-0159-01

1  橡胶沥青概况

橡胶沥青是指将废旧轮胎原质进行橡胶粉粒加工，再遵循相应粗细级配比例进行配置，并进行各类高聚合物改性剂的添加，随后在高温情况下均匀拌和，其和基质沥青充分溶胀反应后可成为改性沥青胶结材料。此类材料的作用为沥青混合料耐久性、抗疲劳年限，及路面疲劳裂缝与反射裂缝抵抗能力提升，同时也是路面成本大大降低的重要途径。选取橡胶沥青作为公路工程施工材料时，应对温度加以控制。因橡胶沥青具有较高粘度，只有对其温度加以有效控制，才能避免燃料浪费、橡胶沥青老化等问题的出现。可遵循SMA改性沥青混合料施工工艺进行橡胶沥青混合料施工，但必须选取专用喷洒车进行橡胶沥青封层、粘层施工。

2  高速公路橡胶沥青路面施工的技术要点分析

高速公路工程作为道路施工与交通运输经济发展的重要组成部分，其不仅关系着运输结构、运输能力变化，更推动了社会经济的可持续发展。橡胶沥青路面技术作为公路工程施工的重要环节，要求施工企业必须严格按照工程实际情况，并结合施工现场的地质条件、地形情况等因素，做好施工各项工作，才能达到施工流程的规范性、合理性，只有这样才能推动工程建设的进一步发展。

2.1  工程案例

某高速公路工程总长度为177.5 km，其主线路面大部分摊铺材料为橡胶沥青，与一般高速公路相比，该工程路面弹性增加、使用年限增多，并具有良好的抗高温、重荷能力，能够有效提升行车舒适度。

2.2  配置机械设备

AR15橡胶沥青加工设备：1台橡胶沥青反应釜、1套控制室、1套快速升温装置、1套搅拌装置等。

沥青拌和机械：LB2000型沥青拌和站1套。选取试拌等方式对沥青混合料各项参数加以确定，遵循配合比进行冷料进料，根据生产配合比确定热料仓，冷料上料速度为160 t/h。

洒布设备：选取橡胶沥青专用洒布车作为橡胶沥青洒布车辆，其加热温度可超过190 ℃。

摊铺、碾压设备：选取6.25 m摊铺宽度的ABG423摊铺机进行施工，超车道摊铺施工中，可选取4.25 m摊铺宽度的2.5～3 m为其摊铺速度ABG325摊铺机进行施工，2.5～3 m之间为摊铺速度。碾压施工时，可选取HDO120v型振荡压路机1台、DD110型压路机2台、MRT302型胶轮压路机2台。

2.3  施工材料选择

沥青：根据工程实际状况，可选取AH-70基质沥青作为主要施工材料，其各项性能需与设计要求相符。

集料：粗集料多于细集料为AR-AC13橡胶沥青混合料集料的特点，为此石料可选取坚固、针片状小含量、黏附性良好的材料。如选取缓凝水泥作为填料，以此对沥青、石料黏附性有效提升。

橡胶粉：羽絮状为废旧轮胎橡胶粉表面形状，其结构对橡胶、沥青吸附十分有利。

2.4  拌和、运输橡胶沥青混合料

该高速公路工程选取LR2000型沥青混凝土拌合楼，筛网安设对混合料级配稳定性、经济性起决定作用。18、11、6、3 mm分别为热料仓筛网孔径的选择，混合料内粗集料具有较大比例，为此，必须对拌和楼内冷料上料速度、热料仓料位进行严格控制，做好平衡工作。60 s为拌和周期，其中8 s为干拌时间、40 s为湿拌时间，要求沥青混合料拌和完成不得出现花白料，必须具备良好均匀性。180～190 ℃为沥青加热温度、190～200 ℃为矿料加热温度，应在185 ℃内有效控制混合料出厂温度。通常选取吨位较大的自卸车辆作为混合料运输车，并做好保温措施。为确保摊铺施工连续性，要求现场等待卸料的车辆必须在5辆以上。

2.5  摊铺橡胶沥青混合料

橡胶沥青混合料温度较低则碾压施工难易进行，为确保路面具有良好的平整性，应确保不间断摊铺施工。根据工程施工具体情况，可先将上面层沥青混合料卸下，摊铺机受料仓通过转运车运送混合料，并彻底卸料，随后将中面层沥青混合料卸除，通过转运车向摊铺机下受料仓运送，即将装满下受仓时，即可摊铺作业。摊铺施工中，需对摊铺厚度检测频率适当加大，先将中面层摊铺厚度、横坡等进行详细检查，并做好调整工作。如提高中面层熨平板高度，可人工调整工作仰角及上面层熨平板，以此保证摊铺总厚度等符合设计规定。人工调整时所需完成的摊铺长度为10 m，并利用摊铺机电子液压装置对工作仰角加以控制。

2.6  碾压橡胶沥青混合料

橡胶沥青混凝土碾压温度的多少直接影响着橡胶沥青的黏度，随着黏度的增加，其碾压温度也会不断提升。通常情况下，170、135、90 ℃分别为橡胶沥青混合料初压、复压与重要温度的最小值。钢轮压路机作为初压施工机械，其碾压顺序为由外到内，速度则需控制在每分钟25～33 m之间，紧随摊铺机械从低到高实行2遍静压。选取胶轮压路机作为复压施工机械设备，速度每分钟需控制在58～75 m，碾压次数定为2次。最后选取钢轮压路机作为最终碾压施工的主要机械，速度可控制在每分钟33～50 m之间，碾压方式为静压，遍数为2遍。

2.7  施工接缝处理

第一，纵向施工缝处理。纵向接缝可选取2台摊铺机连成梯队联合施工，前面完成摊铺的混合料应预留一定宽度不进行碾压，通常为10～20 cm宽，并将其作为后高程基准面，重叠位置宽度为5～10 cm，通过热接缝方式进行跨接缝碾压施工，以此将缝迹消除，15 cm为上下层纵缝错开最小宽度。

第二，横向施工缝处理。通常选取平接缝的方式处理横向接缝。沿纵向方向选取直尺（长度为3 m）进行施工，悬臂状为摊铺段端部直尺形状，接缝位置由摊铺层、直尺脱离接触位置确定，并通过锯缝机整平铲除。连续摊铺施工中，需清理干净摊铺层锯切时存留的灰浆，并进行一定量粘层沥青的涂抹，由接缝位置利用摊铺机熨平板进行摊铺。碾压施工中横向压实可选取钢筒式压路机，由先铺路面上跨缝向新铺面层转移。

3  结  语

综上所述，伴随社会主义市场经济发展速度的不断提升，我国公路工程建设事业也得到了极大的发展。为有效解决路面施工问题，满足工程建设要求。必须重视橡胶材料的选择及施工方式的应用。橡胶沥青路面施工工艺在我国高速公路工程中的广泛应用与推广，对工程建设质量提高至关重要。为此，施工企业必须规范施工流程，只有这样，才能实现工程建设的社会效益与经济效益。

参考文献：

[1] 朱文琪，刘松，黄继业，等.湖北武麻高速公路橡胶沥青路面设计与应用   [J].交通科技，2011，（6）.

[2] 黄卫东，李昆.美国橡胶沥青应用调查与研究现状[J].公路交通科技（应   用技术版），2008，（S1）.

[3] 傅立欢，言明忠，蔡加忠.公路的橡胶沥青混合料配合比设计及施工[J].

中国新技术新产品，2011，（4）.

[4] 王伟明，吴旷怀，孟繁冰，等.Sasobit对温拌橡胶沥青及沥青混合料高温   性能影响[J].广州大学学报（自然科学版），2012，（3）.

[5] 石洪波，王洪国，廖克俭，等.废橡胶粉改性沥青配方与工艺条件研究[J].

橡胶发泡材料的研究进展及其应用 第3篇

1 基质胶

1.1 单一胶种

橡胶发泡制品的性能和用途很大程度上由基质胶所决定,如天然橡胶(NR)、顺丁橡胶(BR)气味较小,常用于制造生活用品;丁苯橡胶(SBR)耐磨性好,多用于鞋底材料;三元乙丙橡胶(EPDM)因耐臭氧性、耐热性、耐候性、低温柔软性等优点,常用于制造汽车密封条、密封圈、隔热产品等;丁腈橡胶(NBR)耐油、耐热性以及回弹性好,多用于汽车发动机的减震材料;硅橡胶因可承受300℃高温,用于密封材料、特殊环境中的膨胀连接材料以及隔热、吸振材料等。

庄江强等[2]以二元乙丙橡胶(EPM)为基质胶进行发泡,研究了稀土铝酸酯陶土改性后的EPM发泡材料的力学性能。翁娟等[3]用SBR为基质胶,以硼酸酯改性陶土制备低密度、减震缓冲性好的SBR发泡材料。李新新等[4]制备了三元乙丙发泡橡胶,并对其声学特性进行了研究。Najib N N、马遥等[5,6]以NR为基质胶进行发泡,分别制备了吸声性和压缩性能优良的NR发泡材料。陈美华等[7]将液体硅橡胶作为生胶制备出了室温下固化的硅橡胶泡沫材料。

1.2 共混

橡橡共混或橡塑共混在很大程度上解决了单一胶种性能单一、综合性能不佳的问题,极大地扩大了发泡橡胶材料的应用领域。

1.2.1 橡橡共混

覃燕等[8]以CM/EPDM并用胶为基材制得橡胶发泡材料,其泡孔细密均匀,表面光滑,综合性能佳。W Yamsaengsung等[9]制得了NR/EPDM共混物与木料模压成型的发泡复合板,其表面防渗水性好,导热系数低。Yoo Sungchoi等[10]制备了NBR/废胶粉(GTR)发泡橡胶材料,该发泡材料具有阻燃性能。孟彩云[11]制备了改性胶粉/丁腈橡胶发泡材料,扩大了胶粉的应用领域。

1.2.2 橡塑共混

与橡橡共混相比,橡胶与塑料共混不但可以大幅度改善橡胶的加工性能,又能保持橡胶的弹性,同时引入塑料优异的耐老化和抗紫外线等性能。

刘永军等[12]制备的NBR/聚氯乙烯(PVC)闭孔海绵橡胶板,其表观密度0.30~0.40g/cm3,表面光滑,气孔细小、均匀。Zhen Xiangxin等[13] 、Zhen Xiuzhang等[14]分别制备了聚丙烯/废胶粉发泡材料和马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA)/废胶粉发泡材料。Mae Hiroyuki[15]、陈文泉等[16]则分别制备了泡孔尺寸小且分布均匀、表面光洁度高的聚丙烯(PP) /乙丙橡胶发泡材料和EPDM/PP发泡材料。Lim H M[17]制备了天然橡胶胶乳/聚氨酯(PU)发泡材料,其泡孔均为开孔状,并彼此相连。

2 配方

目前,对橡胶发泡材料配方的研究主要涉及填料、硫化剂、发泡剂等方面。

陈文泉等[16]研究了发泡剂、助发泡剂和表面活性剂对EPDM/PP发泡材料密度、拉伸性能和泡孔尺寸及分布的影响。覃燕等[18]研究了不同填料和增塑剂对CM/EPDM橡胶发泡材料性能的影响。Bao Shengzhang等[19]、Kim J H等[20]分别研究了炭黑含量对CM发泡橡胶的硫化、发泡特性、力学性能的影响和对NR发泡橡胶硫化和力学特性的影响,且二者的研究结果一致,即随着炭黑含量的增加,发泡橡胶孔径降低,而拉伸强度、撕裂强度增加,扯断伸长率和压缩永久变形降低。

3 工艺

目前对橡胶发泡材料工艺的研究主要涉及发泡温度、发泡时间、成型工艺(模压、挤出成型)等方面。

张保生等[21]研究了发泡温度对CM海绵性能的影响。发现,随着发泡温度的升高,CM胶料的硫化速率指数明显增大,CM海绵的发泡效率提高,表观密度减小,硬度、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度均减小。Najib N N等[5]研究了发泡工艺条件对NR发泡体吸声性能的影响,发现橡胶基质的粘弹性和阻尼性对NR发泡橡胶的吸声系数有很大影响,而粘弹性和阻尼性又由泡孔直径、相对密度、交联密度以及泡孔密度所决定。刘永军等[12]制备了NBR/PVC共混胶闭孔海绵橡胶板,讨论了硫化工艺对气孔结构的影响。Zhen Xiuzhang等[14]研究了CO2物理发泡工艺对PP-g-MA/废胶粉发泡材料的影响,Bao Shengzhang等[19]采用模压成型工艺制备了氯化聚乙烯发泡橡胶,Michaeli W等[22]采用挤出成型工艺制备了三元乙丙发泡橡胶。

4 改性

发泡橡胶的改性可以通过接枝聚合,添加辅料等其它组分的形式来改善或增强基质胶的力学、热学或声学性能。

王勇等[23]采用充油的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡胶(SEBS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)来改性再生橡胶(RR)发泡体。发现,SEBS能显著改善再生橡胶的加工流动性能,EVA则可提高其力学性能。钱军民等[24]用岩棉改性乙丙橡胶/聚氯乙烯共混物,制得的发泡复合材料的平均吸声系数达0.5以上,且其低频吸声性能优于一般多孔型吸声材料。Benkreira H等[25]用纤维改性PU/GTR的共混物,制得了具有隔声、隔热性能的发泡材料。研究表明,通过控制发泡材料的结构(密度、孔隙率、气流阻力、绕曲度、硬度)可以获得所需要的声学和热学特性(吸声性、声音传播性、隔音性、导热性)。Riyajan Sad等[26]研究了纤维素对废天然橡胶手套 (NRG) /废聚苯乙烯泡沫(PSF)共混物的改性。发现,添加0.5~1.5%马来酸酐(MA)及纤维素,发泡材料的耐甲苯性得到了提高。Yoo Sungchoi等[10]通过添加成分为氢氧化铝、含磷化合物以及膨胀石墨的阻燃剂制备了无卤阻燃NBR/GTR发泡材料。袁小红[27]用锦纶短纤维增强发泡橡胶复合材料。发现,常温下增大短纤维体积分数能提高材料的拉伸性能;发泡橡胶复合材料的初始模量、断裂强度均随着温度的升高而减小,而断裂伸长率随着温度的升高先增大后减小,玻璃化转变温度在213~233K之间。Rathnayake I等[28]在天然橡胶发泡胶乳(NRLF)中添加了纳米银粒子 (SNP),以达到抑制革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌生长的目的。

5 理论

对发泡橡胶机理的研究主要涉及对其力学行为(拉伸、压缩、断裂、松弛)的模拟方面。

王必勤等[29]建立了四单元变参数Maxwell模型,模拟EPDM发泡材料的应力松弛行为。齐小宁等[30]采用有限元分析常用的Mooney-Rivlin模型对NR和NBR闭孔发泡材料单轴拉伸力学行为进行了模拟。Liang G等[31]提出了神经网络本构模型,定义超弹性发泡材料的应变能函数。与常用的Hyperfoam 模型相比,神经网络模型模拟泡孔平面应变行为与测试数据拟合较好。Yanze Song等[32]使用泰森多边形异型技术和有限元方法模拟了三维闭孔发泡材料的动态断裂响应。Wei Chen 等[33]使用压缩粘弹性模型和压缩粘塑性模型预测了橡胶发泡材料在恒定或周期性载荷下的非线性过程。

6 应用

发泡橡胶质量轻,具有优异的弹性、柔软性,隔热吸音效果好,被广泛用于密封、减震、隔热、隔音、印染等方面,在航空、汽车、仪器、仪表、家电和包装中广为应用。如周燎原等[34]研究了充油SEBS橡胶、聚苯乙烯(PS)对可塑性丁苯橡胶(TVA)发泡性能的影响。制得的发泡材料作为鞋底材料,具有高止滑性的优点。刘畅等[35]研究了丁腈发泡橡胶的微孔结构和分布对其摩擦性的影响,为丁腈发泡轮胎在干燥、湿滑路面的应用提供了理论依据。Mahapatra S P等[36,37,38,39,40]先后研究了EPDM发泡橡胶的形变及吸能特征、动态机械性能、介电性能、松弛行为、电磁干扰屏蔽性能和流变行为,发现其适合用来做包装、屏蔽、绝缘材料。Benkreira H[14]等用纤维、聚氨酯、轮胎胶粉共混发泡,制得了隔声和隔热多孔材料。对于发泡橡胶在密封领域应用,尤以在发动机上的密封较为突出[41,42]。谢苏江等[43]制得的金属发泡丁腈橡胶复合密封板材,具有优异的压缩回弹性能、抗蠕变松弛性能,以及与密封面的配合性和长期耐压密封性能。

7 存在的问题与展望

近年来,国内外学者从基质胶共混、发泡及硫化体系、发泡工艺、发泡橡胶的改性等诸多方面考察橡胶发泡材料,研究其力学、声学、热学等性能,取得了一些成效,但仍然存在以下不足:

7.1 配方和工艺方面

发泡助剂对发泡工艺的影响巨大,但是对发泡助剂的研究较少,大多使用ZnO 、尿素等常规试剂;多采用模压、挤出方式发泡,发泡橡胶表面均匀性难以控制且厚薄不均,特别是制备薄发泡橡胶产品时,厚薄均匀性显得尤为重要,故有待开发更为优良的成型工艺。

7.2 应用领域方面

对所研究的橡胶发泡材料很少给出其具体应用领域,应用性不明确;对于橡胶发泡材料的主要应用领域密封领域的研究甚少。

7.3 测试方面

对橡胶发泡材料的测试项目和测试方法没有统一标准,大多按照硫化橡胶的测试标准进行,还未统一使用适合多孔橡胶的测试标准;对泡孔形貌的表征手段单一,仅使用SEM进行探讨;橡胶发泡材料应用领域因性能测试方法的单一而受到了局限;对应用于密封领域的橡胶发泡材料性能的表征鲜有报道。

7.4 性能研究方面

局限于对橡胶发泡材料力学性能以及微孔形貌与力学性能间关系[15]的定性研究上,而对橡胶发泡材料声学、热学、电学性能,包括微孔形貌与吸声/隔音、隔热、减震等性能间关系的研究不足。

7.5 理论研究方面

对泡孔形成过程、发泡与硫化速率匹配等问题的机理研究未能深入;对橡胶发泡材料模型的研究多局限于对其力学行为的模拟,对热学、声学、电学等行为的模拟鲜有报道,且模型的研究对配方、工艺的指导价值不高;对泡孔形貌与性能(力学性能、声学性能、热学性能等)间关系的研究尚浅,鲜见模型模拟二者间数值关系的报道。

只有对上述薄弱领域进行深入研究,才能扩大橡胶发泡材料的应用领域,替代一些昂贵的材料,同时满足使用环境苛刻,对性能要求高的场合。

摘要：介绍了近年来橡胶发泡材料的研究进展,主要概括其基质胶体、配方、工艺、改性及理论基础,并对其应用领域进行了归纳;同时,指出橡胶发泡材料研究中存在的问题,并在此基础上对该材料前景进行了展望。

发泡玻化微珠保温砂浆性能试验研究 第4篇

关键词:玻化微珠 泡沫混凝土 节能 容重 导热系数

中图分类号:TU56文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2010)06-077-03

1引言

随着建筑物向高层、大跨方向发展,建筑材料的自重也越来越受到人们的关注。同时保温性能也是建筑材料的发展方向之一。目前,我国应用于建筑节能的保温材料以骨料分主要有聚苯颗粒(EPS)、膨胀珍珠岩以及玻化微珠等轻骨料保温材料 。胶粉聚苯颗粒保温砂浆是以聚苯乙烯泡沫颗粒为轻骨料,保温隔热性能尚好,但聚苯乙烯泡沫颗粒强度低,防火性、抗老化性差 异的保温隔热性能以及防火、耐候、抗老化性等而受到墙体保温领域的高度关注 。

玻化微珠保温砂浆以玻化微珠为主要原料,表面熔融,气孔封闭,并呈不规则球状颗粒,内部多孔结构,表面玻化封闭,光泽平滑。与普通珍珠岩相比,玻化微珠具有吸水性小,强度高,工作性好等优点,但我国常用的玻化微珠大多难以制成空心状态, 表面玻化后容重通常较大 。

容重较轻的节能保温材料有泡沫混凝土,泡沫混凝土制品是以水泥为主要胶凝材料,添加粉煤灰、炉渣、砂等辅料和一定量的水、外加剂,拌和成泥浆,再与以发泡剂原液、水、气混合发泡而成的泡沫进行机械混合后,现场浇筑入模 。泡沫混凝土有大量封闭气泡,密度小、保温隔热性能好、耐火性强等优点,但存在以下不足 :强度低,易开裂,吸水率和存水率大,收缩率大 。

所以,从现阶段的生产和应用来看,研制高强节能的保温材料是外墙保温领域急需解决的问题。本文对玻化微珠与发泡技术相结合,研制出一种新的保温材料发泡玻化微珠保温砂浆。其中玻化微珠为主要原料,外加胶凝材料和助剂干混而成,除具有良好的保温隔热性能外,还具有优异的防火、耐候、抗老化性,以及和易性好、施工方便等特点 。目前对于发泡玻化微珠保温砂浆的研究尚处于起步阶段,本文仅对发泡玻化微珠保温砂浆的体积密度、抗压强度以及导热系数等性能进行了研究,以探索其变化规律。

2实验

2.1试验原料

2.1.1 原材料

(1)玻化微珠,它以带结晶水的酸性玻璃质火山岩(如珍珠岩、黑耀岩及松脂岩等)为原料,经粉碎、脱水(结晶水)、膨化、熔融玻化等工艺生产,颗粒呈不规则球状体,内部为多孔的空腔结构,表面玻化封闭,光泽平滑,其堆积密度为120kg /m 3;水泥,P O 42.5普通硅酸盐水泥;发泡剂,韩国植物蛋白发泡剂;纤维,长5mm;粉煤灰;双飞粉;107胶;硅灰;乳胶粉;早强剂;

2.2试验方法

(1)将玻化微珠、纤维、42.5R硅酸盐水泥、粉煤灰、双飞粉、107胶、硅灰和外加剂等,按一定比例称量、混合均匀,加入适量水,搅拌成有较好流动性的均匀混合浆体,加入适量的泡沫(事先备好),,搅拌,使泡沫均匀分散于浆体中,各种成分的比例见表1。

(2)将混合好的浆料倒入150mm€?50mm€?50mm钢模中,用刮刀抹平并将四角密实,于空气中静置1d后脱模,再在室温(约25℃)下对水中养护28d后的试样测定试样的体积密度,然后在强度试验机上测定其抗压强度。

(3)将养护7d后的试样再在105℃€?4h下烘干,测定干态时试样的导热系数。导热系数的测定是在YBF系列导热系数测定仪上进行的,试样尺寸为:直径131.637MM,高10.40MM。

2.3 试验结果

3分析与讨论

对于墙体保温材料,轻骨料的种类和其加入量对砂浆的施工性能与使用性能有着很大的影响。本试验研究了玻化微珠加入对发泡玻化微珠保温砂浆体积密度(干态)、抗压强度以及导热系数的关系。发泡玻化微珠保温砂浆是用物理机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫,再将泡沫加入到由水泥、玻化微珠、掺合料、外加剂和水等制成的料浆中,经混合、浇筑而成。试验表明随着硅灰、粉煤灰、双飞粉、乳胶粉的加入,容重逐渐增大;试块的抗压强度逐渐提高和导热系数也随着容重的增加而逐渐增大,如图1、图2所示:

3.1发泡剂对发泡玻化微珠保温砂浆性能的影响

以往节能保温材料往往受到容重和导热系数相冲突的矛盾:容重太大,导热系数不能满足节能要求;导热系数达到要求,容重小,抗压、抗折强度太小,不能满足要求。现对保温砂浆进行发泡,解决了容重和导热系数的矛盾,在满足强度的情况下,可以适当增大保温砂浆的体积减小容重。发泡剂对保温砂浆的体积密度、抗压强度以及导热系数有较大的影响。随着发泡剂加入到水泥玻化微珠浆料中,它形成大量封闭的细小气泡,增大了浆料体积,从而试块的容重变小,导热系数降低。

3.2玻化微珠对发泡玻化微珠保温砂浆性能的影响

玻化微珠是发泡玻化微珠保温砂浆节能环保的主要来源。它是一种无机玻璃质矿物材料,呈不规则球状体颗粒,外表玻化封闭,内部多孔空腔结构,表面光泽,理化性能稳定,具有质轻、绝热、防、耐高低温、抗老化、吸水率小等特性,是一种环保型高性能新型无机轻质绝热材料。但是作为一种应用于墙体节能保温的材料,玻化微珠砂浆等容重大,导热系数达不到要求。玻化微珠本身优越的性能是发泡玻化微珠保温砂浆节能环保的重要基础。

3.3外加材料对发泡玻化微珠保温砂浆性能的影响

发泡玻化微珠保温砂浆强度的提高,除了主要的胶凝材料水泥外,硅灰的加入提高了保温砂浆的强度。部分水泥用粉煤灰代替,其强度有相应的提高。外加剂的加入对保温砂浆的抗压强度有一定影响,其中乳胶粉对保温砂浆的抗压强度的影响较大,而其它外加剂对保温砂浆抗压强度的影响较小,总的趋势都表现为随着外加剂加入量的增加,发泡玻化微珠保温砂浆的抗压强度上升。

4结论

发泡玻化微珠保温砂浆是保温节能领域的新技术,由于其优异的保温隔热性能以及防火、耐候、抗老化性等将受到墙体保温领域的高度关注。本文对发泡玻化微珠保温砂浆进行了试验研究,结果表明:

(1) 发泡玻化微珠保温砂浆能减小导热系数,提高抗压强度。其中发泡剂对保温砂浆的体积密度、导热系数以及抗压强度有较大的影响:容重变小,导热系数降低,抗压强度减小。

(2)部分粉煤灰代替水泥使保温砂浆强度有所提高。外加剂的加入对保温砂浆的抗压强度有一定影响,其中乳胶粉对保温砂浆的抗压强度的影响较大,而其它外加剂对保温砂浆抗压强度的影响较小,总的趋势都表现为随着外加剂加入量的增加,发泡玻化微珠保温砂浆的抗压强度上升。

注释:

黄继红,吕子义,郑卫锋.建筑中应用保温砂浆的性能分析[J].工业建筑,2005,35(S1):7242726.

刘伟华,罗淑湘.新型无机轻质绝热材料2玻化微珠及其应用[J].中国建材,2007,(3):88289.

张欣,覃贤,张清贵,伍泽广. 玻化微珠干混砂浆的研究[J].硅酸盐通报, 2007,26(6):1219-1223.

李珠,穆启华,秦尚松.玻化微珠保温系统研究[J].山西建筑,2006(12):1-3.

刘伟华,罗淑湘.新型无机轻质绝热材料破化微珠及其应用[J].中国建材,2007(3):88-89.

曾亮,黄少文,胡欣,罗琦. 玻化微珠保温砂浆的性能优化[J].南昌大学学报,2008,30(4):341-344.

张朝辉,张菁燕,王沁芳,杨江金.泡沫混凝土的特点及应用[J].砖瓦,2008(6):49-52.

潘志华,陈国瑞,李东旭,等.现浇泡沫混凝土常见质量问题分析及对策[J].新型建筑材料,2004(1):4-7.

李楠.防水隔热泡沫混凝土的研究与应用[J].国外建材科技, 2006,27(4):9-13.