炭黑与氧化锌对于全氟醚橡胶性能的影响

田志扬，陶春建

（浙江圆通新材料有限公司，浙江 嘉兴 314200）

全氟醚橡胶，由全氟(甲基乙烯基)醚、四氟乙烯和全氟烯醚聚合而成，也称为全氟橡胶。这种橡胶没有C-H键，因此拥有极高的耐温、耐化学品性能，远超过氟橡胶。通过将第3种硫化剂引入到全氟醚橡胶的基团，可以形成三维的网络结构，从而提高它的弹性。这种三维网络的质量取决于它的特殊的物理特征及相互作用的机制[1-4]。

通过利用其独特的物理和化学特征，全氟醚橡胶被广泛应用于各种领域，如半导体、航空航天、汽车、船只、武器装备和石油勘探等[5]。

氟醚橡胶具有优异的自我修复特性，它的硫化反应使其具备更大的抗拉力。尽管添加补充剂也会增强其抗拉力，但这种修饰方法的目的更多地在于改善其加工性能、减少制造费用、增强其耐温、抗压、抗冲击等特点[6-9]。

本研究通过比较9 种不同用量的炭黑N990、氧化锌补强剂，以探讨他们在改善全氟醚橡胶胶料的硫化特性、物理性能方面的作用。

1 实验部分

1.1 原材料

PFR94全氟醚橡胶，氟的质量分数72.5%，门尼粘度在100 ℃时为71；炭黑N990，氧化锌，助交联剂三烯丙基异氰尿酸酯（TAIC），硫化剂2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷（双2,5），工业品。

1.2 设备和仪器

开炼机，KL-9；橡胶真空硫化机，TY-100；电热鼓风干燥箱，FXB101-2；无转子硫化仪，EKT-2000S；拉伸强度试验仪，TS-2000；邵尔橡胶硬度计，Bareiss Digitest II。

1.3 基本配方

设计了9 个实验配方，以氟醚橡胶的质量为准，包括质量分数分别为2%的TAIC、3%的硫化剂，改变N990、氧化锌用量进行实验，见表1。

表1 实验基本配方Tab 1 Basic formula of experiment

1.4 试样制备

保持环境温度为45～50 ℃。将适当的添加剂添加到开炼机里，并搅拌1～2 min；按顺序添加助交联剂TAIC、硫化剂双2,5 和补充材料（炭黑N990、氧化锌）；再次搅拌5～6 min；再多次搅拌，并多次使用这些添加剂；最后将他们处于室温下，并保持20～24 h。

使用平板硫化机在160 ℃、8 min 下完成一段硫化，然后将其置于高温干燥箱中，以200 ℃、4 h完成二段硫化。

按照GB/T 16584-1996 进行硫化特性测试，按照GB/T 531.1-2008 进行邵尔硬度测定，按照GB/T 528-2009进行100%模量、拉伸强度和拉断伸长率测定[10-12]。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

9 个实验配方混炼胶的硫化数据（160 ℃）如表2所示。

表2 硫化性能数据Tab 2 Vulcanization performance data

由表2可以看出，炭黑和氧化锌对于全氟醚橡胶硫化的扭矩都有提升效果，炭黑的提升效果更加明显。炭黑含量对于硫化速率并没有显著的影响，而氧化锌对于硫化速率有明显的提升。

2.2 物理特性

9 个实验配方混炼胶的物理特性数据如表3 所示。

表3 混炼胶物理特性Tab 3 Physical properties of mixing rubber

全氟醚橡胶本身具有良好的物理特性，补强填料的加入对于其物理特性有着良好的提升。由表3可以看出，在炭黑用量不变的情况下，随着氧化锌用量的增加，橡胶的抗拉强度以及100%模量都有明显的提升，断裂伸长率有明显的下降。

在氧化锌用量不变的情况下，随着炭黑用量的增加，橡胶的抗拉强度以及100%模量都有明显的提升，断裂伸长率有明显的下降。

炭黑对于橡胶的抗拉强度、100%模量和断裂伸长率的影响明显大于氧化锌。

断裂伸长率随着炭黑以及氧化锌用量的增加而变小。在一定范围内炭黑以及氧化锌的用量对于橡胶永久压缩变形率几乎没有影响。

3 结 论

1）随着炭黑和氧化锌的用量增加，对于橡胶的硫化性能有明显的影响。加入质量分数10%的炭黑N990 与质量分数10%氧化锌时，橡胶90%硫化时间减少到了112 s。

2）随着补强填料的增加，全氟醚橡胶断裂伸长率有着明显的下降。加入质量分数20%的炭黑与质量分数10%的氧化锌时，橡胶硬度提升到了81度，断裂伸长率降低为134%。在一定范围内补强填料的用量不影响其永久压缩变形率。