全氟醚橡膠配方設(shè)計及混煉工藝性研究

史勇，董超峰

（西安航天動力研究所，陜西西安 710100）

全氟醚橡膠（FFKM）由四氟乙烯（TFE）主鏈和全氟甲基乙烯基醚（PMVE）支鏈及架橋部分構(gòu)成，不僅具有耐高溫、耐化學腐蝕（可耐1 600余種化學品的腐蝕）的優(yōu)異性能，還具備橡膠的彈性。FFKM制品主要應(yīng)用于航空、航天、石油、化工和原子能等工業(yè)部門[1]，絕大多數(shù)為密封件，可在火箭發(fā)動機的燃料、肼、氧化劑、四氧化二氮、發(fā)煙硝酸及氟里昂-21等介質(zhì)中使用。

目前，我國的FFKM合成工藝尚處于試驗研究期，中昊晨光化工研究院已成功研制了合成全氟醚橡膠的重要原材料——全氟甲基乙烯基醚，但其合成橡膠的工藝尚在試驗階段。本次試驗選用全氟醚生膠進行配方及工藝性研究，以研制出高溫性能好、壓縮永久變形低以及耐介質(zhì)性能優(yōu)良的全氟醚混煉膠。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

PFR94全氟醚生膠，意大利蘇威公司[2]；性能對比材料為全氟醚E19467、2375，美國3M。

1.2 配方研究

1.2.1 配合劑的選擇

（1）硫化體系。全氟醚橡膠是一種高飽和度的含氟高聚物，一般不能采用硫磺進行硫化，且混入少量硫磺會使氟橡膠全面報廢。一般采用有機過氧化物、有機胺衍生物、二羥基化合物作為硫化劑或進行輻射硫化，其中輻射硫化目前尚未投入工業(yè)生產(chǎn)。一般工業(yè)生產(chǎn)中，采用雙酚AF/BPP硫化體系生產(chǎn)的混煉膠穩(wěn)定性好，不易焦燒，流動性好、壓縮永久變形小[3]；雙25+TAIC硫化體系的混煉膠不焦燒、不縮邊，具有較好的耐腐蝕性能和耐高溫蒸汽的性能。目前，橡膠一般采用雙25+TAIC的過氧化物硫化體系。

（2）補強填充劑。全氟醚橡膠屬于自補強型橡膠，其本身強度高。補強填充劑主要用于改進工藝性能、降低成本以及控制產(chǎn)品的硬度、耐熱性和壓縮永久變形等。一般用半補強炭黑作為填充劑[4]。

（3）助劑。蘇威公司為了提高全氟醚橡膠的綜合性能，研制出特殊助劑，少量的添加即能夠極大地改善混煉膠的力學性能、工藝性等。

1.2.2 配方設(shè)計

根據(jù)“1.2.1”對配合劑的分析，設(shè)計配方如表1所示。

表1 新型全氟醚混煉膠配方

1.3 工藝性研究

1.3.1 全氟醚橡膠混煉膠質(zhì)量控制要點

（1）注意煉膠機和周圍環(huán)境是否整潔，最好采用專用煉膠機，否則在混煉前必須對煉膠機進行清潔。（2）開啟煉膠機，將冷卻水閥門開到約1/2處。（3）煉膠過程要求：將輥距調(diào)至1 mm左右，將生膠薄通3次后包前輥，待生膠在開煉機上包輥均勻，保證滾筒上有適量的堆積膠；沿開煉機輥隙緩慢分批加入預混過的粉料，注意混煉中不開刀，如果堆積膠過多，逐步緩慢放大輥距；清掃開煉機料盤，將清掃的物料加入膠料中；吃粉完畢，左右拉割刀一次，將輥距調(diào)至1 mm左右，薄通打三角包各3次；輥距調(diào)至3.5 mm左右，出片卸料。（4）全氟醚橡膠混煉過程中會產(chǎn)生熱量，能加快炭黑和配合劑分散。但要注意滾筒溫度不要超過50 ℃；如果混煉過程中溫度過高，等滾筒稍作冷卻后再進行操作（5）混煉后的煉膠攤開自然晾至室溫后入庫，膠料不能堆放，防止膠料中間溫度聚集，導致焦燒現(xiàn)象。如表2所示，為全氟醚橡膠混煉膠煉膠工藝具體信息。

表2 新型全氟醚橡膠混煉膠煉膠工藝

1.3.2 性能測試

按設(shè)計配方煉制全氟醚混煉膠，在選擇的硫化成型工藝條件下，進行試片、小豆（Φ10×10）的壓制，按照GB/T528-1998《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》、GB7759-87《硫化橡膠物理試驗方法》測試性能，與其他牌號混煉膠的測試結(jié)果進行對比，并測試該新型全氟醚混煉膠30 d內(nèi)的耐介質(zhì)性能。

2 結(jié)果與分析

如表3所示，為新研制的全氟醚混煉膠與其他混煉膠測試性能對比，表4為新型全氟醚混煉膠的耐介質(zhì)性能。表3和表4表明，新研制的全氟醚混煉膠具有以下特點：（1）常溫拉伸強度、斷裂伸長率均比其他全氟醚混煉膠高，說明其力學性能優(yōu)良；（2）高溫壓縮永久變形相比其他混煉膠大幅減小，高溫性能優(yōu)異，可在280 ℃下可靠使用；（3）耐介質(zhì)性能優(yōu)良，為一級相容。

表3 新研制的全氟醚混煉膠與其他混煉膠測試性能對比

表4 新型全氟醚混煉膠耐介質(zhì)性能

3 結(jié)論

新研制的全氟醚混煉膠配方科學、合理，工藝性較好，高溫性能、耐介質(zhì)性能優(yōu)良，達到了研究目標，能夠用于制造耐介質(zhì)、耐高溫產(chǎn)品的密封件。