FKM氟橡胶硫化剂的选用

发布时间:2017-02-27 11:26:02   人浏览 来源: 橡胶技术网

橡胶技术网 - 氟橡胶

 一、硫化体系

23型与26型氟橡胶是饱和的氟碳化合物,不能用硫磺进行硫化,但在二胺类硫化剂、二羟基化合物硫化剂以及有机过氧化物的作用下,可以进行硫化反应。
 
胺类硫化剂硫化胶,变形较低,耐酸性差;过氧化二苯甲酰耐酸性好,但耐热性较差,工艺性能不好。目前硫化剂很多,常用的硫化剂主要是3号、4号、5号(多羟基化合物)和过氧化二苯甲酰。
3号硫化剂全称:N,N-双肉桂叉-1,6—己二胺;
4号硫化剂全称:双--(4-氨己基环己基)甲烷氨基甲酸盐
5硫化剂全称:对苯二酚(氢醌)
23型氟橡胶常采用过氧化二苯甲酰作硫化剂,主要用于耐酸制品;26氟橡胶常用于耐热、耐热油制品,主要采用胺类硫化剂(3号硫化剂)。
 
胺类硫化剂3号硫化剂易于分散,对胶料有增塑作用,工艺性能好,硫化胶的耐热性和压变尚可。4号硫化剂是随246型氟橡胶出现而开发的,没能普遍采用;5硫化剂随着Viton
E型胶种的出现而开发的硫化剂。
1. 二胺硫化剂:
 
氟橡胶分子中存在着—CH2—CF2—链节,由于氟原子极强的电负性,使之在热和碱性化合物(如胺、氧化镁等)存在时,易于脱出氟化氢形成易极化的双键,这种含氟烯烃结构很容易与亲核试剂如胺类、酚类加成,并生成交联键。普通二胺或多胺在氟橡胶中硫化起步快降低了胶料的加工安全性,一般均采用隐蔽的多元胺,在较高的温度时才发挥其作用,以便迟延硫化起步,环状的氨基甲酸盐即为隐蔽的多元胺的代表。
随着硫化剂用量增加,硫化胶的硬度、强度增大,伸长率和压缩永久变形降低,高温老化后的强度保持率略有提高,伸长保持率则显著下降。
 
在胶料的配合中加入酸接受体(即吸酸剂),以便有效地中和氟橡胶硫化过程中析出的氟化氢(或氯化氢)。氟化氢或氯化氢的存在会妨碍橡胶进一步的交联并能严重腐蚀设备,由于吸酸剂能促进硫化交联密度的提高,赋予硫化胶较好的热稳定性,所以又称为活性剂或稳定剂。吸酸剂的作用与其碱性强弱有关,碱性越强,则所得硫化胶的硫化程度越高,硬度、强度较高,伸长率和压缩永久变形较小,但碱性越强,加工安全性越差,越易于焦烧。常用的吸酸剂有氧化镁、氧化钙、氧化铅、二盐基亚磷酸铅等,吸酸剂对硫化胶的性能有较大的影响,应根据对胶料的要求而适当选择。凡是以耐热为主的配方宜用氧化镁为吸酸剂,当同时要求低压缩永久变形时,可用氧化钙或者氧化镁与氧化钙并用,要求耐酸的配方则采用氧化铅为吸酸剂。当使用氧化锌和二盐基亚磷酸铅组合时,则耐热性一般,但具有好的耐水性和耐高温水蒸汽的性能。氧化物的用量一般为15~25份。
 
二胺硫化剂其工艺安全性,热老化性和抗压缩永久变形的性能均较差。已经证明此种硫化体系有其独特的性能,如与金属粘合牢固,因而常被用作一些特殊制品,如橡胶与金属的粘合制品。
2.二羟基硫化剂:
这类硫化剂体系是目前用得最多的,大多数市售氟橡胶中都加入了这类硫化剂。橡胶加工者再加入金属氧化物酸接受体和填料而制成成品胶料。
二羟基硫化剂为亲核试剂,使用二羟基硫化体系时硫化体系有更高的交联密度,故使硫化胶耐热性和抗形变得到改善。
 
用二羟基硫化剂硫化氟橡胶必须要有适当的碱性促进剂存在方能完成。在工业上,已经使用,发展迅速的促进剂主要为季磷盐和季铵盐,其品种甚多,如苄基三苯基氯化磷、苄基三辛基氯化磷等季磷盐和四丁基氢氧化铵及其盐、DBU类化合物及其衍生物等季铵盐。
二羟基硫化体系使胶料具有较好的加工性能和抗焦烧性能,较快的硫化速度并使硫化具有优异的抗压缩永久变形性能,但抗撕裂性能,特别是在热态下的抗撕裂性能不够理想。
3.过氧化物硫化剂:
过氧化物硫化氟橡胶使氟橡胶的耐水蒸汽的性能得到改进。它在硫化时生成的不溶性挥发副产物的量很小。
2、补强填充体系
 
氟橡胶在未加入填充剂时其硫化胶即具有较高的强度,补强填充体系虽对它有一定的补强作用,但主要是为了达到改进工艺性能,提高制品的耐热性,硬度,减小压缩永久变形和降低成本等目的。在氟橡胶中加入5-80份陶土、石墨、滑石粉、云母粉可以降低硫化胶的收缩率。氟橡胶中加入的无机填料是氟化钙,用量一般可达20-35份,它的耐高温(300度)老化性能优于碳黑和其他填料,但工艺性能较喷雾碳黑差,将两者并用,可以得到综合性能好的胶料。碳酸钙和硫酸钡也使用,前者的绝缘性好,后者可以获得低压变。用量它们一般为20-40份。
 
26型氟橡胶最常用的填料为中粒子热裂法炭黑(MT炭黑)、喷雾炭黑以及奥斯汀炭黑(由沥青化石油制得的产品),填充这些炭黑能够赋予胶料较好的混炼、压出和模压性能,填充中粒子热裂炭黑的胶料并具有优良的耐热性能。炭黑的用量不宜过多,硫化胶的硬度随炭黑的用量的增加而增大,随着炭黑用量的增加,胶料粘度上升工艺性能大大降低,更重要的是硫化胶的脆性温度亦随之升高,炭黑用量一般昀不超过30份。虽然高耐磨炉黑能提高抗撕裂和耐磨耗性能,但由于使胶料流动性变差和导致硫化胶硬度的显著上升,故很少使用。槽法炭黑由于其呈显酸性,迟延硫化一般不用。
 
26型氟橡胶使用白炭黑时,特别是气相白炭黑的胶料,工艺性能较差,硫胶的耐热,耐磨及高温压缩永久变形不好,故很少采用。通常只是在使用过氧化物为硫化剂的某些情况下,才使用沉淀法白炭黑,用量为15~30份,此种情况可用于制备浅色胶料。使用氟化钙时对提高胶料的耐高温老化性能十分有利,优于炭黑和其它矿物填料,但工艺性能较差且耐酸性能不佳。用碳纤维和纤维状硅酸镁(针状滑石粉)能使硫化胶的高温强度和热老化性能得到提高,但在工艺性能方面较中粒子热裂炭黑稍差,特别是应用针状滑石粉的胶料有分层现象,给模压带来一定的困难,将其与碳纤维或喷雾炭黑并用会有所改善。用碳纤维填充
的硫化胶其压缩永久变形比中粒子热裂炭黑为小,撕裂强度也相当大,用碳纤维作填料时,由于其导热性良好,在很大程度上,克服了混炼过程的生热问题和粘辊问题,并为氟橡胶作高速油封制件提供了可能性。
 
23型氟橡胶常采用1.5~3份的过氧化二苯甲酰作硫化剂,主要用于耐酸制品。由于炭黑对带有酰基基团的过氧化物有阻化作用,故能妨碍硫化反应,使硫化胶的物理机械性能低于以白炭黑为填料者,因此23型氟橡胶很少采用炭黑为填料。当使用沉淀法白炭和气相法白炭黑为填料时,硫化胶的室温抗张强度及硬度最高,但气相法白炭黑耐长期热老性能不佳。在200℃下长期老化后抗张强度保持最好的是氟化钙和二氧化钛,但氟化钙耐酸性能差,故常用沉淀法白炭黑和二氧化钛为填料,其用量为沉淀法白炭黑5~15份或二氧化钛20~30份。
3、操作体系
 
一般的增塑物质不能适用于氟橡胶,因为它们不仅会使硫化胶的耐热性和化学稳定性变差,而且在二段高温硫化过程中增塑物质往往会被蒸出,当含量较大时造成硫化制品严重收缩变形甚至起泡,故对增塑物质的要求甚高,对26型氟橡胶较好的软化剂为高粘度氟硅油或高粘度氟硅油与酚醛树脂的组合,它们可以降低硫化胶的硬度而对硫化胶的耐热、耐油、耐溶剂等性能影响很小。采取并用少量低分子氟橡胶的方法可以改善混炼和模压性能,并对硫化胶的耐热性能无明显影响。在23型氟橡胶中加入3~5份低分子量的聚三氟氯乙烯(氟蜡)为软化剂,可以降低胶料的粘度,改善混炼、压出、压延等工艺性能,同时对硫化胶的室温强度,200℃ 长期老化以及耐硝酸,耐油等性能均无明显影响

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