氟硅橡膠解決耐寒性的途徑解說

 

　　橡膠并用

 

　　將氟橡膠與一些通用橡膠、特種橡膠并用，能夠改善氟橡膠彈性低、耐寒性差、價格昂貴等缺點，獲得性能優異而成本較低的材料。由于氟橡膠自身結構上的特點，使得共硫化體系選擇比較困難，且并用后會部分降低氟橡膠的獨有特性，因此，國內外在并用方面的研究開展的并不廣泛，其中能夠提高氟橡膠的耐寒性的并用體系主要有以下幾種。

 

　　氟橡膠/氟醚橡膠并用

 

　　為改善氟橡膠的低溫性能，國外已于20世紀70年代初合成出氟醚橡膠，其低溫性能較氟橡膠有明顯改善，如Viton GLT氟醚橡膠的Tg較氟橡膠F246降低了約14℃，但其價格較高。北京航空材料研究院通過橡膠并用技術并用少量氟醚橡膠研制出氟橡膠FX-13,改善了氟橡膠的耐寒性，其脆性溫度可達-45℃，且其他物理機械性能優良。通過并用氟醚橡膠不僅有效地改善了氟橡膠的耐寒性，而且其價格也比氟醚橡膠大大降低。

 

　　氟橡膠/乙丙橡膠并用

 

　　二元乙丙橡膠和三元乙丙橡膠均能與氟橡膠進行并用改性，研究較多的是用于四丙氟橡膠的改性。與四丙氟橡膠相比，乙丙橡膠也具有極高的化學穩定性、耐熱、耐候、耐水、耐水蒸氣、耐化學藥品等許多優良特性，但它的典型特點是耐極性介質性能較好，且低溫性能優越。四丙氟橡膠相當于乙烯分子的氟取代物與丙烯的共聚物，因此兩者在組成結構上的相似，為兩者的并用提供了相容性基礎。據資料介紹，將四丙氟橡膠與二元或三元乙丙橡膠并用，能夠提高四丙氟橡膠的耐寒性和彈性，改善加工工藝性能并降低材料的成本。但由于二者的極性相差很大，合理解決共混物的共硫化是并用成功的關鍵。

 

　　氟橡膠/順式異戊橡膠并用

 

　　將順式1,4-聚異戊二烯與不同結構的氟橡膠并用可用于生產橡膠密封件。在此類并用膠中，隨著氟橡膠與異戊橡膠并用比的變化，并用膠可表現出不同的性能。當氟橡膠含量低于50份時，異戊橡膠為連續相，并用膠具有良好的耐寒性，但其耐油性較差，該缺點可通過采用合適的硫化方法（如動態硫化方法）來加以改善。采用動態硫化法，可合理控制并用膠的耐油、耐寒性。

 

　　氟橡膠/硅橡膠并用

 

　　硅橡膠是指分子主鏈以-Si-O-鍵為主，而側基為有機基團（主要是甲基）的一類線形聚合物，是一種兼具無機和有機性質的高分子彈性體。由于其分子結構的特殊性，與其他橡膠相比，硅橡膠具有優異的耐熱性、彈性、耐寒性，優良的脫模性、電氣性、透氣性、導熱性、防水性及良好的溫度穩定性。將硅橡膠與氟橡膠并用，可獲得兼具二者特性的并用膠，可明顯改善氟橡膠耐寒性和彈性差的缺點，如日本合成橡膠公司開發的JSR-JENIXF系列氟橡膠/硅橡膠并用膠具有優良的耐熱性、耐寒性、耐油性、耐水性和耐蒸氣性，且價格相對較低。

 

　　添加合適的增塑劑

 

　　增塑劑是耐寒橡膠制品配方設計中除生膠之外，對耐寒性影響最大的配合劑。研究表明，加入增塑劑能提高橡膠分子鏈的柔性，從而改善硫化膠的耐寒性。一般加入凝固點較低的增塑劑，可降低硫化膠的玻璃化溫度；反之，若增塑劑的凝固點溫度較高，則可使硫化膠的玻璃化溫度提高。從提高硫化膠耐寒性的角度出發，增塑劑的選擇，必須充分估計增塑劑對玻璃化溫度的影響。

 

　　增塑劑的類型和用量，是由橡膠的品種和制品的耐寒性指標決定的。在耐寒性較差的極性橡膠中加入適當的增塑劑，通過增塑劑的極性基團與極性橡膠分子鏈中的極性基團相互作用，降低了極性橡膠分子間的作用力，使分子鏈段易于運動，從而可獲得較好的低溫性能。但對于氟橡膠來說，由于其分子結構高度穩定，采用一般的增塑劑對它不起作用，況且在200-250℃下進行二段硫化的過程中增塑劑會揮發掉，因此能夠應用在氟橡膠中的增塑劑種類極為有限：一種是使用低相對分子質量的含氟烯烴共聚物，亦即氟蠟，作為氟橡膠的增塑劑。如在異戊橡膠與氟橡膠的并用體系中，若加入預先制備的低分子增塑劑ΦNA（由異戊橡膠與氟橡膠在特殊結構的反應器中力學降解制得），則可明顯提高并用膠的耐寒性。另一種是采用含氟酸酯，如氟化己二酸酯作為氟橡膠的增塑劑。該種增塑劑由于分子結構中含有氟，與氟橡膠具有較好的親和性，因此能夠改善配合劑的分散和膠料的加工性能，但它的最大優點是在對硫化膠的物理機械性能無明顯影響的前提下，可明顯改善氟橡膠的耐寒性，使氟橡膠制品能夠在-50℃的溫度下使用。

 

　　選用合適的硫化體系

 

　　氟橡膠所用的硫化體系目前大體上可分為3類：胺類、酚類和有機過氧化物類。據資料報道，對于三愛富公司生產的F246系列氟橡膠，當采用單一硫化劑作為硫化體系時，無論是選用胺類、酚類還是過氧化物類硫化劑，對氟橡膠的低溫性能影響都不是很明顯，差異也不大。對于不同的氟橡膠品種與不同的硫化體系配合，及采用不同的硫化方法對氟橡膠耐寒性的影響還有待于進一步研究。

 

　　選用合適的填充劑

 

　　一般來說，加入填充劑不會明顯改變橡膠的玻璃化轉變溫度，填充劑對橡膠耐寒性的影響，取決于填充劑和橡膠相互作用后所形成的結構。活性炭黑粒子和橡膠分子之間會形成不同的物理吸附鍵和牢固的化學吸附鍵，會在炭黑粒子表面形成生膠的吸附層（界面層），該界面層的性能與玻璃態生膠的性能十分接近，限制分子鏈的運動，使被吸附生膠的玻璃化溫度上升，阻礙鏈段構型的改變，因此，不能指望加入填充劑來改善氟橡膠的耐寒性。