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摘要：通過(guò)采用幾種常用填料和兩種不同結(jié)構(gòu)的鈦酸鉀材料TISMO和TERRACESS在氟橡膠中的應(yīng)用對(duì)比，我們比較了硫化性能，物理性能和老化性能以及耐磨性能和耐油性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)兩種鈦酸鉀材料TISMO和TERRACESS在氟橡膠中表現(xiàn)出不同的性能特點(diǎn)，可以大大彌補(bǔ)白色填料對(duì)氟橡膠補(bǔ)強(qiáng)的性能需求。特別是可以提高白色氟橡膠產(chǎn)品的撕裂性能和拉伸強(qiáng)度，耐溫性能，以及改善硫化特性。

關(guān)鍵詞：氟橡膠，TISMO，TERRACESS，鈦酸鉀，晶須，硫化特性，物理性能，撕裂強(qiáng)度。

Application of Potassium Titanate Whisker TISMO in Fluorine Rubber

Otsuka Material Science & Technology (Shanghai) Co., Ltd.

Qian Handong, He Jionghao, Shao Hongqi, Ding Jie

Abstract：Through the study of two different kinds of potassium titanate TISMO and TERRACESS with different structures and several other common fillers used in the fluorine rubber, the curing characteristics, physical properties, aging properties, wear resistance and oil resistance were compared and analyzed. TISMO and TERRACESS can satisfy the white filler reinforcement for fluorine rubber. From the test results, it is found that the tear resistance, tensile strength, thermal resistance increased significantly. The curing kinetics is also improved.

Keyword: fluorine rubber, TISMO, TERRACESS, potassium titanate, crystal whisker, physical properties, tear resistance.

前言

由于氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐高真空及耐酸堿、耐多種化學(xué)藥品的特點(diǎn)，已應(yīng)用于現(xiàn)代航空、導(dǎo)彈、火箭、宇宙航行、艦艇、原子能等技術(shù)及汽車(chē)、造船、化學(xué)、石油、電訊、儀器，機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。特別是隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，氟橡膠的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

氟橡膠是主鏈或側(cè)鏈碳原子上含有氟原子的一種合成高分子彈性體。氟原子的電負(fù)性,使得C-F鍵鍵能較大(大約110kJ?mol-1),同時(shí)促使C-C主鏈鍵能提高(97kJ?mol-1),并在F-H之間利用強(qiáng)范德華力形成氫鍵,且其原子半徑(0.064nm)相當(dāng)于C-C鍵的一半,因此能夠緊密地排列在碳原子周?chē)?對(duì)聚合物C-C主鏈產(chǎn)生很強(qiáng)地屏蔽作用,從而賦予了含氟高聚物高度穩(wěn)定性。由于氟橡膠這種化學(xué)結(jié)構(gòu),使得氟橡膠基體與絕大多數(shù)填料之間并不存在化學(xué)作用,也很難找到一種合適的表面活性劑對(duì)填料進(jìn)行表面改性處理,所以氟橡膠與現(xiàn)今普遍使用的填料之間的界面粘合強(qiáng)度較弱。然而,填料卻可增大體積、降低成本,改善力學(xué)性能及加工工藝性能等,對(duì)于氟橡膠這種昂貴的特種橡膠來(lái)說(shuō),其作用更加明顯。[1]本文研究了一種新型材料─TISMO晶須在氟橡膠中的應(yīng)用，這種白色填料的主要成份是鈦酸鉀，結(jié)構(gòu)可以分成片狀和針狀，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)剎車(chē)片等工業(yè)制品中，但很少使用在橡膠中，本文可以展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，使得氟橡膠的配合體系更加的豐富，性能更加優(yōu)良。

實(shí)驗(yàn)材料

TISMO材料是大塚化學(xué)注冊(cè)的專(zhuān)利產(chǎn)品，該產(chǎn)品的主要成分是鈦酸鉀，它的化學(xué)通式為K2O·nTiO ，其結(jié)構(gòu)隨 n值的不同而不同，相應(yīng)的性能也有很大差別，通常 取2、4或6．n 為2或4時(shí)，其分子呈層狀結(jié)構(gòu)，鉀離子位于層間具有很強(qiáng)的離子交換性，在陽(yáng)離子交換方面有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，此外還可用于過(guò)濾、催化劑載體及吸附等方面． 取6時(shí)，其分子主體呈隧道結(jié)構(gòu)，鉀離子處于隧道中間，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，和耐磨性能。日本研究人員發(fā)現(xiàn)八鈦酸鉀比六鈦酸鉀晶須的抗拉強(qiáng)度更加優(yōu)越，從而被逐漸重視起來(lái)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高要求摩擦材料中，[2] TISMO材料（型號(hào)為D102）就是8Ti鈦酸鉀，而且其經(jīng)過(guò)了表面經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑處理，使其具有優(yōu)良的分散性能，可以很好的分散在塑煉，樹(shù)脂，橡膠中，該產(chǎn)品為針狀。另外我們還同時(shí)比較了一種6Ti的鈦酸鉀---型號(hào)為T(mén)ERRACESS PS，該產(chǎn)品呈片狀。

由于TISMO材料具有優(yōu)良的物理性能和分散性能，因此被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)剎車(chē)片中。本文是根據(jù)TISMO材料的本身突出的特點(diǎn)，將其應(yīng)用在氟橡膠配合體系中，以期拋磚引玉的將該材料應(yīng)用在橡膠領(lǐng)域。首先我們對(duì)比一下氟橡膠中常用填料和兩種鈦酸鉀如下表:

表一：幾種材料的性能對(duì)比

3. 實(shí)驗(yàn)部分

3.1實(shí)驗(yàn)材料

氟橡膠2602，2603 上海三愛(ài)富新材料股份公司； 雙酚AF，BPP ，Ca(OH)2，活性氧化鎂，硫酸鋇，上海協(xié)諾橡膠化工有限公司，N990 上?？ú┨鼗び邢薰?，TISMO針狀鈦酸鉀D102，片狀鈦酸鉀TERRACESS PS 張家港大塚化學(xué)有限公司。實(shí)驗(yàn)用的其它原材料均為橡膠工業(yè)常用材料。

3.2 基本配方

氟橡膠2603 50；2602 50；氧化鎂 4；氫氧化鈣 6；BPP 0.25;雙酚AF 2.2；內(nèi)脫模劑 1.5；其他變量。

3.3 煉膠工藝

1) 煉膠：在低溫雙輥開(kāi)煉機(jī)上將氟橡膠塑煉后，按照配方依次添加吸酸劑，填料，助劑，交聯(lián)劑，并充分混合均勻，使各種配合劑在膠料中分散均勻，膠料表面無(wú)明顯顆粒后，下片。

2）試片制備：經(jīng)過(guò)停放的混煉膠在平板硫化機(jī)上進(jìn)行一段硫化，硫化條件為170℃X10分鐘。

3）硫化：試片在恒溫烘箱中進(jìn)行二段硫化，硫化條件為230℃X24小時(shí)。

3.4性能測(cè)試

ASTM D412 硫化橡膠和熱塑性橡膠拉伸性能的測(cè)定

ASTM D2240-2005(2010) 硫化橡膠邵爾A硬度試驗(yàn)方法

ASTM D5289-2007a 橡膠用無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀測(cè)定硫化性能

ASTM D1630 橡膠磨耗測(cè)試

ASTM D7121-2005 硫化橡膠回彈性的測(cè)定

ASTM D4678 橡膠混煉膠門(mén)尼粘度測(cè)試

ASTM D1938 橡膠撕裂測(cè)試方法

3.5實(shí)驗(yàn)儀器

1.5升密煉機(jī)，Ф200開(kāi)放式煉膠機(jī)，40T微機(jī)控制平板硫化機(jī)，ZWICK邵氏A型橡膠硬度計(jì)，ZWICK材料試驗(yàn)機(jī)，MONTECH MV3000門(mén)尼粘度計(jì)，MONTECH D-MDR3000無(wú)轉(zhuǎn)子橡膠硫化流變儀，GOTECH恒溫烘箱，GOTECH AKRON磨耗儀，GOTECH橡膠回彈儀，島津分析天平。