硫化体系对246型氟橡胶耐高温性能的影响

第1期硫化体系对246型氟橡胶耐高温性能的影响
周 琼1,2,刘 伟1
(1.青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东青岛 266042;2.中国石油大学机电学院材料系,北京 102249)
摘要:研究N,N c 2双肉桂叉基21,62己二胺(3#硫化剂)和双酚AF/苄基三苯基氯化磷(BPP)硫化体系对246型氟橡胶硫化特性、物理性能和耐高温性能的影响。

结果表明,选用2份3#硫化剂或并用比为1.5/0.6的双酚AF/B PP 硫化体系的氟橡胶各项性能较好;相对而言,3#硫化剂氟橡胶的拉伸性能较好,硬度较低,有利于加工;双酚AF/B PP 硫化体系氟橡胶物理性能和加工性能稍差,但耐高温性能较好。

关键词:氟橡胶;硫化体系;耐高温性能
中图分类号:T Q330.38+5;T Q333.93 文献标识码:B 文章编号:10002890X(2007)0120035203
作者简介:周琼(19662),女,安徽太湖人,中国石油大学教授,硕士,主要从事功能高分子及复合材料的研究。

氟橡胶具有优异的耐高温、耐油、耐化学药品侵蚀及绝缘特性,在工业领域应用十分广泛[1]。

其常用的硫化体系有3种,即N,N c 2双肉桂叉基2
1,62己二胺(3#硫化剂)、双酚AF 和过氧化物硫化体系。

其中3#
硫化剂相对便宜,相应氟橡胶的耐热、耐油性较好,耐压缩变形性差;双酚AF [1]
硫化的氟橡胶压缩永久变形小,但使用该硫化剂
时需并用促进剂,如苄基三苯基氯化磷(BPP)
[2]
,
价格昂贵;过氧化物硫化体系氟橡胶的耐压缩变形等性能较好,但储存稳定性和流动性欠佳。

此外,
不同硫化体系氟橡胶的耐高温性能也有差异。

246型氟橡胶耐高温性能较好,但国内对其性能,尤其是耐高温性能研究较少。

本工作研究不同硫化体系对246型氟橡胶性能的影响。

1 实验
1.1 主要原材料
氟橡胶(牌号2463)和3#硫化剂,四川晨光化工研究院产品;双酚AF 和BPP,上海仲荣化工有限公司提供;轻质氧化镁,上海三爱富新材料股份有限公司产品;炭黑N990,青岛德固赛化学有限公司产品。

1.2 试验配方
氟橡胶 100,炭黑N990 20,轻质氧化镁
10,硫化体系 变品种、变量。

1.3 主要设备和仪器
SK 21608型双辊筒开炼机,上海橡胶机械厂产品;H S 2100T 2FTMO 22RT 型硫化机,佳鑫电子设备科技(深圳)有限公司产品;GT 2AJ7000S 型电子拉力试验机和GT 2M2000A 型电子硫化测试仪,台湾高铁科技股份有限公司产品;402型热老化试验箱,上海第二五金厂产品。

1.4 试样制备
胶料采用开炼机在60e 以下混炼,包辊后依次加入轻质氧化镁、炭黑N990和硫化剂薄通6次下片,混炼时间约为30min 。

于170e 测定胶料硫化特性,并对其进行加压硫化,硫化条件为170e /13MPa @t 90。

1.5 测试分析
硫化曲线采用电子硫化测试仪进行测定;各项物理性能均按相应国家标准进行测定;老化性能测试:将试样置于(300?1)e 的烘箱内老化24h,转盘转速为12r #min -1。

2 结果与讨论2.1 3#硫化剂的影响
3#硫化剂的用量对混炼胶硫化曲线的影响如图1所示。

从图1可以看出,随着3#
硫化剂用量的增大,混炼胶的M L 先减小后略有增大,在用量为215份
35
周 琼等.硫化体系对246型氟橡胶耐高温性能的影响
图13#硫化剂用量对硫化曲线的影响3#硫化剂用量(份):1)1;2)1.5;3)2;4) 2.5;5)3。

时达到最小值3.39dN#m;混炼胶的M H持续增大。

在一定的3#硫化剂用量范围内,t10也呈规律性变化,并在用量为2份时达最大值3.18min。

3#硫化剂用量对氟橡胶物理性能的影响如表1所示。

表13#硫化剂用量对氟橡胶物理性能的影响
项目
3#硫化剂用量/份
1 1.5
2 2.53
邵尔A型硬度/度7273727171 100%定伸应力/MPa 1.85 1.99 1.69 2.40 2.15 300%定伸应力/MPa7.179.809.64))
拉伸强度/MPa13.4615.9415.20 5.62 5.13拉断伸长率/%513443437182159
拉断永久变形/%1518202020 300e@24h老化后
邵尔A型硬度/度6768707172
100%定伸应力/MPa 1.77 1.89 1.77 2.70 3.46 300%定伸应力/MPa 5.717.769.39))
拉伸强度/MPa9.4711.0312.728.347.25拉断伸长率/%537419383221168拉断永久变形/%2018181211
从表1可以看出,随着3#硫化剂用量的增大,氟橡胶的拉伸强度先增大后减小,拉断伸长率减小;老化后氟橡胶拉伸强度和拉断伸长率随硫化剂用量的变化规律与老化前相同。

这是由于3#硫化剂用量过大(2.5份以上)时硫化胶出现大量气泡,严重影响了物理性能。

3#硫化剂用量为2份时,氟橡胶的加工性能、焦烧安全性、物理性能和耐高温性能较好。

BPP是一种外观为白色粉末状结晶的高效促进剂,熔点不小于310e[3]。

胺类硫化体系一般不需要加入其它促进剂,但生产中有时为提高效率,也会适当使用。

试验将2份3#硫化剂与0.4份BPP并用,观察BPP对氟橡胶性能的影响,结果如表2所示。

表2BPP对氟橡胶性能的影响
项目未添加BPP添加0.4份B PP 硫化仪数据(170e)
M L/(dN#m) 4.12 4.44
M H/(dN#m)17.4921.24
t10/min 3.02 1.73
t90/min16.1311.18
邵尔A型硬度/度7272
100%定伸应力/MPa 1.69 2.43 300%定伸应力/MPa9.6413.22
拉伸强度/MPa15.2015.50
拉断伸长率/%437362
拉断永久变形/%2020
300e@24h老化后
邵尔A型硬度/度7071
100%定伸应力/MPa 1.70 2.46
300%定伸应力/MPa8.299.94
拉伸强度/MPa10.6510.80
拉断伸长率/%389349
拉断永久变形/%1820
从表2可以看出,加入BPP后,氟橡胶焦烧安全性变差,正硫化时间缩短,交联效率提高,老化前后物理性能变化不大。

综合考虑氟橡胶各项性能的改善程度以及成本因素,试验选取2份3#硫化剂单用。

2.2双酚AF/BPP硫化体系的影响
双酚类硫化体系是以镍盐(铵盐等)为催化剂,通过双酚化合物与脱氟酸(氟化氢)反应形成的双键加成进行硫化的,其中双酚AF通常作为专用的耐高温硫化剂使用。

BPP是与双酚AF并用的非常有效的促进剂。

双酚AF/BPP并用比对氟橡胶硫化曲线的影响如图2所示。

从图2可以看出,随着BPP用量的增大,胶料的焦烧时间和正硫化时间缩短;随着双酚AF用量的增大,焦烧时间和正硫化时间延长,转矩增大。

双酚AF/BPP并用比对氟橡胶物理性能的影响如表3所示。

从表3可以看出,双酚AF/ BPP并用比为1.5/0.6时,氟橡胶的拉伸强度和拉断伸长率较高,耐高温性能较好。

综合考虑胶料的焦烧安全性、加工性能、物理
36橡胶工业2007年第54卷
第1
期图2 双酚AF/BP P 并用比对硫化曲线的影响
双酚AF/BPP 并用比:1) 1.5/0.4;2) 2.5/0.4;3) 3.5/0.4;
4) 1.5/0.6;5) 2.5/0.6;6) 3.5/0.6。

性能和耐高温性能,试验选取双酚AF/BPP 并用比为1.5/0.6。

2.3 不同硫化体系的比较
不同硫化体系氟橡胶性能的对比结果如表4所示。

从表4可以看出,3#硫化剂氟橡胶的物理性能较好,拉伸强度和拉断伸长率高,硬度小,有利于产品加工,但耐高温性能较差;双酚AF/BPP 硫化体系氟橡胶的拉伸强度稍低、拉断伸长率较低、硬度较高,但老化后的拉伸强度、拉断伸长率以及定伸应力等都较高,耐高温性能较好。

3 结论
(1)选用2份3#
硫化剂或并用比为1.5/0.6
表3 双酚AF/BP P 并用比对氟橡胶物理性能的影响
项 目
双酚AF/BPP 并用比
1.5/0.4
2.5/0.4
3.5/0.4 1.5/0.6 2.5/0.6 3.5/0.6邵尔A 型硬度/度797678797678100%定伸应力/MPa 3.60
4.67 6.27 3.89 4.86 6.90300%定伸应力/MPa 11.63))13.11))拉伸强度/MPa 13.1313.8812.9014.4313.5513.13拉断伸长率/%360232182346237180拉断永久变形/%24
20
18
26
21
18
300e @24h 老化后 邵尔A 型硬度/度747274767476 100%定伸应力/MPa 3.17 4.67 5.77 3.34 4.42 1.25 300%定伸应力/MPa 14.88))))) 拉伸强度/MPa 15.8615.0213.4615.8414.2814.33 拉断伸长率/%313202169289206170 拉断永久变形/%
18
16
20
18
18
14
表4 不同硫化体系氟橡胶性能的对比
项 目
3#硫化剂(2份)双酚A F/BPP (并用比1.5/0.6)
邵尔A 型硬度/度7279
100%定伸应力/MPa 1.69 3.89300%定伸应力/MPa 9.6413.11拉伸强度/MPa 15.2014.43拉断伸长率/%437346拉断永久变形/%20
26
300e @24h 老化后 邵尔A 型硬度/度7076 100%定伸应力/MPa 1.70 3.78 300%定伸应力/MPa 8.2911.00 拉伸强度/MPa 10.6512.69 拉断伸长率/%389347 拉断永久变形/%
18
20
的双酚AF/BPP 硫化体系时,氟橡胶的硫化特性、物理性能和耐高温性能相对较好。

(2)两种硫化体系相比较,3#
硫化剂氟橡胶的拉伸性能较好,硬度较低,有利于加工;双酚AF/BPP 硫化体系氟橡胶物理性能和加工性能稍差,但耐高温性能较好。

参考文献:
[1]谢忠麟.氟橡胶配方技术讨论[J ].中国橡胶,2000(15):232
26.
[2]高鉴明,唐 跃.双酚硫化体系对氟橡胶性能的影响[J].汽
车工艺与材料,2005(2):16.
[3]刘印文.氟橡胶硫化促进剂B PP 的应用试验[J].特种橡胶制
品,1994,15(6):12213.
收稿日期:2006207223
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周 琼等.硫化体系对246型氟橡胶耐高温性能的影响。