丙烯酸酯橡膠(ACM)極性高,主鏈由飽和烴組成,因此具有良好的耐熱、耐油和耐老化性能,在汽車發(fā)動機行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。隨著汽車向高性能化方向發(fā)展,發(fā)動機周圍部件亟待提高耐高溫性能,延長使用壽命,這就要求ACM的綜合性能不斷提高。近年來利用具有互補性的橡膠與ACM并用及利用多功能單體聚合改性ACM成為研究的熱點。氟橡膠(FKM)具有優(yōu)異的耐高溫、耐油、耐化學(xué)腐蝕及耐老化等性能,因此將FKM引入ACM中,有望提高ACM的耐高溫性能和耐老化性能,從而制造性能更為優(yōu)異的橡膠密封件。兩種橡膠的并用存在相容性和硫化條件不一致等問題,并用膠較為典型的硫化方法有共硫化法和動態(tài)硫化法。本工作在FKM的丙酮溶液中原位合成ACM,并對原位聚合ACM/FKM并用膠的性能進行研究。
1.實驗
1.1主要原材料
丙烯酸乙酯(EA)和丙烯酸丁酯(BA),聚合級,北京東方化工廠產(chǎn)品;2-丙烯酸甲氧基乙酯(MOEA),山東益利化工廠有限產(chǎn)品;甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA),上海元吉化工有限公司提供,偶氮二異丁腈(AIBN)和N,N-二甲基苯胺(DMA),分析純,上?;瘜W(xué)試劑廠產(chǎn)品;FKM,牌號F-2603偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物,四川晨光化工研究院產(chǎn)品;炭黑N990,中聯(lián)橡膠(集團)總公司提供;硫化劑雙酚AF和促進劑芐基三苯基氯化磷(BPP),四川晨光化工研究院產(chǎn)品;輕質(zhì)氧化鎂,河北高邑秦達化工有限公司產(chǎn)品;氫氧化鈣,上海漕涇化工廠產(chǎn)品;炭黑N330和苯甲酸銨,上海立深化工有限公司提供。
1.2基本配方
FKM基本配方為:FKM 100,炭黑 N990 15,硬脂酸 1,輕質(zhì)氧化鎂 4,氫氧化鈣 7,BPP 0.4,雙酚 AF 2.5。
ACM基本配方為:ACM 100,炭黑 N330 65,硬脂酸 1,苯甲酸銨 2。
1.3 試驗設(shè)備與儀器
XK-160型雙輥開煉機,南京橡塑機械廠產(chǎn)品;XSS-300型密煉機,上海輕工機械公司產(chǎn)品;25t平板硫化機,無錫市第一橡塑機械廠產(chǎn)品;RG-M-30A型萬能材料試驗機,深圳市瑞格爾儀器有限公司產(chǎn)品;邵爾A型硬度計,江蘇江都試驗機械廠產(chǎn)品;5DX型傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀,美國Nicolet公司產(chǎn)品;Pyris7e型動態(tài)力學(xué)分析儀,美國Perkin Elmer公司產(chǎn)品;NETZSCH STA 449C 型熱重分析儀,德國耐馳公司產(chǎn)品。
1.4試樣制備
在裝有冷凝管、溫度計和攪拌器的500 Ml四口燒瓶中,加入一定量的FKM和丙酮,攪拌使FKM溶解。然后按比例將MOEA,EA,BA和GMA加入燒瓶中,在氮氣氣氛下攪拌30 min,加熱至回流溫度,滴加AIBA和DMA(氧化-還原引發(fā)劑)的丙酮溶液,保溫4~8h。反應(yīng)結(jié)束后,減壓蒸餾,回收丙酮,將聚合物在40~55℃下真空干燥至恒質(zhì)量,得到ACM/FKM生膠。根據(jù)聚合反應(yīng)收率計算單體加入量,分別制得ACM/FKM并用比為100/0,90/10,80/20,70/30,60/40和50/50的生膠。
將ACM/FKM生膠加入密煉機,設(shè)定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50r.min-1 ,控制溫度低于60℃,按ACM/FKM并用比分別加入相應(yīng)用量的配合劑,混煉4min出料,在開煉機上出片后,在平板硫化機上硫化,硫化條件為170℃×20min。
1. 5測試分析
(1)紅外光譜(IR)分析
將少量ACM和ACM/FKM并用膠分別溶于10mL氯仿中,取適量混合液涂在溴化鉀鹽片上進行IR分析。
(2)物理性能測試
硫化膠邵爾A型硬度、拉伸性能和撕裂強度分別按GB/T 531-1999,GB/T 528-1998和GB/T529-1999進行測定。
(3)熱重(TG)分析
試樣于110℃下真空干燥5h后進行測試,氮氣氣氛,初始溫度為30℃,升溫速率為10℃.min-1,升溫至試樣恒質(zhì)量。
(4)動態(tài)力學(xué)分析
測試條件:試樣為直徑14min、厚2mm的圓片,頻率1Hz,升溫速率為5℃.min-1。
2結(jié)果與討論
2.1R分析
ACM及ACM/FKM并用膠的IR譜如圖1所示。
從圖1可以看出,ACM/FKM并用膠的IR譜在 1732,1060,910和760cm-1處出現(xiàn)特征峰,說明單體EA,BA,MOEA和GMA均已聚合到共聚物中;ACM/FKM并用膠的IR譜包含了ACM的全部特征峰,但峰強度有所降低,這說明單體已聚合成ACM,由于體系中含有一定量的FKM,導(dǎo)致ACM特征峰強度降低。
2.2物理性能
ACM及ACM/FKM并用膠的物理性能如圖2和3所示。
從圖2和3可以看出,隨ACM/FKM并用比的減小,硫化膠邵爾A型硬度、拉伸強度、拉斷伸長率和撕