用于氟橡胶的特种低比表面积白炭黑

2014-04-14朱永康编译

世界橡胶工业 2014年9期

关键词：三聚物理性能白炭黑

朱永康编译

（中橡集团炭黑工业研究设计院，四川自贡 643000）

用于氟橡胶的特种低比表面积白炭黑

朱永康编译

（中橡集团炭黑工业研究设计院，四川自贡 643000）

采用低比表面积特种白炭黑制备了氟橡胶胶料。试验结果表明：与炭黑N990相比，含特种白炭黑的氟橡胶胶料具有较好的加工性能和拉伸性能，硫化胶的耐屈挠龟裂性能较好，并对硫化胶的热稳定性和耐油性没有负面影响。由于其填充量可增加至40份，故可降低制品的成本。

氟橡胶；特种白炭黑；炭黑

0 前言

介绍了一种新型的低比表面积白炭黑Sidistar。这种新型白炭黑的主要特性与橡胶工业中使用的传统填料——白炭黑（沉淀法和气相法）、天然硅酸盐和炭黑（活性N330和非活性N990）相比，发现它们间具有显而易见的差异。新型白炭黑由相当大的原生粒子组成，这些原生粒子的结构性非常低（表1）。

这些物理特性方面的差异，加上中性的pН值、低水分、低表面化学反应性，使它成为独特的胶料配合剂。相对于沉淀法白炭黑而言，它不具备吸湿性，故而它不会从环境中吸收水分，这一点也是重要的。这种新型白炭黑是在高温过程中生产的，因此，其水分含量非常低，表面硅烷醇基团的密度最大可能达50%左右。

图1是采用相同放大倍数的原生白炭黑粒子的透射电子显微镜照片（TЕM），它直观地反映了这些结构上的差异。因为聚合物链的流动性并未受到阻碍，我们不难想象：球形粒子在橡胶胶料的加工性方面赋予了明显的优势。

1 实验

所有胶料均在实验室型混炼机内一步混炼，该设备系带切向转子的W&P GK 1.5 Е型混炼机，起始温度为20 ℃，排胶温度低于100 ℃，之后在开炼机上混炼2 min使其混合均匀。让所采用的配合剂保持在最低限度，以便重点考察当填料由炭黑变为新型特种白炭黑时所引起的差异。

表1 橡胶填料的比较

图1 白炭黑原生粒子的TEMt图像（放大倍数45kx）

全部胶料都在177 ℃硫化，并在200 ℃二次硫化8 h。随后，测试前将试样在室温下存放24 h。硫化时间以正硫化时间(t90)计，试样厚度每增加1 mm，硫化时间增加1 min。配方列于表2～表4。

表2 FKM二元共聚物配方

表3 双酚硫化三元共聚物配方

2 结果和讨论

选择了三种不同的含氟聚合物，以便覆盖诸多的聚合物特性和现有的交联体系。这些胶料的黏度利用Rosand RН7毛细管流变仪测定，硫化特性于177 ℃在MDR 2000流变仪中表征。在考察的所有含氟聚合物中，用特种白炭黑替代炭黑会导致交联密度提高，交联等温线中的扭矩更高表明了这一点。对硫化时间的影响则较小，这取决于所使用的聚合物和交联体系（图2）。

表4 过氧化物硫化三元共聚物配方

图2 共聚物胶料的交联等温线

2.1 共聚物

本研究选用的是六氟丙烯与偏氟乙烯的共聚物，这种共聚物在汽车行业被用于密封用途。我们注意到，白炭黑胶料在低剪切速率下呈现出较高的剪切黏度，而在高剪切速率下却呈现出较低的剪切黏度（图3）。因此，可以预期这些胶料在挤出和注塑中表现出比炭黑填充参比胶料更好的加工性能。

混炼胶1和混炼胶2之间几乎没有什么不同，它们分别含有30份或40份特种白炭黑。这些胶料的硫化性能列于表5。

令人惊讶的是，30份特种白炭黑赋予了比30份N990炭黑更低的硬度——虽然白炭黑的比表面积为20 m2/g，而炭黑的比表面积仅为9 m2/ g。由此，我们预计白炭黑具有更高的补强活性。如此可允许填充更多份数的白炭黑，而获得相同的硬度。在拉伸性能方面，白炭黑胶料在表现出更高强度的同时，较低的拉断伸长率也让人可以接受。白炭黑胶料的压缩永久变形略高，不过却处在相同的范围内。只有同时填充40份白炭黑和40份炭黑时，才会导致压缩永久变形比只填充炭黑和只填充白炭黑时增大。