探究硫化溫度對換能器硫化后橡膠的影響

歐陽荀，劉佳，李科，唐少波

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二六研究所，上海　200025）

探究硫化溫度對換能器硫化后橡膠的影響

歐陽荀，劉佳，李科，唐少波

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二六研究所，上海200025）

在對海洋資源利用要求越來越高的今天，換能器作為海洋資源勘探的核心技術(shù)部件，使用范圍和頻率都在不斷的擴(kuò)大。對于水聲換能器，透聲材料的好壞直接影響換能器的工作精度和壽命，所以透聲材料不僅要有高強(qiáng)度的耐久性、同時(shí)還得具有低透水性。而目前，透聲材料用的最多的是透聲橡膠。除了橡膠本身化學(xué)成分的不同會影響其工作效果外，其硫化時(shí)的硫化溫度也會對其橡膠特性產(chǎn)生重要的影響。本文首先介紹了硫化溫度對普通橡膠方案硫化的影響，在基于理論基礎(chǔ)上列舉了一些基于換能器低溫硫化方案，并基于低溫硫化詳細(xì)分析溫度對硫化后橡膠所帶來的影響。

硫化溫度；換能器；橡膠硫化

目前，大部分的石油勘探、海洋捕撈等民事作業(yè)，甚至包括一些軍事海洋活動中，水聲換能器都得到了大量的使用。而作為主要的絕緣透聲材料，透聲橡膠的特性將直接影響換能器的使用效果與精度，同時(shí)決定換能器的使用壽命。所以對于換能器橡膠材料的研發(fā)與制備在整個(gè)換能器的生產(chǎn)過程中占有舉足輕重的地位。

1　硫化溫度對一般用橡膠硫化的影響

橡膠加工過程中的核心工藝即為橡膠硫化，而硫化溫度對于整個(gè)硫化工藝來說是最為重要的參數(shù)，硫化效率和硫化質(zhì)量都與硫化溫度緊密相關(guān)。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)研究，硫化溫度的升高會對橡膠的硫化特性、交聯(lián)密度、力學(xué)性能等都會產(chǎn)生不利影響。

關(guān)于硫化特性，由于較高的硫化溫度會使硫化速度加快、硫化時(shí)間縮短，橡膠的模量會有所下降，交聯(lián)鍵數(shù)也相對不多，所以橡膠的熱穩(wěn)定性會不足，導(dǎo)致出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象。對于交聯(lián)密度，實(shí)驗(yàn)證明隨著硫化溫度的升高，溫度在130℃左右時(shí)，交聯(lián)密度會達(dá)到最大值。之后，隨著溫度繼續(xù)升高，交聯(lián)密度會逐漸降低，并超過160℃之后，交聯(lián)密度會急速下降。

在對不同的硫化溫度所硫化的橡膠的測試過程中，橡膠的力學(xué)特性曲線都呈拋物線形式分布。隨著硫化溫度的升高，硫化后橡膠的力學(xué)性能指標(biāo)在140℃左右時(shí)達(dá)到最高值，之后硫化溫度越高，力學(xué)性能越差。

根據(jù)以上分析可得，將橡膠硫化溫度保持在一定范圍內(nèi)可以最大程度上增加橡膠制品的物理特性，使橡膠制品的無論是耐久性還是拉伸性都能得到顯著提高。相反，過高的溫度，會硫化橡膠的產(chǎn)品質(zhì)量大打折扣。

2　換能器用橡膠的低溫硫化工藝分析

相比于普通橡膠制品，水聲換能器用的透聲橡膠在技術(shù)指標(biāo)上的要求則要更進(jìn)一步。由于換能器長期工作在水下，所以要求透聲橡膠必須具有超強(qiáng)的隔水性能。在低透水性的同時(shí)，還要保證對于聲波的高穿透性。此外，有些換能器振子的前蓋板或電子元器件需要與橡膠硫化在一起，但是，這些電子元器件有時(shí)候無法承受硫化過程中的高溫和高壓，從而導(dǎo)致電子元器件的聲學(xué)特性降低。這就需要在橡膠硫化時(shí)，嚴(yán)格控制溫度，低溫硫化的工藝技術(shù)也正是換能器橡膠硫化所追求的技術(shù)目標(biāo)。目前，在眾多透聲橡膠的膠料選擇中，丁基膠料與氯化丁基膠料運(yùn)用比較廣泛。

工業(yè)上，丁基膠料的硫化溫度一般為150~160℃，既保證了橡膠硫化后的質(zhì)量，同時(shí)工藝實(shí)現(xiàn)起來也較為簡單，最常使用的硫化系統(tǒng)為硫磺和烷基酚醛樹脂。但是，160℃的高溫對于水聲換能器的元件而言，則是不能接受的，如此高溫會使得換能器的元件損壞并且失效。而且在使用硫磺進(jìn)行橡膠硫化時(shí)，會產(chǎn)生硫化氫，有一定的腐蝕性，從而會造成壓電晶體損壞，影響其電氣特性。所以，在換能器橡膠整體硫化時(shí)，通常采取醌類硫化系統(tǒng)來進(jìn)行，并配以鉛氧化合物進(jìn)行活化。如此一來，硫化溫度可以降低到100~120℃的水平，最大程度上保護(hù)換能器的各個(gè)元器件。但丁基膠料同時(shí)也存在一些弊端，比如存儲條件要求較高、與其他介質(zhì)的黏連能力較差、硫化過程中容易燒焦等等。

由于，丁基膠料存在明顯的缺點(diǎn)，氯化丁基膠料在一定程度上彌補(bǔ)了它的不足。氯化丁基膠料的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其超低的透水性，據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，氯化丁基膠料的透水性只有天然橡膠的1/25。同時(shí)，耐久性能、絕緣性能、硫化速率都在各膠料屬于一流水平。較丁基膠料而言，其強(qiáng)大的黏連能力、且抗燒焦能力更是讓丁基膠料望塵莫及。對于氯化丁基膠料硫化，其硫化溫度范圍也很廣，可從100~150℃都可硫化。超低的硫化溫度下限為其低溫硫化系統(tǒng)提供了完美的平臺。但是，100℃的超低硫化溫度容易使氯化丁基膠料燒焦，為了防止這類現(xiàn)象產(chǎn)生，可以在硫化過程中添加適當(dāng)?shù)难趸V，可以改進(jìn)其耐熱性能。但是不可過多，大約用量不可超過10%，過量添加會導(dǎo)致其黏連能力降低，并且硫化時(shí)間變長。

3　基于低溫硫化工藝的硫化溫度研究

如上所述，在換能器整體硫化時(shí)，為了保護(hù)電子元器件，低溫的硫化工藝是最合適的。低溫硫化的范圍定義通常為100~150℃。但是，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，硫化溫度的差別也同樣會給硫化后的橡膠特性產(chǎn)生巨大影響。

據(jù)此，本文分別對于氯化丁基膠料的低溫硫化進(jìn)行取樣試驗(yàn)分析。取樣分為三組，第一組為130℃硫化溫度，第二組為140℃硫化溫度，第三組為150℃硫化溫度。而此三組硫化試樣中，分別配以適當(dāng)?shù)拇龠M(jìn)劑以有效促進(jìn)低溫硫化，由于促進(jìn)劑的用量非本文論述要點(diǎn)，故不再贅述，詳見表1。

表1　三組試樣測試數(shù)據(jù)表

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)硫化溫度逐步降低時(shí)，其拉伸強(qiáng)度也隨之降低、扯斷伸長率隨之增長，說明硫化溫度降低會對其膠體的物理特性產(chǎn)生一定影響。由于透聲橡膠材料的物理性能一般拉伸強(qiáng)度達(dá)到12 MPa以上且扯斷伸長率大于300%即可，所以硫化溫度的降低對透聲橡膠材料造成的影響有限。而阻尼溫域以及透聲系數(shù)則顯示，降低硫化溫度，對于硫化后橡膠的透聲能力有比較明顯的加強(qiáng)。20℃的硫化溫度差將能提升25%的透聲性能。然而，降低硫化溫度后，水蒸氣的透過率有所升高。所以，在低溫硫化的過程中，對于低透水性和高透聲性是很難同時(shí)保持較高水準(zhǔn)的。在生產(chǎn)過程中，可以根據(jù)不同的需求來制定其硫化系統(tǒng)。

4　結(jié)語

橡膠硫化工藝現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，但在換能器制造領(lǐng)域中，低透水性能的透聲橡膠的硫化工藝卻還有很大的探索空間。在充分掌握普通橡膠硫化工藝過程中硫化溫度對硫化后橡膠的影響后，根據(jù)水聲換能器獨(dú)特的技術(shù)要求，對其專用的透聲橡膠的硫化工藝進(jìn)行探索和改進(jìn)。在換能器整體硫化時(shí)，在盡量保持橡膠良好的耐久性、透水透聲性的同時(shí)，采取低溫硫化工藝對其進(jìn)行硫化，可以最大程度上保護(hù)換能器各個(gè)電子元器件，使換能器可以長時(shí)間維持在高效率、高精度的工作水平。

[1] 寇利濤,顧勤,丁劍平,等.橡膠硫化反應(yīng)熱對硫化溫度場的影響[J].橡膠工業(yè), 2007,10:619~622.

[2] 仲林建,唐軍.溫度及壓力對換能器性能的影響分析[J].聲學(xué)與電子工程, 2015,04:37~38.

(R-03)

2016年上半年中國擠出機(jī)進(jìn)出口數(shù)據(jù)及解析

2016年1~6月，中國擠出機(jī)進(jìn)口418臺，同比增長1.2%；進(jìn)口金額為19 102萬美元，同比下降10.1%；出口36 505臺，同比增長668.5%，出口金額為18 410萬美元，同比增長3.3%。

2016年6月，中國擠出機(jī)進(jìn)口69臺，同比減少5.5%，環(huán)比增長6.2%；進(jìn)口金額1 314萬美元，同比下降62.5%，環(huán)比下降30.0%；出口1 202臺，同比增長41.1%，環(huán)比增長29.9%；出口金額3 344萬美元，同比增長15.5%，環(huán)比增長42.2%。

2016年上半年，中國擠出機(jī)進(jìn)出口貿(mào)易逆差額額為692萬美元，其中，6月份的貿(mào)易順差額為2 030萬美元。

分國別統(tǒng)計(jì)來看，2016年1~6月份，德國依然保持對中國擠出機(jī)最大出口國地位，但金額同比下降了14.0%。位居第2的日本同樣表現(xiàn)不佳，同比下降17.4%。中國臺灣、意大利、丹麥、俄羅斯等4個(gè)國家或地區(qū)出現(xiàn)超過100%的超大幅度增長，而韓國和芬蘭則呈現(xiàn)大幅度下降的態(tài)勢。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2016年1~6月，越南和印度繼續(xù)保持中國擠出機(jī)出口第1和第2的位置，且金額同比分別增長了37.8%和37.7%。泰國、印度尼西亞3國和2015年同期相比則有大幅度下降。土耳其、俄羅斯、韓國以及中國臺灣等4個(gè)國家或地區(qū)同比有不同幅度的增長，其中，中國臺灣增長幅度最高，為352.9%。

摘編自“中國聚合物網(wǎng)”

Infl uence of curing temperature on transducer vulcanized rubber

Infl uence of curing temperature on transducer vulcanized rubber

Ouyang Xun, Liu Jia, Li Ke, Tang Shaobo
(China Shipbuilding Industry Co. No. 726 Research Institute, Shanghai 200025, China)

With the increasingly high demand for marine resources, the use of the scope and frequency of transducer are constantly expanding as the core technology of marine resources exploration. For the underwater acoustic transducer, the performance of the acoustic transmissionmaterial directly affects the working accuracy and life of the transducer, so the material not only has high strength and durability, but also has low permeability. At present, acoustic transmissionrubber is the most widely used acoustic material. In addition to the difference in the chemical composition of the rubber itself will affect its work effect, the curing temperature will also have an important impact on its rubber properties. This paper first introduces the infl uence of curing temperature on the ordinary rubber vulcanization scheme. Based on the theoretical analysis, some low temperature curing schemes based on transducer are listed in this paper. Based on low temperature curing, this paper makes a detailed analysis of the influence of temperature on vulcanized rubber.

curing temperature; transducer; rubber vulcanization

TQ330.67

1009-797X(2016)18-0058-03

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.015

歐陽荀（1982-），男，本科，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面工作。

2016-07-20