連曉磊, 肖風(fēng)亮, 劉新梅

（廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，廣東 廣州 510700）

硅藻土在高硬度彩色氟橡膠中的應(yīng)用

連曉磊, 肖風(fēng)亮, 劉新梅

（廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，廣東 廣州 510700）

研究了硅藻土MW-25和FP-22在彩色氟橡膠中的補(bǔ)強(qiáng)效果，對(duì)高硬度氟橡膠的硫化特性、物理及力學(xué)性能、熱老化性能和壓縮永久變形性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明：兩種硅藻土在氟橡膠中有很好的補(bǔ)強(qiáng)作用，添加量為40份時(shí)，膠料硬度即可達(dá)到87～89度（邵爾A硬度），拉伸強(qiáng)度達(dá)15 MPa，同時(shí)膠料具有較好的耐熱老化性能和壓縮永久變形性能。

硅藻土；氟橡膠；MW-25；FP-22

0 前 言

硅藻土是選用硅藻土礦物原料,通過(guò)煅燒、風(fēng)選和微細(xì)粉碎等加工過(guò)程制成的。它的主要成分是非晶質(zhì)SiО2，含量在80%以上，其余為鋁、鐵氧化物及少量有機(jī)雜質(zhì)。硅藻土具有特殊的納米孔洞結(jié)構(gòu)，使其具有許多特殊的性能，如大的孔隙度、較強(qiáng)的吸附性、質(zhì)輕、隔音、耐磨、耐熱等，因此具有廣泛的用途[1]。

市售的硅藻土填料大多是經(jīng)過(guò)煅燒或者助熔煅燒得來(lái)的。煅燒是除去有機(jī)質(zhì)最簡(jiǎn)單、最有效的一種方法。經(jīng)過(guò)合適溫度和時(shí)間煅燒的硅藻土，可相對(duì)保持硅藻土結(jié)構(gòu)的原貌，增加硅藻土的孔隙度，并得到預(yù)期的粒徑分布。助熔煅燒是在煅燒過(guò)程中加入了助熔劑，助熔劑能夠降低煅燒溫度，粘結(jié)部分粒子，中和游離酸，提高PH值等[2]。

氟橡膠彩色配方中能夠使用的填料有限，一般是白炭黑、硅酸鈣、硅藻土、硫酸鋇等淺色填料。汪必寬等探討了不同填料在氟橡膠中的應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)美國(guó)一品礦物公司的MW-25硅藻土具有優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)性能。這可能是緣于其具有獨(dú)特的竹狀中空結(jié)構(gòu)（如圖1），其粒子與橡膠分子的接觸面積較大，提高了粒子與橡膠分子的結(jié)合，且硅藻土基體中形成大量高活性表面或高活性點(diǎn)，從而大大增強(qiáng)了對(duì)氟橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用[3]。

圖1 MW25的電鏡圖

本文選用美國(guó)一品礦物公司的兩種硅藻土作為填料，研究了硅藻土在彩色高硬度氟橡膠配方中的應(yīng)用，并對(duì)膠料的硫化特性、物理及力學(xué)性能、熱老化性能和壓縮永久變形性能等進(jìn)行了探討。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要原材料

G716，日本大金公司產(chǎn)品；氧化鎂MА-150，日本協(xié)和公司產(chǎn)品；硅藻土MW-25和FP-22，美國(guó)一品礦物公司產(chǎn)品；HT-290，STRUKTОL公司產(chǎn)品；其他均為市售工業(yè)品。

1.2 基本配方

基本配方為：G716，100（質(zhì)量份，下同）；氫氧化鈣，6；氧化鎂，3；氧化鐵紅，5；HT-290， 0.5；棕櫚蠟，1[4]；填料，變量；其他助劑，3。配方組成及編號(hào)如表1所示。

1.3 主要實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

XK-160開(kāi)煉機(jī)，佰弘機(jī)械（上海）有限公司生產(chǎn)；Z010高低溫材料試驗(yàn)機(jī)，德國(guó)Zwiсk公司產(chǎn)品；橡膠硬度計(jì)（Shоrе ?。聡?guó)Zwiсk公司產(chǎn)品；401А型老化箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品；50t平板硫化機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠生產(chǎn)；GT-M2000А型硫化儀，高鐵檢測(cè)儀器（東莞）有限公司生產(chǎn)。

表1 實(shí)驗(yàn)配方表

1.4 試樣制備

混煉在XK-160煉膠機(jī)上按氟橡膠常規(guī)混煉方法混煉，停放24h后薄通10遍，然后測(cè)硫化曲線。

試樣在50t平板硫化機(jī)上制備，一段模壓條件為170℃×10min，二段硫化在熱空氣老化箱內(nèi)進(jìn)行，條件是200℃×16h。

1.5 性能測(cè)試

硬度按GB/T 531.1-2008測(cè)試；拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能按GB/T 528-2009測(cè)試；壓縮永久變形按GB/T 7759-2001測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硅藻土品種及性能參數(shù)

本研究選用助熔煅燒型MW-25和煅燒型的FP-22作為研究對(duì)象，其參數(shù)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 MW-25和FP-22的性能參數(shù)

由表2可以看出，F(xiàn)P-22 PH值為6，呈弱酸性；MW-25 PH值為10，為中等堿性。FP-22比表面積更大，吸油值更高，粒徑更小。兩種硅藻土的水分含量都只有0.5%，對(duì)膠料的加工和貯存安全性有所幫助。

2.2 硅藻土品種和用量對(duì)氟橡膠流變性能的影響

由圖2和表3可以看出，硅藻土添加量增加時(shí)，膠料的焦燒時(shí)間變短，正硫化時(shí)間延長(zhǎng)，最低扭矩ML變化不大，扭矩增加值變大，兩種硅藻土的趨勢(shì)一致。

圖2 F-1～F-6的硫化曲線

表3 F-1～F-6的硫化特性

FP-22相對(duì)MW-25有更長(zhǎng)的焦燒時(shí)間，tS2延長(zhǎng)了16～40s，有更多的硫化上模時(shí)間，可大大提高加工安全性。FP-22膠料硫化速度相對(duì)較慢，其正硫化時(shí)間tС90比同份數(shù)MW-25的多將近1倍，生產(chǎn)時(shí)需要更多的硫化時(shí)間，生產(chǎn)效率相對(duì)較低。相同份數(shù)時(shí)，F(xiàn)P-22填充的氟橡膠扭矩增加值大大低于MW-25；隨著用量的增加，F(xiàn)P-22膠料扭矩增加值增加幅度也小于MW-25膠料。

2.3 硅藻土品種和用量對(duì)氟橡膠物理及力學(xué)性能的影響

由表4可以看出，隨著硅藻土用量的增加，膠料的硬度、拉伸強(qiáng)度、100%定伸應(yīng)力都在增大，拉斷伸長(zhǎng)率減小。撕裂強(qiáng)度有所增加，在填充達(dá)到50份以后，撕裂強(qiáng)度基本穩(wěn)定。

同等份數(shù)時(shí)，兩種硅藻土的補(bǔ)強(qiáng)性能相差不大，F(xiàn)P-22補(bǔ)強(qiáng)的氟橡膠硬度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度高于MW-25。

表4 F-1～F-6的物理及力學(xué)性能

2.4 硅藻土品種對(duì)氟橡膠熱老化性能的影響

由表5可知，隨著填充份數(shù)的增加，兩種硅藻土填充的氟橡膠耐熱老化性能逐步提高。同等份數(shù)時(shí)，F(xiàn)P-22填充的氟橡膠性能略好于MW-25填充的氟橡膠，這對(duì)于產(chǎn)品在高溫下使用是非常有利的，可以延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。

表5 F-1～F-6的熱老化性能

2.5 硅藻土品種對(duì)氟橡膠壓縮永久變形性能的影響

由表6可知，在相同填充份數(shù)時(shí)，兩種硅藻土填充的混煉膠，其壓縮永久變形數(shù)值相當(dāng)。隨著填充份數(shù)的增加，壓縮永久變形數(shù)據(jù)增大。

表6 F-1～F-6的壓縮永久變形性能

2.6 PEG-4000對(duì)性能的影響

FP-22呈弱酸性，與平常使用的酸性沉淀法白炭黑類似。從2.2硫化特性的比較來(lái)看，其硫化速度明顯比堿性的MW-25慢，扭矩增加值也小于MW-25，按照通常對(duì)白炭黑的處理方法，通過(guò)添加PEG-4000，考察對(duì)膠料性能的影響。

2.6.1 PEG-4000對(duì)硫化特性的影響

由圖3和表7可知，加入PEG-4000后，膠料的焦燒期縮短到原來(lái)的一半左右，正硫化時(shí)間也變短了，但是變化幅度不大，最低扭矩ML和扭矩增加值（MH-ML）顯著變大。說(shuō)明PEG-4000影響了體系的酸堿性，縮短了誘導(dǎo)期。但是也帶來(lái)了不利影響：安全操作時(shí)間變短，充模流動(dòng)性變差。

圖3 F-1、F-7、F-8的硫化曲線

表7 F-1、F-7、F-8的硫化特性

2.6.2 PEG-4000對(duì)常規(guī)物理及力學(xué)性能的影響

由表8可知，隨著PEG-4000用量的增加，膠料的硬度增加1度，拉伸強(qiáng)度幾乎不變，拉斷伸長(zhǎng)率輕微下降，撕裂強(qiáng)度先增大后減少?？傮w數(shù)據(jù)變化不大，說(shuō)明PEG-4000的加入對(duì)常規(guī)物理性能的影響不大。

2.6.3 PEG-4000對(duì)壓縮永久變形性能的影響

加入PEG-4000后，膠料的壓縮永久變形值幾乎不變。

綜合2.7.1、2.7.2、2.7.3的數(shù)據(jù)，可以認(rèn)為，PEG-4000更多的是體現(xiàn)在對(duì)膠料流變性能的影響上，對(duì)膠料的物理性能和壓縮永久變形性能等影響不大。

2.7 硅烷偶聯(lián)劑對(duì)性能的影響

繼續(xù)參照對(duì)白炭黑的處理方法，通過(guò)添加硅烷偶聯(lián)劑，考察其對(duì)膠料性能的影響。本研究選用了А-151和KH-560兩種不同類型的硅烷偶聯(lián)劑作為研究對(duì)象。添加方法：在料杯內(nèi)放入硅藻土，將硅烷偶聯(lián)劑滴到硅藻土表面，然后蓋上蓋子上下翻轉(zhuǎn)10次，再按照常規(guī)的加料方式煉膠。

表8 F-1、F-7、F-8的物理及力學(xué)性能

表9 F-1、F-7、F-8的壓縮永久變形性能

2.7.1 硅烷偶聯(lián)劑對(duì)流變性能的影響

由圖4和表10可知，兩種偶聯(lián)劑對(duì)膠料流變性能的影響有很大不同：А-151縮短了焦燒期，但是延長(zhǎng)了正硫化時(shí)間，最低扭矩ML顯著降低，扭矩增加值明顯變大。KH-560極大地縮短了焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間，同時(shí)其扭矩變化值減小了很多。

圖4 F-1、F-9、F-10的硫化曲線

2.7.2 硅烷偶聯(lián)劑對(duì)常規(guī)物理及力學(xué)性能的影響

由表11可知，А-151的加入降低了拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度也略有降低。KH-560降低了硬度、拉伸強(qiáng)度、100%定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度，但是幅度都不是很大。不過(guò)，伸長(zhǎng)率提高了34.2%。

綜合2.8.1和2.8.2，可以這么認(rèn)為：適量加入А-151，可以降低最低扭矩ML，提高交聯(lián)密度；加入KH-560，膠料易焦燒，同時(shí)交聯(lián)密度降低。

表10 F-1、F-9、F-10的硫化特性

表11 F-1、F-9、F-10的物理及力學(xué)性能

3 結(jié) 論

（1）隨硅藻土添加量的增加，膠料的焦燒時(shí)間變短，正硫化時(shí)間延長(zhǎng)，最低扭矩ML變化不大，扭矩增加值變大。FP-22填充的膠料硫化速度相對(duì)較慢，扭矩增加值相對(duì)較少。

（2）兩種硅藻土在彩色氟橡膠中的補(bǔ)強(qiáng)性能較好，在填充量為40份時(shí)硬度可達(dá)到87～89度，拉伸強(qiáng)度達(dá)到15 MPа。

（3）兩種硅藻土的壓縮永久變形性能相當(dāng)，F(xiàn)P-22的耐熱老化性能略勝一籌。

（4）PEG-4000的加入縮短了焦燒時(shí)間，提高了交聯(lián)密度，正硫化時(shí)間變化不大，對(duì)膠料的常規(guī)物理性能和壓縮永久變形影響不大。

（5）適量加入А-151，可以降低最低扭矩ML，提高交聯(lián)密度。加入KH-560，膠料易焦燒，同時(shí)交聯(lián)密度降低。

[1] 彭 政, 等.硅藻土/天然橡膠復(fù)合材料的性能研究[J].廣州化工,2010,38(11)：73-76.

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[責(zé)任編輯：朱 胤]

Application of Diatomite on High Hardness Color FKM

Lian Xiaolei, Xiao Fengliang, Liu Xinmei
(Guangzhou Mechanical Еngineering Research Institute Co., Ltd, Guangzhou 510700 )

This paper studied the reinforcing effect of diatomite MW-25 and FP-22 on color FKM. The curing property ,physical and mechanical properties , air oven aging resistance property, compression set property of high hardness FKM were tested. The results showed that MW-25 and FP-22 both had good reinforcing effect , hardness (shore А)was 87～89 and tensile strength came to15 MPa when dosage was 40 phr. Moreover, air oven aging resistance property and compression set property were also satisfactory.

Diatomite; FKM; MW-25; FP-22

TQ 330.38+3

B

1671-8232(2014)03-0015-05

2013-09-04

連曉磊（1982-），男，河南禹州人，工程師，主要從事橡膠密封制品的配方開(kāi)發(fā)和工藝研究。