炭黑與氧化鋅對(duì)于全氟醚橡膠性能的影響

田志揚(yáng)，陶春建

（浙江圓通新材料有限公司，浙江 嘉興 314200）

全氟醚橡膠，由全氟(甲基乙烯基)醚、四氟乙烯和全氟烯醚聚合而成，也稱為全氟橡膠。這種橡膠沒有C-H鍵，因此擁有極高的耐溫、耐化學(xué)品性能，遠(yuǎn)超過氟橡膠。通過將第3種硫化劑引入到全氟醚橡膠的基團(tuán)，可以形成三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高它的彈性。這種三維網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量取決于它的特殊的物理特征及相互作用的機(jī)制[1-4]。

通過利用其獨(dú)特的物理和化學(xué)特征，全氟醚橡膠被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如半導(dǎo)體、航空航天、汽車、船只、武器裝備和石油勘探等[5]。

氟醚橡膠具有優(yōu)異的自我修復(fù)特性，它的硫化反應(yīng)使其具備更大的抗拉力。盡管添加補(bǔ)充劑也會(huì)增強(qiáng)其抗拉力，但這種修飾方法的目的更多地在于改善其加工性能、減少制造費(fèi)用、增強(qiáng)其耐溫、抗壓、抗沖擊等特點(diǎn)[6-9]。

本研究通過比較9 種不同用量的炭黑N990、氧化鋅補(bǔ)強(qiáng)劑，以探討他們?cè)诟纳迫严鹉z膠料的硫化特性、物理性能方面的作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

PFR94全氟醚橡膠，氟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)72.5%，門尼粘度在100 ℃時(shí)為71；炭黑N990，氧化鋅，助交聯(lián)劑三烯丙基異氰尿酸酯（TAIC），硫化劑2,5-二甲基-2,5-雙(叔丁基過氧基)己烷（雙2,5），工業(yè)品。

1.2 設(shè)備和儀器

開煉機(jī)，KL-9；橡膠真空硫化機(jī)，TY-100；電熱鼓風(fēng)干燥箱，F(xiàn)XB101-2；無轉(zhuǎn)子硫化儀，EKT-2000S；拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)儀，TS-2000；邵爾橡膠硬度計(jì)，Bareiss Digitest II。

1.3 基本配方

設(shè)計(jì)了9 個(gè)實(shí)驗(yàn)配方，以氟醚橡膠的質(zhì)量為準(zhǔn)，包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%的TAIC、3%的硫化劑，改變N990、氧化鋅用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)基本配方Tab 1 Basic formula of experiment

1.4 試樣制備

保持環(huán)境溫度為45～50 ℃。將適當(dāng)?shù)奶砑觿┨砑拥介_煉機(jī)里，并攪拌1～2 min；按順序添加助交聯(lián)劑TAIC、硫化劑雙2,5 和補(bǔ)充材料（炭黑N990、氧化鋅）；再次攪拌5～6 min；再多次攪拌，并多次使用這些添加劑；最后將他們處于室溫下，并保持20～24 h。

使用平板硫化機(jī)在160 ℃、8 min 下完成一段硫化，然后將其置于高溫干燥箱中，以200 ℃、4 h完成二段硫化。

按照GB/T 16584-1996 進(jìn)行硫化特性測(cè)試，按照GB/T 531.1-2008 進(jìn)行邵爾硬度測(cè)定，按照GB/T 528-2009進(jìn)行100%模量、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率測(cè)定[10-12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

9 個(gè)實(shí)驗(yàn)配方混煉膠的硫化數(shù)據(jù)（160 ℃）如表2所示。

表2 硫化性能數(shù)據(jù)Tab 2 Vulcanization performance data

由表2可以看出，炭黑和氧化鋅對(duì)于全氟醚橡膠硫化的扭矩都有提升效果，炭黑的提升效果更加明顯。炭黑含量對(duì)于硫化速率并沒有顯著的影響，而氧化鋅對(duì)于硫化速率有明顯的提升。

2.2 物理特性

9 個(gè)實(shí)驗(yàn)配方混煉膠的物理特性數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 混煉膠物理特性Tab 3 Physical properties of mixing rubber

全氟醚橡膠本身具有良好的物理特性，補(bǔ)強(qiáng)填料的加入對(duì)于其物理特性有著良好的提升。由表3可以看出，在炭黑用量不變的情況下，隨著氧化鋅用量的增加，橡膠的抗拉強(qiáng)度以及100%模量都有明顯的提升，斷裂伸長(zhǎng)率有明顯的下降。

在氧化鋅用量不變的情況下，隨著炭黑用量的增加，橡膠的抗拉強(qiáng)度以及100%模量都有明顯的提升，斷裂伸長(zhǎng)率有明顯的下降。

炭黑對(duì)于橡膠的抗拉強(qiáng)度、100%模量和斷裂伸長(zhǎng)率的影響明顯大于氧化鋅。

斷裂伸長(zhǎng)率隨著炭黑以及氧化鋅用量的增加而變小。在一定范圍內(nèi)炭黑以及氧化鋅的用量對(duì)于橡膠永久壓縮變形率幾乎沒有影響。

3 結(jié) 論

1）隨著炭黑和氧化鋅的用量增加，對(duì)于橡膠的硫化性能有明顯的影響。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的炭黑N990 與質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%氧化鋅時(shí)，橡膠90%硫化時(shí)間減少到了112 s。

2）隨著補(bǔ)強(qiáng)填料的增加，全氟醚橡膠斷裂伸長(zhǎng)率有著明顯的下降。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的炭黑與質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的氧化鋅時(shí)，橡膠硬度提升到了81度，斷裂伸長(zhǎng)率降低為134%。在一定范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)填料的用量不影響其永久壓縮變形率。