全氟醚橡胶配方设计及混炼工艺性研究

2021-05-12史勇董超峰

生物化工 2021年2期

史勇，董超峰

（西安航天动力研究所，陕西西安 710100）

全氟醚橡胶（FFKM）由四氟乙烯（TFE）主链和全氟甲基乙烯基醚（PMVE）支链及架桥部分构成，不仅具有耐高温、耐化学腐蚀（可耐1 600余种化学品的腐蚀）的优异性能，还具备橡胶的弹性。FFKM制品主要应用于航空、航天、石油、化工和原子能等工业部门[1]，绝大多数为密封件，可在火箭发动机的燃料、肼、氧化剂、四氧化二氮、发烟硝酸及氟里昂-21等介质中使用。

目前，我国的FFKM合成工艺尚处于试验研究期，中昊晨光化工研究院已成功研制了合成全氟醚橡胶的重要原材料——全氟甲基乙烯基醚，但其合成橡胶的工艺尚在试验阶段。本次试验选用全氟醚生胶进行配方及工艺性研究，以研制出高温性能好、压缩永久变形低以及耐介质性能优良的全氟醚混炼胶。

1 材料与方法

1.1 试验材料

PFR94全氟醚生胶，意大利苏威公司[2]；性能对比材料为全氟醚E19467、2375，美国3M。

1.2 配方研究

1.2.1 配合剂的选择

（1）硫化体系。全氟醚橡胶是一种高饱和度的含氟高聚物，一般不能采用硫磺进行硫化，且混入少量硫磺会使氟橡胶全面报废。一般采用有机过氧化物、有机胺衍生物、二羟基化合物作为硫化剂或进行辐射硫化，其中辐射硫化目前尚未投入工业生产。一般工业生产中，采用双酚AF/BPP硫化体系生产的混炼胶稳定性好，不易焦烧，流动性好、压缩永久变形小[3]；双25+TAIC硫化体系的混炼胶不焦烧、不缩边，具有较好的耐腐蚀性能和耐高温蒸汽的性能。目前，橡胶一般采用双25+TAIC的过氧化物硫化体系。

（2）补强填充剂。全氟醚橡胶属于自补强型橡胶，其本身强度高。补强填充剂主要用于改进工艺性能、降低成本以及控制产品的硬度、耐热性和压缩永久变形等。一般用半补强炭黑作为填充剂[4]。

（3）助剂。苏威公司为了提高全氟醚橡胶的综合性能，研制出特殊助剂，少量的添加即能够极大地改善混炼胶的力学性能、工艺性等。

1.2.2 配方设计

根据“1.2.1”对配合剂的分析，设计配方如表1所示。

表1 新型全氟醚混炼胶配方

1.3 工艺性研究

1.3.1 全氟醚橡胶混炼胶质量控制要点

（1）注意炼胶机和周围环境是否整洁，最好采用专用炼胶机，否则在混炼前必须对炼胶机进行清洁。（2）开启炼胶机，将冷却水阀门开到约1/2处。（3）炼胶过程要求：将辊距调至1 mm左右，将生胶薄通3次后包前辊，待生胶在开炼机上包辊均匀，保证滚筒上有适量的堆积胶；沿开炼机辊隙缓慢分批加入预混过的粉料，注意混炼中不开刀，如果堆积胶过多，逐步缓慢放大辊距；清扫开炼机料盘，将清扫的物料加入胶料中；吃粉完毕，左右拉割刀一次，将辊距调至1 mm左右，薄通打三角包各3次；辊距调至3.5 mm左右，出片卸料。（4）全氟醚橡胶混炼过程中会产生热量，能加快炭黑和配合剂分散。但要注意滚筒温度不要超过50 ℃；如果混炼过程中温度过高，等滚筒稍作冷却后再进行操作（5）混炼后的炼胶摊开自然晾至室温后入库，胶料不能堆放，防止胶料中间温度聚集，导致焦烧现象。如表2所示，为全氟醚橡胶混炼胶炼胶工艺具体信息。

表2 新型全氟醚橡胶混炼胶炼胶工艺

1.3.2 性能测试

按设计配方炼制全氟醚混炼胶，在选择的硫化成型工艺条件下，进行试片、小豆（Φ10×10）的压制，按照GB/T528-1998《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》、GB7759-87《硫化橡胶物理试验方法》测试性能，与其他牌号混炼胶的测试结果进行对比，并测试该新型全氟醚混炼胶30 d内的耐介质性能。

2 结果与分析

如表3所示，为新研制的全氟醚混炼胶与其他混炼胶测试性能对比，表4为新型全氟醚混炼胶的耐介质性能。表3和表4表明，新研制的全氟醚混炼胶具有以下特点：（1）常温拉伸强度、断裂伸长率均比其他全氟醚混炼胶高，说明其力学性能优良；（2）高温压缩永久变形相比其他混炼胶大幅减小，高温性能优异，可在280 ℃下可靠使用；（3）耐介质性能优良，为一级相容。