换能器硫化时产生气泡问题的案例分析与解决方法

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1、换能器硫化时产生气泡问题的案例分析与解决方法　　摘要如今，在海洋资源开发越来越快、水声设备的需求日益增长的大环境下，声呐作为水下探测器的一种已经得到广泛使用。声呐的主要传感器为水声换能器，由于在水声换能器需要在水中进行工作，所以在换能器外部以及相关电缆外通畅会包覆一层透声橡胶用以透声防水。但是水声换能器用橡胶的硫化却有别于其他橡胶制品，成为一大难题，硫化过程中气泡的产生也比较常见。基于此，本文将针对这一问题详细分析橡胶硫化时气泡产生的原因，其次通过实际案例进行分析，最后根据分析提出可参考的解决方法。　　关键词换能器；气泡；

2、原因；对策　　中图分类号P7文献标识码A文章编号1674-6708（2016）172-0261-02　　声呐是海洋活动中最为常见的一种水声设备，其主要的作用是用于探测水下物体间的距离。而声呐最主要的核心部件即为水声换能器，由于换能器需要在水下工作。所以通常情况下，换能器由一层水声橡胶所包裹。与普通橡胶不同，水声橡胶需要具有一定水密性和透声性。由于需要严丝合缝地包裹换能器以及电缆，所以在橡胶硫化时需要与换能器同时进行，所以对于橡胶的选材、填料配料的选择、硫化工艺的使用都比较苛刻。在这样的工艺下，较为容易产生气泡，这些气泡不仅

3、会降低水密性能，更会吸收大量的声波能量，使得透声性能大幅降低。5　　1气泡产生的原因　　简单地来说，硫化橡胶中的气泡形成是由于易挥发物的含量过饱和引发的。在换能器硫化时，由于橡胶分子结构的变化以及周围温度、压力的变化，使得橡胶中易挥发物的饱和能力也发生变化，从而导致易挥发物过饱和而在透声橡胶硫化过程中，橡胶内部产生气泡核并生长成为气泡。所以想要充分了解气泡产生的原因，必须要搞清楚，易挥发物的成分有哪些，从而可以在源头上，最大程度的避免气泡的产生。　　1）橡胶中挥发物的来源并不是单一的，但是最大的部分应该是水蒸气。而水蒸气主

4、要来源于生产环境的湿气。根据研究表明，在橡胶生产加工过程中，填料的吸水性能是相对最强的。炭黑是橡胶加工过程中最常用的填料之一，而其水分含量最高可达4%。除了炭黑，白炭黑、纤维素、尼龙纤维、陶土等都具有比炭黑更高的吸水能力。除了填料，橡胶本身也会从周遭的空气中吸收水分。硫化过程中，由于高温的影响，水分蒸发成了水蒸气并在橡胶本体中留下气泡。　　2）空气在气泡形成的过程中同样功不可没。在橡胶制备过程中，微量的空气会被混入到胶料中。同样地，填料中也会参入些许空气，虽然空气的含量并不高，但是在硫化过程中，温度将会升高，空气的体积将会

5、被膨胀数倍。这样的情况下，微量的空气也会造成数个微小的气泡。5　　3）除了以上两种主要的气泡来源，增塑剂、配合剂等也是气泡产生的原因之一。增塑剂由于沸点较低所以比较容易气化，产生气泡核，并通过水蒸气使气泡核成长为气泡。而配合剂与增塑剂不同，配合剂不容易气化，但是在橡胶流过过程中，配合剂会分解为容易挥发的化学产物，比如说酮类和醇类。　　2硫化工艺实例分析　　目前，透声橡胶的选料已经有了很多的选择，根据各胶料的化学结构和物理特性，天然橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯橡胶等等都可以通过不同的加工工艺，使其成为可以在换能器上使用的

6、透声隔水橡胶。　　聚氨酯橡胶具有较强的力学性能和化学分子结构，具有耐磨性、耐油性、缓冲性、绝缘性、生物相容性等等，所以被众多领域广泛使用。当然，最重要的，在水声换能器中，这种胶料可以作为包覆材料所使用，具有较高水密性和透声性的综合水平。在使用混炼型工艺后，样品分析如下：　　1）室温下过辊塑炼四至五次。　　2）加入活性剂、炭黑等填料混炼，混炼时采用割八字刀的方法。　　3）加入促进剂、硫磺等混炼，此阶段的混炼采用薄通、打三角包等割刀混炼法。　　4）常温放置15个小时以上。　　5）硫化机进行硫化，硫化压力为15MPa，硫化温度为

7、130℃。　　在所得样品的测试中，透声系数为0.75左右而水密性能在43.80g/m2×24h。在扫描电子显微镜（SEM）分析后，样品中存在气泡较多且较为明显。使得水密性和透声性都有了一定的下降。　　3产生气泡的解决方法　　在基于上述实例的研究中，本文将通过如下几个方面论述解决气泡产生的方法。5　　1）湿气排除。在混炼型聚氨酯橡胶生产工艺中，需要加入炭黑等填料。前文已经论述，炭黑具有很强的吸水能力。所以为了确保在加入填料前填料的含水量降到最低，首先在储运过程中，填料的存放运输环境必须尽量避免潮湿；其次，填料必须进行烘箱烘干

8、处理，这样不仅可以蒸发掉所有材料中所含的水分，而且还能够使增塑剂等低沸点的材料挥发殆尽。在装模硫化时，也必须对胶料、骨架进行烘干程序。　　2）泄压排气。在橡胶硫化前，需要进行泄压排气，以排出一些胶料中参入的空气。根据研究数据，泄压排气可以进行3次左右，排气的效果以及效率最高。此外，还有其他的一些因素会影