氟橡膠/硅橡膠/氟硅橡膠并用膠的性能研究

肖建斌，高洪強，劉 偉，安振清，張萬明

（1.青島科技大學 橡塑材料與工程教育部重點實驗室，山東 青島 266042；2.青島海力威新材料科技股份有限公司，山東 青島 266030）

氟橡膠（FKM）具有耐油、耐高溫、耐溶劑、耐強氧化劑和阻燃等優點，在車輛、船舶、石油化工以及特種尖端技術領域得到了廣泛的應用[1]，但其缺點是彈性和耐寒性能差，在一些高寒地區難以滿足使用要求。硅橡膠（MVQ）具有耐高低溫性、耐候性、電絕緣性和彈性好等優點，其使用溫度范圍寬、壓縮永久變形小、成本較低[2]，但在機械強度、耐油、耐溶劑、耐酸堿和耐蒸汽等方面仍存在不足，使其應用受到了很大的限制。氟硅橡膠（FSR）不僅保持了MVQ的優良性能，還具有FKM的耐油性和耐溶劑性。與FKM相比，FSR的耐油性能相當，耐寒性能和壓縮永久變形性能更優，耐高低溫性能較好，但其成本相對較高，從而限制了使用范圍。

本工作研究FKM與MVQ并用以及采用FSR為相容劑制備一種兼具MVQ的耐熱和耐寒性能以及FKM的耐油和耐介質性能的并用膠[3-4]。

1 實驗

1.1 主要原材料

MVQ，牌號5188；FSR，牌號2840，美國道康寧公司產品。FKM，牌號PL855，蘇威（上海）有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

XSM-500型密煉機，上海科創橡塑機械設備有限公司產品；HS100T-FTMO-907型硫化機，佳鑫電子設備科技（深圳）有限公司產品；AI-7000S型電子拉力機和GT-M2000-A型硫化儀，中國臺灣高鐵科技股份有限公司產品；HQC 078型橡塑低溫脆性試驗儀，江蘇明珠試驗機械有限公司產品；BIOTNOT l500X型掃描電子顯微鏡（SEM），日本尼康儀器有限公司產品；TG209型熱重（TG）分析儀，德國耐馳儀器制造有限公司產品。

1.3 試樣制備

混煉和硫化工藝為：FKM生膠→塑煉→加入MVQ混煉→加入納米高嶺土→加入硫化劑DCP和助交聯劑TAIC→混煉均勻→薄通6次→下片→停放24 h→硫化，一段硫化條件為160 ℃×t90，二段硫化條件為200 ℃×10 h。

1.4 性能測試

各項性能均按相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 FKM/MVQ并用膠的性能

在FKM分子鏈段中引入交聯活性單體后可以用過氧化物硫化，過氧化物體系因不需要添加吸酸劑，所以是耐水性和耐酸性優良的硫化體系。將FKM與MVQ并用，可獲得兼具兩種橡膠特性的并用膠[5]，該并用膠可以作為FSR的替代品。MVQ多以過氧化物為硫化劑，這樣就可以用過氧化物作為二者的共硫化劑[6-7]。

FKM/MVQ并用膠配方及性能分別見表1和2。

表1 FKM/MVQ并用膠配方 份

從表2可以看出：FKM并用MVQ后，由于兩種橡膠的熱力學相容性差，因此并用膠的物理性能比FKM差，但回彈值和耐低溫性能明顯改善；耐油性能有所下降，在ASTM 1#油中硫化膠的硬度變化和體積變化率較小，但在ASTM 3#油中的硬度變化和體積變化率較大。

表2 FKM/MVQ并用膠的性能

2.2 FSR對FKM/MVQ并用膠的相容作用

FSR分子主鏈是—Si—O—鍵，與MVQ主鏈結構相同，在側基上含有極性的—CH2CH2CF3基團，與FKM的極性相近，因此FSR可以起到改善FKM與MVQ相容性的作用[8]。

采用FSR部分替代MVQ，FSR用量對FKM/MVQ并用膠性能的影響如表3所示。

從表3可以看出，隨著FSR用量的增大，FKM/MVQ并用膠的拉伸強度和拉斷伸長率明顯增大，耐油性能略有改善，耐低溫性能變化不大，但并用膠的成本會隨之增大。

表3 FSR用量對FKM/MVQ并用膠性能的影響

分別對FKM/MVQ和FKM/MVQ/FSR硫化膠的拉伸試樣進行液氮脆斷斷面鍍金處理，用SEM觀察樣品的斷面微觀結構，結果如圖1和2所示。

從圖1可以看出，FKM/MVQ硫化膠基體斷面凹凸不平，出現明顯的層狀分離現象，低粘度的MVQ作為分散相存在于FKM中，由于FKM和MVQ的極性相差較大，雖然通過機械共混法可以實現工藝上的強制混合，但仍屬于熱力學不相容體系，因此SEM照片中出現了兩種相態。

圖1 FKM/MVQ并用膠（并用比70/30）的SEM照片

從圖2可以看出，加入10份FSR后，FKM/MVQ/FSR硫化膠的斷面較為均勻，沒有出現明顯分層現象，說明FSR對FKM/MVQ兩相的相容性有所改善。

圖2 FKM/MVQ/FSR并用膠（并用比70/20/10）的SEM照片

2.3 FKM/MVQ/FSR并用膠的TG分析

FKM和MVQ硫化膠的TG曲線分別如圖3和4所示。

圖3 FKM硫化膠的TG曲線

從圖3可以看出，FKM硫化膠的熱分解分為3個階段：第1階段為側鏈的氧化斷裂，分解溫度峰值為413.2 ℃，質量損失率為8.18%；第2階段為主鏈的降解，主鏈分解溫度為482.5 ℃，質量損失率為49.81%；第3階段為未分解完全的主鏈進一步分解的過程，分解溫度峰值為543.4 ℃。

從圖4可以看出：當升溫到419.3 ℃時，質量損失率為27.36%，主要是側鏈的斷裂和部分主鏈的降解；MVQ的主鏈分解溫度為520.6 ℃，質量損失率為51.42%。由于MVQ主鏈是由Si—O鍵組成，其鍵能（450 kJ·mol-1）遠大于C—C鍵能（345 kJ·mol-1）和C—O鍵能（351 kJ·mol-1），因此具有優異的耐高溫性能。

圖4 MVQ硫化膠的TG曲線

FKM/MVQ/FSR并用膠（并用比70/20/10）的TG曲線如圖5所示。

圖5 FKM/MVQ/FSR并用膠（并用比70/20/10）的TG曲線

從圖5可以看出：硫化膠的分解分為3個階段，當溫度為445.6 ℃時，質量損失率為29.96%，主要是FKM和MVQ側鏈的斷裂；主鏈分解溫度為487.5 ℃，質量損失率為36.60%，相比FKM硫化膠的熱分解溫度有所提高，說明FKM/MVQ/FSR并用膠的耐熱性介于FKM和MVQ之間。

3 結論

FKM與MVQ并用能改善FKM的低溫性能，同時對FKM的耐熱性和耐油性影響較小，但物理性能下降明顯；采用FSR為相容劑，改善了兩種橡膠的相容性，提高了并用膠的物理性能，制得的FKM/MVQ/FSR并用膠兼具MVQ的耐熱和耐寒性能以及FKM的耐油性能，混煉膠的成本較低。