氟橡胶与聚偏氟乙烯并用研究

第28卷 第6期2007年12月特种橡胶制品

Special P ur po se R ubber Pr oducts V ol.28 N o.6 December 2007

氟橡胶与聚偏氟乙烯并用研究

黄源璐,倪海鹰,杨 伟,陈 军*

(四川大学高分子材料科学与工程学院,成都 610065)

摘 要:研究了聚偏氟乙烯对氟橡胶力学性能、动态力学性能和形态结构的影响。随着聚偏氟乙烯含量的增加,氟橡胶/聚偏氟乙烯并用胶的拉伸强度、撕裂强度、硬度、压缩永久变形随之增加,同时拉断伸长率有所下降;动态力学分析(DM A )结果表明:随着P VD F 含量的增加,FK M /P VD F 并用胶的储能模量在低温区域内有所减小,但在相对高温区域内有增大的趋势,FK M 的T g 无明显偏移,P V DF 的T g 不明显;扫描电子显微镜(SEM )结果表明:FK M /PV DF 并用胶中,P VDF 为分散相,FK M 为连续相,分散相尺寸小于1L m,提高PV DF 含量,P VDF 有转变为连续相的趋势。关键词:氟橡胶;聚偏氟乙烯;并用

中图分类号:T Q33419 文献标识码:A 文章编号:1005-4030(2007)06-0027-03

收稿日期:2007-01-25

作者简介:黄源璐(1981-),男,硕士研究生,主要从事含氟弹性体

的研究。*通讯联系人。

氟橡胶(FKM )具有耐高温、耐化学腐蚀、耐油、耐老化等优点,对众多的化学介质稳定性很高,但对于极性溶剂,氟橡胶的表现并不理想。聚偏氟乙烯(PVDF)为白色粉末状结晶性聚合物,玻璃化温度-39e 左右,脆化温度-62e 以下,耐蚀性能优良,拉伸强度高、韧性好、硬度大、耐磨性好。故PVDF 在增强FKM 耐极性溶剂方面提供了一条途径。L.M ascia [1]等研究了偏氟乙烯共聚物(偏氟乙烯四氟乙烯共聚物VDF-T FE)增强氟硅橡胶;M.Apostolo [2]

等研究了聚四氟乙烯与氟橡胶的并用;A.Gho sh [3]等人研究了硅橡胶/氟橡胶及其硫化胶粉末共混;M.Abdul [4]等研究了氟橡胶/蒙脱土复合材料的制备及性能;Ting -yu Liu [5]等研究了聚丙烯腈/聚偏氟乙烯膜的表面特征及其相容性。本文研究FKM 与PVDF 的并用,分析和讨论PVDF 对FKM 性能和结构的影响。1 实验部分1.1 原材料

FKM :2602,上海三爱富公司;PVDF:D-1,新华化工有限公司;双酚AF,苄基三苯基氯化磷(BPP),氢氧化钙,活性氧化镁,模的丽,棕榈蜡:

上海三爱富公司提供。1.2 设备及仪器

转矩流变仪:XSS-300,上海轻机模具厂;双辊开炼机:SK2160B,上海橡胶机械厂;平板硫化机:YX250,上海西玛伟力橡胶机械有限公司;电热鼓风恒温老化箱:DB2206SC,成都天宇实验设备有限责任公司;电子拉力试验机:AG-10TA,日本岛津;邵氏橡胶硬度计:Lx -A,江苏锡山前洲测量仪器厂;动态机械分析仪:Q-800DMA,美国T A 公司;扫描电子显微镜,JSM -5900LV,日本JEOL 公司。

1.3 FKM/PVDF 并用胶的制备

按配比在转矩流变仪中加入FKM 和PVDF,温度200e ,转子转速30r/min,时间10min,出料;然后在双辊开炼机上依次加入FKM/PVDF 和硫化剂及其他配合剂,塑炼,混炼,薄通,出片;一段硫化:180e @10min,二段硫化:200e @20h 。1.4 性能测试

拉伸性能按GB/T 528-1998测试;撕裂强度按GB/T529-1999测试;邵尔A 硬度按GB/T531-1999测试;压缩永久变形按GB/T7759-1996测试,150e @24h,压缩率25%;动态力学分析测试温度范围-70e ~60e ,升温速率3e /min,频率1H z;SEM 测试液氮脆断,断面镀金后观察断面形貌。

28 特种橡胶制品第28卷 第6期

2 结果与讨论

2.1 PVDF 对FKM 力学性能的影响

表1列出了不同PVDF 含量FKM/PVDF 并用胶的力学性能。随着PVDF 含量的增加,FKM /PVDF 并用胶的拉伸强度、撕裂强度、硬度、压缩永久变形均增大,同时,拉断伸长率逐渐减小,即FKM /PVDF 并用胶强度有所增加而弹性下降。未加入PVDF 时,FKM 的拉伸强度为11.56MPa,撕裂强度为19.5kN/m;当PVDF 的含量为20份时,拉伸强度增大为18.35MPa,撕裂强度增大为55.8kN/m,实验结果表明PVDF 增强FKM 效果比较显著。

表1 FKM/PVDF 并用胶的力学性能

FKM ,份10095908580PVDF,份05101520双酚AF,份 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2BPP,份0.40.40.40.40.4Ca(OH )2,份66666M gO,份33333M DL,份11111拉伸强度,M Pa 11.5612.1315.217.2918.35拉断伸长率,%256.8243.2236227.2218.4撕裂强度,k N/m 19.524.639.951.055.8邵尔A 硬度,度6065717785压缩永久变形,%

5.91

13.21

20.52

23.48

26.95

注:一段硫化:180e @10min,二段硫化:200e @20h

2.2 PVDF 对FKM 动态力学性能的影响PVDF 对FKM 储能模量和损耗因子的影响见图1。在低温区域,FKM/PVDF 并用胶的储能

模量随着PV DF 含量的增加有减小的趋势;但在相对较高的温度区域,FKM /PVDF 并用胶的储能模量有增大的趋势,这可能与FKM /PVDF 并用胶的交联点密度、材料本身模量的大小、两相分子链间的相互作用有关。储能模量表征了高聚物分子形状发生变化所需要的力。低温区域内,FKM 处在玻璃态,经过交联的FKM 其网络结构使其具有很高的储能模量,加入PVDF 后FKM 的交联点密度有所下降,从而储能模量相应减小;相对较高温度区域内,FKM 处于高弹态,交联点密度对储能模量的影响下降,PVDF 具有较高的模量,对并用胶储能模量的增加有贡献,加入PVDF 后,可能存在两相分子间的物理交联和缠结作用,使FKM 分子发生变形所需要的力增大,从而使FKM/PVDF 并用胶储能模量有增大的趋势。

由图1看出FKM 的损耗因子峰值为1.58,说明FKM 具有很好的阻尼性能,加入PVDF 并随着其含量增加,并用胶的损耗因子有减小的趋势,峰值变化显著,即PVDF 降低了FKM 的阻尼性能,当PVDF 含量为20份时,并用胶损耗因子峰值下降为0.78;在-70e 至60e 的温度范围内,FKM 的阻尼峰在2.7e ,PVDF 的阻尼峰在-26.3e ;当PVDF 含量较少时,FKM /PVDF 并用胶在2.7e 附近出现阻尼峰,而PVDF 玻璃化转变的区域未出现阻尼峰,当PVDF 含量达到20份时,FKM /PVDF 并用胶在2.7e 附近出现阻尼峰,同时在-26.3e 附近也出现了阻尼峰但不明显,两个阻尼峰并没有明显的相互靠近,即PVDF

含量提高时在体系中产生一定程度的相分离。

图1 PVDF 含量对FKM/PVDF 并用胶储能模量和损耗因子的影响

2.3 FKM/PVDF 并用胶的形态结构

图2是FKM /PVDF 并用胶的扫描电子显微镜图。当添加10份PVDF 后,FKM/PVDF 并用

胶出现两相,其中PVDF 为分散相,FKM 为连续相,即/海/岛0结构,PV DF 近似圆球形颗粒比较均匀地分散在FKM 基体中,其尺寸小于1L m,且