炭黑與氧化鋅對于全氟醚橡膠性能的影響

田志揚，陶春建

（浙江圓通新材料有限公司，浙江 嘉興 314200）

全氟醚橡膠，由全氟(甲基乙烯基)醚、四氟乙烯和全氟烯醚聚合而成，也稱為全氟橡膠。這種橡膠沒有C-H鍵，因此擁有極高的耐溫、耐化學品性能，遠超過氟橡膠。通過將第3種硫化劑引入到全氟醚橡膠的基團，可以形成三維的網絡結構，從而提高它的彈性。這種三維網絡的質量取決于它的特殊的物理特征及相互作用的機制[1-4]。

通過利用其獨特的物理和化學特征，全氟醚橡膠被廣泛應用于各種領域，如半導體、航空航天、汽車、船只、武器裝備和石油勘探等[5]。

氟醚橡膠具有優異的自我修復特性，它的硫化反應使其具備更大的抗拉力。盡管添加補充劑也會增強其抗拉力，但這種修飾方法的目的更多地在于改善其加工性能、減少制造費用、增強其耐溫、抗壓、抗沖擊等特點[6-9]。

本研究通過比較9 種不同用量的炭黑N990、氧化鋅補強劑，以探討他們在改善全氟醚橡膠膠料的硫化特性、物理性能方面的作用。

1 實驗部分

1.1 原材料

PFR94全氟醚橡膠，氟的質量分數72.5%，門尼粘度在100 ℃時為71；炭黑N990，氧化鋅，助交聯劑三烯丙基異氰尿酸酯（TAIC），硫化劑2,5-二甲基-2,5-雙(叔丁基過氧基)己烷（雙2,5），工業品。

1.2 設備和儀器

開煉機，KL-9；橡膠真空硫化機，TY-100；電熱鼓風干燥箱，FXB101-2；無轉子硫化儀，EKT-2000S；拉伸強度試驗儀，TS-2000；邵爾橡膠硬度計，Bareiss Digitest II。

1.3 基本配方

設計了9 個實驗配方，以氟醚橡膠的質量為準，包括質量分數分別為2%的TAIC、3%的硫化劑，改變N990、氧化鋅用量進行實驗，見表1。

表1 實驗基本配方Tab 1 Basic formula of experiment

1.4 試樣制備

保持環境溫度為45～50 ℃。將適當的添加劑添加到開煉機里，并攪拌1～2 min；按順序添加助交聯劑TAIC、硫化劑雙2,5 和補充材料（炭黑N990、氧化鋅）；再次攪拌5～6 min；再多次攪拌，并多次使用這些添加劑；最后將他們處于室溫下，并保持20～24 h。

使用平板硫化機在160 ℃、8 min 下完成一段硫化，然后將其置于高溫干燥箱中，以200 ℃、4 h完成二段硫化。

按照GB/T 16584-1996 進行硫化特性測試，按照GB/T 531.1-2008 進行邵爾硬度測定，按照GB/T 528-2009進行100%模量、拉伸強度和拉斷伸長率測定[10-12]。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

9 個實驗配方混煉膠的硫化數據（160 ℃）如表2所示。

表2 硫化性能數據Tab 2 Vulcanization performance data

由表2可以看出，炭黑和氧化鋅對于全氟醚橡膠硫化的扭矩都有提升效果，炭黑的提升效果更加明顯。炭黑含量對于硫化速率并沒有顯著的影響，而氧化鋅對于硫化速率有明顯的提升。

2.2 物理特性

9 個實驗配方混煉膠的物理特性數據如表3 所示。

表3 混煉膠物理特性Tab 3 Physical properties of mixing rubber

全氟醚橡膠本身具有良好的物理特性，補強填料的加入對于其物理特性有著良好的提升。由表3可以看出，在炭黑用量不變的情況下，隨著氧化鋅用量的增加，橡膠的抗拉強度以及100%模量都有明顯的提升，斷裂伸長率有明顯的下降。

在氧化鋅用量不變的情況下，隨著炭黑用量的增加，橡膠的抗拉強度以及100%模量都有明顯的提升，斷裂伸長率有明顯的下降。

炭黑對于橡膠的抗拉強度、100%模量和斷裂伸長率的影響明顯大于氧化鋅。

斷裂伸長率隨著炭黑以及氧化鋅用量的增加而變小。在一定范圍內炭黑以及氧化鋅的用量對于橡膠永久壓縮變形率幾乎沒有影響。

3 結 論

1）隨著炭黑和氧化鋅的用量增加，對于橡膠的硫化性能有明顯的影響。加入質量分數10%的炭黑N990 與質量分數10%氧化鋅時，橡膠90%硫化時間減少到了112 s。

2）隨著補強填料的增加，全氟醚橡膠斷裂伸長率有著明顯的下降。加入質量分數20%的炭黑與質量分數10%的氧化鋅時，橡膠硬度提升到了81度，斷裂伸長率降低為134%。在一定范圍內補強填料的用量不影響其永久壓縮變形率。