探究硫化温度对换能器硫化后橡胶的影响

欧阳荀，刘佳，李科，唐少波

（中国船舶重工集团公司第七二六研究所，上海　200025）

探究硫化温度对换能器硫化后橡胶的影响

欧阳荀，刘佳，李科，唐少波

（中国船舶重工集团公司第七二六研究所，上海200025）

在对海洋资源利用要求越来越高的今天，换能器作为海洋资源勘探的核心技术部件，使用范围和频率都在不断的扩大。对于水声换能器，透声材料的好坏直接影响换能器的工作精度和寿命，所以透声材料不仅要有高强度的耐久性、同时还得具有低透水性。而目前，透声材料用的最多的是透声橡胶。除了橡胶本身化学成分的不同会影响其工作效果外，其硫化时的硫化温度也会对其橡胶特性产生重要的影响。本文首先介绍了硫化温度对普通橡胶方案硫化的影响，在基于理论基础上列举了一些基于换能器低温硫化方案，并基于低温硫化详细分析温度对硫化后橡胶所带来的影响。

硫化温度；换能器；橡胶硫化

目前，大部分的石油勘探、海洋捕捞等民事作业，甚至包括一些军事海洋活动中，水声换能器都得到了大量的使用。而作为主要的绝缘透声材料，透声橡胶的特性将直接影响换能器的使用效果与精度，同时决定换能器的使用寿命。所以对于换能器橡胶材料的研发与制备在整个换能器的生产过程中占有举足轻重的地位。

1　硫化温度对一般用橡胶硫化的影响

橡胶加工过程中的核心工艺即为橡胶硫化，而硫化温度对于整个硫化工艺来说是最为重要的参数，硫化效率和硫化质量都与硫化温度紧密相关。根据大量的实验研究，硫化温度的升高会对橡胶的硫化特性、交联密度、力学性能等都会产生不利影响。

关于硫化特性，由于较高的硫化温度会使硫化速度加快、硫化时间缩短，橡胶的模量会有所下降，交联键数也相对不多，所以橡胶的热稳定性会不足，导致出现硫化返原现象。对于交联密度，实验证明随着硫化温度的升高，温度在130℃左右时，交联密度会达到最大值。之后，随着温度继续升高，交联密度会逐渐降低，并超过160℃之后，交联密度会急速下降。

在对不同的硫化温度所硫化的橡胶的测试过程中，橡胶的力学特性曲线都呈抛物线形式分布。随着硫化温度的升高，硫化后橡胶的力学性能指标在140℃左右时达到最高值，之后硫化温度越高，力学性能越差。

根据以上分析可得，将橡胶硫化温度保持在一定范围内可以最大程度上增加橡胶制品的物理特性，使橡胶制品的无论是耐久性还是拉伸性都能得到显著提高。相反，过高的温度，会硫化橡胶的产品质量大打折扣。

2　换能器用橡胶的低温硫化工艺分析

相比于普通橡胶制品，水声换能器用的透声橡胶在技术指标上的要求则要更进一步。由于换能器长期工作在水下，所以要求透声橡胶必须具有超强的隔水性能。在低透水性的同时，还要保证对于声波的高穿透性。此外，有些换能器振子的前盖板或电子元器件需要与橡胶硫化在一起，但是，这些电子元器件有时候无法承受硫化过程中的高温和高压，从而导致电子元器件的声学特性降低。这就需要在橡胶硫化时，严格控制温度，低温硫化的工艺技术也正是换能器橡胶硫化所追求的技术目标。目前，在众多透声橡胶的胶料选择中，丁基胶料与氯化丁基胶料运用比较广泛。

工业上，丁基胶料的硫化温度一般为150~160℃，既保证了橡胶硫化后的质量，同时工艺实现起来也较为简单，最常使用的硫化系统为硫磺和烷基酚醛树脂。但是，160℃的高温对于水声换能器的元件而言，则是不能接受的，如此高温会使得换能器的元件损坏并且失效。而且在使用硫磺进行橡胶硫化时，会产生硫化氢，有一定的腐蚀性，从而会造成压电晶体损坏，影响其电气特性。所以，在换能器橡胶整体硫化时，通常采取醌类硫化系统来进行，并配以铅氧化合物进行活化。如此一来，硫化温度可以降低到100~120℃的水平，最大程度上保护换能器的各个元器件。但丁基胶料同时也存在一些弊端，比如存储条件要求较高、与其他介质的黏连能力较差、硫化过程中容易烧焦等等。

由于，丁基胶料存在明显的缺点，氯化丁基胶料在一定程度上弥补了它的不足。氯化丁基胶料的化学结构特点决定了其超低的透水性，据大量试验数据证明，氯化丁基胶料的透水性只有天然橡胶的1/25。同时，耐久性能、绝缘性能、硫化速率都在各胶料属于一流水平。较丁基胶料而言，其强大的黏连能力、且抗烧焦能力更是让丁基胶料望尘莫及。对于氯化丁基胶料硫化，其硫化温度范围也很广，可从100~150℃都可硫化。超低的硫化温度下限为其低温硫化系统提供了完美的平台。但是，100℃的超低硫化温度容易使氯化丁基胶料烧焦，为了防止这类现象产生，可以在硫化过程中添加适当的氧化镁，可以改进其耐热性能。但是不可过多，大约用量不可超过10%，过量添加会导致其黏连能力降低，并且硫化时间变长。

3　基于低温硫化工艺的硫化温度研究

如上所述，在换能器整体硫化时，为了保护电子元器件，低温的硫化工艺是最合适的。低温硫化的范围定义通常为100~150℃。但是，在这个区间内，硫化温度的差别也同样会给硫化后的橡胶特性产生巨大影响。

据此，本文分别对于氯化丁基胶料的低温硫化进行取样试验分析。取样分为三组，第一组为130℃硫化温度，第二组为140℃硫化温度，第三组为150℃硫化温度。而此三组硫化试样中，分别配以适当的促进剂以有效促进低温硫化，由于促进剂的用量非本文论述要点，故不再赘述，详见表1。

表1　三组试样测试数据表

由试验数据可知，当硫化温度逐步降低时，其拉伸强度也随之降低、扯断伸长率随之增长，说明硫化温度降低会对其胶体的物理特性产生一定影响。由于透声橡胶材料的物理性能一般拉伸强度达到12 MPa以上且扯断伸长率大于300%即可，所以硫化温度的降低对透声橡胶材料造成的影响有限。而阻尼温域以及透声系数则显示，降低硫化温度，对于硫化后橡胶的透声能力有比较明显的加强。20℃的硫化温度差将能提升25%的透声性能。然而，降低硫化温度后，水蒸气的透过率有所升高。所以，在低温硫化的过程中，对于低透水性和高透声性是很难同时保持较高水准的。在生产过程中，可以根据不同的需求来制定其硫化系统。

4　结语

橡胶硫化工艺现在已经非常成熟，但在换能器制造领域中，低透水性能的透声橡胶的硫化工艺却还有很大的探索空间。在充分掌握普通橡胶硫化工艺过程中硫化温度对硫化后橡胶的影响后，根据水声换能器独特的技术要求，对其专用的透声橡胶的硫化工艺进行探索和改进。在换能器整体硫化时，在尽量保持橡胶良好的耐久性、透水透声性的同时，采取低温硫化工艺对其进行硫化，可以最大程度上保护换能器各个电子元器件，使换能器可以长时间维持在高效率、高精度的工作水平。

[1] 寇利涛,顾勤,丁剑平,等.橡胶硫化反应热对硫化温度场的影响[J].橡胶工业, 2007,10:619~622.

[2] 仲林建,唐军.温度及压力对换能器性能的影响分析[J].声学与电子工程, 2015,04:37~38.

(R-03)

2016年上半年中国挤出机进出口数据及解析

2016年1~6月，中国挤出机进口418台，同比增长1.2%；进口金额为19 102万美元，同比下降10.1%；出口36 505台，同比增长668.5%，出口金额为18 410万美元，同比增长3.3%。

2016年6月，中国挤出机进口69台，同比减少5.5%，环比增长6.2%；进口金额1 314万美元，同比下降62.5%，环比下降30.0%；出口1 202台，同比增长41.1%，环比增长29.9%；出口金额3 344万美元，同比增长15.5%，环比增长42.2%。

2016年上半年，中国挤出机进出口贸易逆差额额为692万美元，其中，6月份的贸易顺差额为2 030万美元。

分国别统计来看，2016年1~6月份，德国依然保持对中国挤出机最大出口国地位，但金额同比下降了14.0%。位居第2的日本同样表现不佳，同比下降17.4%。中国台湾、意大利、丹麦、俄罗斯等4个国家或地区出现超过100%的超大幅度增长，而韩国和芬兰则呈现大幅度下降的态势。

统计数据显示，2016年1~6月，越南和印度继续保持中国挤出机出口第1和第2的位置，且金额同比分别增长了37.8%和37.7%。泰国、印度尼西亚3国和2015年同期相比则有大幅度下降。土耳其、俄罗斯、韩国以及中国台湾等4个国家或地区同比有不同幅度的增长，其中，中国台湾增长幅度最高，为352.9%。

摘编自“中国聚合物网”

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

欧阳荀（1982-），男，本科，工程师，主要从事结构设计方面工作。

2016-07-20