不同填料對(duì)氟橡膠性能的影響_圖文

1、第 29卷 第 3期 2008年 6月 特 種 橡 膠 制 品Special Purpose Rubber Products Vol. 29 No. 3 J une 2008不同填料對(duì)氟橡膠性能的影響方曉波 , 黃承亞(華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 , 廣州 510640摘 要 :研究了 3種填料 (氟化鈣 、 硫酸鋇 、 炭黑 對(duì)氟橡膠力學(xué)性能及加工性能的影響 。 結(jié)果表明 , 采用氟化 鈣對(duì)氟橡膠補(bǔ)強(qiáng)作用最明顯 , 但降低了壓縮永久變形性能 ; 而炭黑對(duì)氟橡膠的綜合性能改善最佳 。 關(guān)鍵詞 :氟橡膠 ; 氟化鈣 ; 硫酸鋇 ; 炭黑中圖分類號(hào) :TQ333. 93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文

2、章編號(hào) :1005-4030(2008 03-0032-02收稿日期 :2008-03-22作者簡(jiǎn)介 :方曉波 (1982- , 男 , 廣東揭陽(yáng)人 , 碩士研究生 , 主要從事高分子改性與復(fù)合材料的研究工作。 氟橡膠是主鏈或側(cè)鏈碳原子上含有氟原子的 一種合成高分子彈性體 。氟原子的電負(fù)性極高 ,使得 C -F 鍵鍵能較大 (大約 110kJ mol -1 , 同 時(shí)促使 C -C 主鏈鍵能提高 (97kJ mol -1 , 并 在 F -H 之間利用強(qiáng)范德華力形成氫鍵 , 且其原 子半徑 (0. 064mm 相當(dāng)于 C -C 鍵的一半 , 因此 能夠緊密地排列在碳原子周圍 , 對(duì)聚合物 C

3、-主鏈產(chǎn)生很強(qiáng)地屏蔽作用 , 物高度穩(wěn)定性 , 用 , 行表面改性處理 , 所以氟橡膠與現(xiàn)今普遍使用的 填料之間的界面粘合強(qiáng)度較弱 。然而 , 填料卻可 增大體積 、 降低成本 , 改善力學(xué)性能及加工工藝性 能等 , 對(duì)于氟橡膠這種昂貴的特種橡膠來(lái)說(shuō) , 其作 用更加明顯 。 研究填充體系對(duì)氟橡膠力學(xué)性能及 加工工藝性能的影響具有重要的意義 13。 本文 選用了 3種典型的填料 (氟化鈣 、 硫酸鋇 、 炭黑 來(lái) 探討填料對(duì)氟橡膠性能的影響及其在使用上所體 現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn) 。 1 實(shí)驗(yàn)部分 1. 1 原材料氟橡膠 26, 門(mén)尼粘度 ML (1+10 121 為42, 雙酚 A F ,B PP ,C

4、a (O H 2, 活性氧化鎂 ,N990, 巴西棕 蠟 , 均由廣州普隆塑膠有限公司提供 ; 氟 化鈣 , 上海統(tǒng)亞化工科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品 ; 硫酸 鋇 , 天津市福晨化學(xué)試劑廠產(chǎn)品 。1. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備開(kāi)煉機(jī) , XK 13-021-003型 , 湛江機(jī)械廠產(chǎn)品 ; 無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀 , GT -M2000A 型 , 高鐵儀器 (東 莞 有限公司產(chǎn)品 ; -TCS -2000型 , 高 ( A 型硬度計(jì) , 上 , KSHR100型 , ; 掃描電子顯微鏡 , -5900LV 型 , 日本 J EOL 公司產(chǎn)品。 1. 3 試樣制備基本配方 :氟 橡膠 , 100; 雙酚 A F , 2;

5、BPP , 0. 5;Ca (O H 2,6; 活性氧化鎂 ,3; 巴西棕 蠟 ,1; 填料 (氟化鈣 、 硫酸鋇 、 炭黑 N990 , 變量 。用開(kāi)煉機(jī)混煉 , 加料順序?yàn)?:氟橡膠 活性氧 化鎂 氫氧化鈣 巴西棕 蠟 填料 雙酚 A F B PP ?；鞜挄r(shí)輥溫不超過(guò) 50 , 混煉后停放 12h 以上 , 然后返煉 、 薄通 10遍 。一段硫化采用平板硫化機(jī) , 硫化條件為 170×10min ; 二段硫 化采用熱空氣老化箱 , 硫化條件為 230×24h 。 1. 4 性能測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度 、 拉斷伸長(zhǎng)率按 G B/T 528-1998測(cè)試 ; 撕裂強(qiáng)度按 G B/T

6、529-1999測(cè)試 ; 硬度采 用邵爾 A 硬度 , 按 G B/T 531-1999測(cè)試 ; 壓縮 永久變形按 G B/T 7759-1996測(cè)試 , 測(cè)試條件為 200×24h , 壓縮 25%; 硫化轉(zhuǎn)矩測(cè)試溫度為 170 。 2 結(jié)果與討論 2. 1 硫化特性的研究對(duì) 3種填料填充氟橡膠的硫化特性曲線分 析 , 膠料的焦燒時(shí)間 、 正硫化時(shí)間和加工流動(dòng)性等 參數(shù)見(jiàn)表 1。 2008年 方曉波等 不同填料對(duì)氟橡膠性能的影響 33表 1 3種填料填充 26型氟橡膠的硫化特性參數(shù) 填 料 無(wú) 氟化鈣 硫酸鋇 炭黑 N990 t 10,min ×s 2×321&

7、#215;251×413×14 t 90,min ×s 5×103×143×135×59 M L ,dN m 4. 416. 714. 874. 19 M H ,dN m 38. 4533. 6933. 4635. 09注 :所加填料均為 30份。由表 1可以看出 , 不同填料對(duì)混煉膠硫化時(shí) 間有一定影響 , 氟化鈣和硫酸鋇體系的焦燒時(shí)間 縮短 , 這對(duì)實(shí)際硫化操作不利 ; 而炭黑填充的混煉 膠焦燒時(shí)間延長(zhǎng) , 具有良好的焦燒安全性 。 表 1中 M L 表示膠料的最小轉(zhuǎn)矩 , M L 值越 小 , 說(shuō)明膠料的塑性和流動(dòng)性越

8、好 ; M H 表示膠料 的最大轉(zhuǎn)矩 , M H 值越大 , 說(shuō)明硫化膠的交聯(lián)密度 或模量越大 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示 , 只有炭黑改善了膠 料在硫化成型過(guò)程中的流動(dòng)性 , 這有利于加工工 藝性能的提高 ; 而 3種填料的 M H 都有不同程度 的降低 , 這是由于在相同用量的硫化體系下 , 隨著 填料的加入 , 降低了單位體積的硫化劑含量 , 所以 相應(yīng)的交聯(lián)密度就會(huì)降低 。2. 2 力學(xué)性能的分析,化鈣 、 硫酸鋇 、 炭黑 , 其力學(xué)性能測(cè) 試結(jié)果見(jiàn)表 2。表 2 添加不同填料的氟橡膠混煉膠力學(xué)性能 填 料 無(wú) 氟化鈣 硫酸鋇 炭黑 N990拉伸強(qiáng)度 ,MPa 7. 712. 29. 710.

9、3拉斷伸長(zhǎng)率 , %387327274220撕裂強(qiáng)度 ,kN/m 16. 927. 317. 221. 1邵爾 A 硬度 , 度 62736874 100%定伸應(yīng)力 ,MPa 1. 63. 72. 64. 6壓縮永久變形 , %35573020注 :所加填料均為 30份。由表 2可以看出 , 隨著填料的加入 , 混煉膠拉 伸強(qiáng)度都有很大程度的提高 , 特別是 30份氟化 鈣 , 增幅達(dá)到了 60%左右 ; 其次是炭黑和硫酸鋇 , 增幅分別達(dá)到了 35%和 25%, 這說(shuō)明了 3種填料 都起到了一定的補(bǔ)強(qiáng)作用 。氟化鈣和炭黑對(duì)抗撕裂性能的作用比較顯 著 , 相對(duì)于不加填料的氟橡膠體系 , 撕裂強(qiáng)

10、度都有 了明顯的提高 ; 而硫酸鋇的變化不大 。從表 2還可知 , 填料的加入 , 尤其是炭黑大幅 度提高了硫化膠的抗變形能力 , 特別是含炭黑的 硫化膠 , 其 100%定伸應(yīng)力和硬度明顯增加 ; 而含 硫酸鋇的提高幅度不大 。添加炭黑的膠料具有較低的壓縮永久變形。 這 對(duì)于 26型氟橡膠在密封件方面的應(yīng)用有利 , 所以炭 黑填充的硫化膠在這方面的應(yīng)用占有很大優(yōu)勢(shì)。 綜上所述 ,30份氟化鈣和炭黑對(duì) 26型氟橡 膠力學(xué)性能的改善是較為明顯的 ; 特別是炭黑填 充的氟橡膠 , 綜合性能最佳 。2. 3 形態(tài)分析圖 1是氟化鈣填充氟橡膠的微觀電鏡圖 。 從 圖 1中可看出 , 氟化鈣在氟橡膠中的

11、分布較為均 勻 , 結(jié)合程度也好 , 這可能是因?yàn)榉}和氟橡膠 中都有氟原子的存在 , 相容性好 , 導(dǎo)致其力學(xué)性能 提高明顯 。圖 1 氟化鈣填充硫化膠的 SEM 照片氟化鈣用量 ,30份 ; 放大倍率 ,1000 。圖 2 硫酸鋇填充硫化膠的 SEM 照片硫酸鋇用量 ,30份 ; 放大倍率 ,1000。圖 2是硫酸鋇填充氟橡膠的微觀電鏡照片 。 由圖 2可以看出 , 盡管硫酸鋇顆粒較小 , 但其與膠 料的親和力較差 , 在膠料中的分布不太均勻 , 某些 地方還出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象 , 所以產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)多 , 相 應(yīng)的硫化膠拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度都較低 。圖 3是炭黑填充氟橡膠的微觀電鏡照片 。 從

12、 圖 3可以看出 , 炭黑 N990在氟橡膠中分布均勻 , 34 特 種 橡 膠 制 品 第 29卷 第 3期所以綜合性能好 。雖然有少量團(tuán)聚現(xiàn)象 , 但炭黑 與基體結(jié)合緊密 , 原因在于 N990顆粒比表面積 和結(jié)構(gòu)均較低 , 表面光滑 , 易分散 , 流動(dòng)性好 4, 與 氟橡膠有較大的結(jié)合力 , 所以表現(xiàn)出較好的拉伸 強(qiáng)度 、 撕裂強(qiáng)度以及壓縮永久變形等性能。 圖 3 炭黑填充硫化膠的 SEM 照片炭黑用量 ,30份 ; 放大倍率 ,1000。3 結(jié)論填料粒徑 、 形態(tài) 、 表面活性等因素對(duì)氟橡膠力 學(xué)性能及加工性能具有決定性影響作用 。 氟化鈣對(duì) 26型氟橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用最為明顯 , 但它

13、的使用 會(huì)讓氟 橡 膠 的 壓 縮 永 久 變 形 性 能 變 差 。炭 黑 N990對(duì) 26型氟橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果沒(méi)有氟化鈣好 , 但它有助于提高壓縮永久變形性能 , 綜合性能也 在 3種填料中最佳 。參考文獻(xiàn) :1陳 青 , 魏伯榮等 . 氟橡膠的改性研究進(jìn)展 J.特種橡膠制品 ,2004,25(2 :5761.2傅 政 . 橡膠材料性能 M .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2003. 3徐 竹 , 馬俊輝等 . 不同填料對(duì) 246型氟橡膠性能的影響 J.特種橡膠制品 ,2005,26(6 :21Influence of FA ao 2bo , H UA N G Cheng 2y a(of Tec

14、hnology , Guangzhou 510640,China Abstract :The of t hree types of fillers ,such as calcium fluoride ,barium sulfate and car 2bon black , on t he mechanical p roperties and p rocessing of fluoro rubber was st udied. The result s showed t hat calcium fluoride had good reinforcing performance ,and lowe

15、red t he compression set of fluoro rubber. However , t he integral p roperties of fluoro rubber were optimal by adding in carbon black.K ey w ords :fluoro rubber ;calcium fluoride ;barium sulfate ;carbon black復(fù)合橡膠已被橡膠企業(yè)廣泛接受所謂的復(fù)合橡膠是指天然橡膠含量在 95%99. 5%之間 , 添加少量的硬脂酸 、 丁苯橡膠 、 順 丁橡膠 、 異戊橡膠 、 氧化鋅 、 炭黑或增塑劑 , 經(jīng)混煉 加工而成的橡膠 。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹 , 復(fù)合橡膠在天然橡膠進(jìn)口 中的比例正在迅速提升 , 主要原因是天然橡膠進(jìn) 口關(guān)稅過(guò)高而致 。據(jù)了解 ,2007年以前 , 天然橡 膠進(jìn)口關(guān)稅為 20%,2007年以后 , 雖說(shuō)實(shí)現(xiàn)了選 擇關(guān)稅率 , 但調(diào)整后的天然橡膠進(jìn)口關(guān)稅仍在 10%20%之間 , 而從東盟進(jìn)口的復(fù)合橡膠關(guān)稅僅為 5%, 在保稅區(qū)將天然橡膠加工成復(fù)合橡膠再進(jìn)口 , 關(guān)稅才是 8%, 因此 , 復(fù)合橡膠進(jìn)口已成 為橡膠