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炭黑等填料对氟橡胶性能的影响分析


炭黑等填料对氟橡胶性能的影响分析 摘要:研究了 3 种填料(氟化钙、硫酸钡、炭黑)对氟橡胶力学性能及加工 性能的影响。结果表明,采用氟化钙对氟橡胶补强作用最明显,但降低了压缩永 久变形性能;而炭黑对氟橡胶的综合性能改善最佳。 关键词:氟橡胶 氟化钙 硫酸钡 炭黑 氟橡胶是主链或侧链碳原子上含有氟原子的一种合成高分子弹性体。 氟原子 的电负性极高,使得 C-F 键键能较大(大约 1

10kJ.mol-1) ,同时促使 C-C 主链键 能提高(97kJ.mol-1) ,并在 F-H 之间利用强范德华力形成氢键,且其原子半径 (0.064mm)相当于 C-C 键的一半,因此能够紧密地排列在碳原子周围,对聚合 物 C-C 主链产生很强地屏蔽作用,从而赋予了含氟高聚物高度稳定性。由于氟 橡胶这种化学结构, 使得氟橡胶基体与绝大多数填料之间并不存在化学作用,也 很难找到一种合适的表面活性剂对填料进行表面改性处理, 所以氟橡胶与现今普 遍使用的填料之间的界面粘合强度较弱。然而,填料却可增大体积、降低成本, 改善力学性能及加工工艺性能等,对于氟橡胶这种昂贵的特种橡胶来说,其作用 更加明显。 研究填充体系对氟橡胶力学性能及加工工艺性能的影响具有重要的意 义。本文选用了 3 种典型的填料(氟化钙、硫酸钡、炭黑)来探讨填料对氟橡胶 性能的影响及其在使用上所体现的优缺点。 1、实验 1.1 原材料 氟橡胶 26,门尼粘度[ML(1+10)121℃]为 42,双酚 AF,BPP,Ca(OH) 2,活性氧化镁,N990,巴西棕蜡;氟化钙和硫酸钡。 1.2 需要的实验设备 开炼机, XK13-021-003 型;无转子硫化仪, GT-M2000A 型;拉力机, GT-TCS-2000 型;邵尔 A 型硬度计;平板硫化机,KSHR100 型;扫描电子显微 镜,GSM-5900LV 型。 1.3 试样制备基本配方 氟橡胶,100;双酚 AF,2;BPP,0.5;Ca(OH)2,6;活性氧化镁,3; 巴西棕蜡,1;填料(氟化钙、硫酸钡、炭黑 N990) ,变量。用开炼机混炼,加 料顺序为: 氟橡胶→活性氧化镁→氢氧化钙→巴西棕蜡→填料→双酚 AF→BPP。 混炼时辊温不超过 50℃,混炼后停放 12h 以上,然后返炼、薄通 10 遍。一段硫 化采用平板硫化机,硫化条件为 170℃× 10min;二段硫化采用热空气老化箱,硫 化条件为 230℃× 24h。 1.4 性能测试 拉伸强度、拉断伸长率按 GB/T528-1998 测试;撕裂强度按 GB/T529-1999 测 试 ; 硬 度 采 用 邵 尔 A 硬 度 , 按 GB/T531-1999 测 试 ; 压 缩 永 久 变 形 按 GB/T7759-1996 测试,测试条件为 200℃× 24h,压缩 25%;硫化转矩测试温度为 170℃。 2、结果与讨论 2.1 硫化特性的研究 对 3 种填料填充氟橡胶的硫化特性曲线分析,胶料的焦烧时间、正硫化时间 和加工流动性等参数见表 1。 由表 1 可以看出, 不同填料对混炼胶硫化时间有一定影响,氟化钙和硫酸钡 体系的焦烧时间缩短, 这对实际硫化操作不利;而炭黑填充的混炼胶焦烧时间延 长,具有良好的焦烧安全性。表 1 中 ML 表示胶料的最小转矩,ML 值越小,说 明胶料的塑性和流动性越好;MH 表示胶料的最大转矩,MH 值越大,说明硫化 胶的交联密度或模量越大。 实验结果显示,只有炭黑改善了胶料在硫化成型过程 中的流动性,这有利于加工工艺性能的提高;而 3 种填料的 MH 都有不同程

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