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表面处理对粘接效果的关键作用
氟橡胶的低表面能特性使其粘接前必须进行严格表面处理。机械处理包括喷砂(100-200目氧化铝砂)或砂纸打磨,增加表面积和机械嵌合;化学处理常用丙酮或专用清洗剂脱脂,去除脱模剂残留;等离子处理(功率50-100W,时间30-60秒)能引入活性基团,提高表面能至40mN/m以上。对于长期存放的氟橡胶件,还需进行表面氟化层去除处理。实验表明,经优化处理的表面可使粘接强度提升3-5倍,耐久性测试(如热油浸泡后)剥离强度保持率超过90%。
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第 27卷 第 3期 特 种 橡 胶 制 品 Vo1.27 No.3
2006年 6月 SpecialPurposeRubberProducts June2006
二段硫化对氟橡胶性能的提高及耐热性的影响
刘 伟 ,孙向南,王声嫒 ,周 琼
(青岛科技大学 橡塑材料教育部重点实验室,青岛 266042)
摘 要:通过改变不同配方的氟橡胶二段硫化温度和时间,确定了佳硫化条件 结果表明.氟橡胶经二段硫
化后力学性能明显提高;经300℃热空气老化后发现,不同二段硫化条件对氟橡胶的耐热性有着不同的影响。
关键词 :氟橡胶;二段硫化;耐高温性能
中围分类号:TQ333.93 文献标识码:A 文章编号 :1005—4030(2006)03—0032—03
氟橡胶是一种耐热弹性体,通常在高温下使 高温性能。
用,所 以,二段硫化是其制品生产过程 中的必要步
1 实验部分
骤 。进行二段硫化的主要 目的是 :(1)使一段硫化
(也称定型硫化)后剩余的未反应交联基团完成反 1.1 原材料
应 ;(2)除去一段硫化 中产生的交联反应残余物 。 氟橡胶 2463,四川晨光化工研究院;3交联
主要是去除氟橡胶制品中存留的水和二氧化 剂(N,N一双 肉桂叉基一1,6一 己二胺),四川晨
碳l1],以及少量的氟化物或硫化剂产生的碎片 光化工研究院;轻质氧化镁 ,上海三爱富公司;炭
等[2]。二段硫化(也称补充硫化)可以改善制品的 黑N99o,青岛德固萨化学有限公司;其他为一般
力学性能和压缩永久变形性能,减少制品使用过 市售工业产品。
程中产生的气体,即降低制品的收缩率口]。因此, 1.2 设备与仪器
二段硫化在氟橡胶硫化过程中有着重要的作用。 双辊开炼机 SK—l608,上海橡胶机械厂;电
一 段硫化一般取 160℃~18o℃,也可采用 子硫化测试仪GT--M2000A,台湾高铁科技股份
150℃硫 化L4],硫 化 时间视 制 品厚度 ,可 以从 有限公司;硫化机 HS 1O0T—FTM0—2RT,佳
10min到40min不等 。二段硫化置于烘箱 内逐步 鑫电子设备科技(深圳)有限公司;电子拉力实验
升温,h升至 150℃,第 2h升至 200℃,第 3h 机 (;T—AJ7000S,台湾高铁科技股份有限公司;
升至250℃,恒温 12h,一般不短于 6h[5];有的[。] HD 10厚度仪,上海化工机械4厂;402型热老
二段硫化条件采用 230℃×24h(要逐步加温 化试验箱,上海第 2五金厂沼 氏硬度计,上海险
到 230℃后恒温记时) 《橡胶工业手册》6『中对 峰电影机械厂。
不同种类、不同结构的橡胶制品二段硫化条件做 I.3 试验工艺
了总结 ,介绍了不同的工艺。但是 ,以上文献 中都 采用双辊开炼机在 60℃以下混炼 ,包辊后依
没有研究二段硫化对含润滑体系的氟橡胶制品性 次加入轻质氧化镁 、润滑剂 、炭黑 N990、硫化剂 ,
能的影响。 薄通 6次出片。混炼时间约为 30min。放置后测
本文重点研究了加入润滑体系,使加工性能 试硫化特性、加压硫化 。硫化条件 160℃×正硫
明显改善的氟橡胶的二段硫化工艺,对比了传统 化时间,压力 13MPa。二段硫化 :选用 了200C‘和
的简单配方,通过实验确定了不同氟橡胶配合体 250℃2个温度段分别经过 3,6,
氟橡胶配方,一般是由生胶、吸酸剂、硫化剂、促进剂、补强填充剂、加工助剂等组成。
1.生胶
国产氟橡胶和国外的氟橡胶的性能基本相同,只是加工性能有些差异,国产胶的加工性能较差,主要是门尼粘度较高,相应影响胶料的加工流动性。
国产氟橡胶26相当于美国杜邦公司的 VitonA,氟橡胶246相当于 VitonB, 国外的氟橡胶生胶中有不少已添加了硫化剂,美国3 M公司和日本大金公司供应的氟橡胶已经含有硫化剂。
2.硫化剂
硫化是使氟橡胶产生一定程度的交联,使其具有良好的使用性能。氟橡胶硫化可以采用亲核试剂的离子加成方式进行,也可以以过氧化物或射线以自由基方式进行。
用胺类化合物(1#、3#硫化剂)硫化氟橡胶,可以解 决一般产品的要求;采用2#硫化剂,可以解决胶浆的加工。
在密封制品中,为使其具有较小的压缩变形值,应优先选用酚类化合物作为硫化剂。如对苯二酚、双酚A、双酚AF等,并配用相应的促进剂,以适应高层次的性能要求。
在解决对腐蚀性介质的抗耐性方面,建议采用过氧化物硫化氟橡胶。
3.吸酸剂
吸酸剂也称为稳定剂。它是为了解决氟橡胶加工过程中产生氟化氢对金属的腐蚀和污染,使硫化反应顺利进行。一般采用MgO、CaO、ZnO、PbO、二盐基亚磷酸铅,其用量一般在5~10份。它们的加入各有特点, MgO耐热性好、PbO 耐酸性好;CaO压缩变形小;对消除气泡有利;ZnO和二盐基亚磷酸铅可使胶料流动性得到改善,耐水性好,Ca(OH)₂ 压缩变形小,加入Ca(OH)₂ 和活性MgO,在酚类硫化体系中,可得到低压缩变形的胶料。总之,要选择合适的吸酸剂,以满足实际性能的要求。
4.补强填充剂
氟橡胶是一种自补强性的橡胶。由于性能要求和用途的不同,需要通过补强、填充体系进行调节,使其功能和成本适应用户的需要。 一般用量在10~30 份之间。目前常用的补强填充剂大致上有热裂法炭黑(N-990)、喷雾炭黑、白炭黑、碳酸钙、硫酸钡、氧化钙、碳纤维等。
采用从加拿大的N-990 炭黑或喷雾炭黑,在黑制品中均可取得较好的加工工艺和相应的物理性能。
加入20份碳纤维的氟橡胶,其胶料流动性好,复杂形状产品硫化之后,其 外观优于添加N-990 和喷雾炭黑产品,表面光滑。由于含碳纤维的胶料热导率大,适合高速运动的橡胶件使用。应该指明的是,加入碳纤维的产品成本高,伸长率低。
彩氟橡胶制品可以使用白炭黑、钛白粉、氟化钙、碳酸钙等,并配合相应的颜即可制得相应的胶料。但是,在加工压缩型密封制品时,选用彩原料要注意颜料对高温的抗耐性。此外,还要控制胶料的压缩变形值,使产品适应压缩状态下的工作需要。
5.加工助剂
加工助剂的应用是近年来氟橡胶加工的一大进步,它是在不影响胶料性能发挥的前提下,改善氟橡胶的混炼工艺,焦烧,改进胶料的流动性和压出性能,并能在加工中粘辊、粘模,起到外脱模剂的作用。
在氟橡胶的加工中,已出现过氟蜡、低分子聚乙烯、硬脂酸锌、Ws280、棕榈蜡、模特丽935等新的加工助剂,为氟橡胶的加工和应用提供了新的手段,其 加入量在1~2份。
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耐寒性能 :26 型氟橡胶的 耐寒性能较差, 其保持弹性的限温度为 - 15~ - 20℃ 。美国杜邦公司开发的 Viton GLT, 其低温性能得到很好的改进 , 可适用于 - 54 ℃下的密封 ,是阿拉斯加油田用的低温密封材料。特定的温下的密封 , 有时也用氟橡胶。
气透性与真空性能 : 氟橡胶有很低的透气性 , 在高温、高真空条件下 , 具有小的气体挥发量 (失重 ) , 因此 , 它的耐高真空性能好。
耐侯、耐臭氧性能 : 氟橡胶对日光、臭氧和天候老化十分稳定。硫化胶经过 10 年的自然老化 , 还保持很好的性能。
耐燃性能 :氟橡胶与火接触能燃烧 , 但离开火后即熄灭 , 它属于自熄橡胶。氟橡胶的氧指数为 61~ 64。
二、氟橡胶配方 , 一般是由 生胶 、吸酸剂 、硫化剂、促进剂 、补强填充剂 、加工助剂等组成 。
1、 生胶
国产氟橡胶和国外的氟橡胶的性能基本相同, 只是加工性能有些差异 , 国产胶的加工性能较差 , 主要是门尼粘度较高 , 相应影响胶料的加工流动性 。
国产氟橡胶 26 相当于美国杜邦公司的VitonA , 氟橡胶 246 相当于 VitonB , 国外的氟橡胶生胶中有不少已添加了硫化剂 , 美国 3M公司和日本大金公司供应的氟橡胶已经含有硫化剂。
2、 硫化剂
硫化是使氟橡胶产生一定程度的交联, 使其具有良好的使用性能 。氟橡胶硫化可以采用亲核试剂的离子加成方式进行 , 也可以以过氧化物或射线以自由基方式进行 。用胺类化合物 (1# 、 3# 硫化剂 ) 硫化氟橡胶, 可以解决一般产品的要求 ; 采用 2# 硫化剂, 可以解决胶浆的加工 。
1 号:己二胺氨基甲酸盐
2 号:乙二胺氨基甲酸盐
3 号:N,N-二亚肉桂基六亚甲基己二胺
4 号:亚甲基(对氨基环己基甲烷)氨基甲酸盐
5 号:对苯二酚(氢醌)
在密封制品中 , 为使其具有较小的压缩变形值 , 应优先选用酚类化合物作为硫化剂 。如对苯二酚 、双酚 A 、 双酚 AF 等, 并配用相应的 促进剂APP ,以适应高层次的性能要求 。
在解决对腐蚀性介质的抗耐性方面 , 建议采用过 氧化物硫化氟橡胶 。
3、 吸酸剂
吸酸剂也称为稳定剂 。它是为了解决氟橡胶加工过程中产生氟化氢对金属的腐蚀和污染 , 使硫化反应顺利进行 。一般采用 MgO 、CaO、ZnO、PbO、二盐基亚磷酸铅, 其用量一般在 5 份~ 10 份。它们的加入各有特点 ,MgO 耐热性好 、 PbO 耐酸性好 ;CaO 压缩变形小 ; 对消除气泡有利 ; ZnO 和二盐基亚磷酸铅可使胶料流动性得到改善 , 耐水性好 ; Ca(OH ) 2 压缩变
形小 , 加入 Ca( OH ) 2 和活性 MgO , 在酚类硫化体系中 ,可得到低压缩变形的胶料 。总之 , 要选择合适的吸酸剂 ,以满足实际性能的要求 。
4、 补强填充剂
氟橡胶是一种自补强性的橡胶 。由于性能要求和用途的不同 , 需要通过补强 、填充体系进行调节 ,使其功能和成本适应用户的需要 。一般用量在 10 份~ 30 份之间 。目前常用的补强填充剂大致上有热裂法炭黑 ( N 990)、喷雾碳黑 、白炭黑 、碳酸钙 、硫酸钡 、氧化钙 、炭纤维等 。
采用从加拿大的 N 990 炭黑或喷雾碳黑 , 在黑制品中均可取得较好的加工工艺和相应的物理性能 。加入 20 份炭纤维的氟橡胶 , 其胶料流动性
好 , 复杂形状产品硫化之后 , 其外观优于添加N 990 和喷雾炭黑产品 , 表面光滑 。由于含炭纤维的胶料导热系数大 , 适合高速运动的橡胶件使用 。应该指明的是 , 加入炭纤维的产品成本高 , 伸长率低 。
彩氟橡胶制品可以使用白炭黑 、 钛白粉 、硅藻土、硅土、氟化钙 、碳酸钙等 , 并配合相应的颜即可制得相应的胶料 。但是 , 在加工压缩型密封制品时 ,选用彩原料要注意颜料对高温的抗耐性 。此外 , 还要控制胶料的压缩变形值 , 使产品适应压缩状态下的工作需要 。
5、 加工助剂
加工助剂的应用是近年来氟橡胶加工的一大进步 ,它是在不影响胶料性能发挥的前提下 ,改善氟橡胶的混炼工艺 , 焦烧 , 改进胶料的流动性和压出性能 , 并能在加工中粘辊 、粘模 , 起到外脱模剂的作用 。
在氟橡胶的加工中 , 已出现过氟蜡 、低分子聚乙烯 、硬脂酸锌 、Ws 280、 棕榈蜡 、模特丽 935等新的加工助剂 , 为氟橡胶的加工和应用提供了新的手段 , 其加入量在 1-2 份。
6、骨架黏合
金属件可采用金属喷砂或盐酸浸泡 , 清洗干净 , 建议采用 CHEMLOK 5150 或首立公司PC 222 作为粘合剂 。
白的氟胶料比黑胶易与金属粘合 ; 酚类硫化的氟胶比胺类硫化胶易与金属粘合。过去惯用开姆洛克的 CH - 607 作为粘合剂, 近两年来 , 我们采用 CH- 5150, 使用效果很好 , 比 CH- 607 稳定、。
氟胶的加工过程和使用设备、加工方法,和一般橡胶相同。由于氟橡胶的结构特点,它的加工性能较差。
塑炼:生胶在辊距0.3~0.5mm的开炼机薄通10次,包辊即可加入配合剂。
混炼:氟橡胶的容量比合成胶还要小;辊温:一般控制在40-60℃;加料顺序:生胶→吸酸剂→加工助剂→填充剂→硫化促进剂。配合剂加完,均匀、薄通打三角包、打卷、后出然片。
氟胶硫化要分两次进行:一段硫化 165-170℃×10min;二段硫化230℃×24h(要逐步加温,到230℃ 后,恒温记时。
氟橡胶制品要有熟练的工人操作完成,操作过程中每个环节不能出现遗漏,否则会导致产品缺陷,造成无法弥补困境。
三、配方举例: