丙烯酸酯橡胶(ACM)极性高,主链由饱和烃组成,因此具有良好的耐热、耐油和耐老化性能,在汽车发动机行业得到了广泛应用。随着汽车向高性能化方向发展,发动机周围部件亟待提高耐高温性能,延长使用寿命,这就要求ACM的综合性能不断提高。近年来利用具有互补性的橡胶与ACM并用及利用多功能单体聚合改性ACM成为研究的热点。氟橡胶(FKM)具有优异的耐高温、耐油、耐化学腐蚀及耐老化等性能,因此将FKM引入ACM中,有望提高ACM的耐高温性能和耐老化性能,从而制造性能更为优异的橡胶密封件。两种橡胶的并用存在相容性和硫化条件不一致等问题,并用胶较为典型的硫化方法有共硫化法和动态硫化法。本工作在FKM的丙酮溶液中原位合成ACM,并对原位聚合ACM/FKM并用胶的性能进行研究。
1.实验
1.1主要原材料
丙烯酸乙酯(EA)和丙烯酸丁酯(BA),聚合级,北京东方化工厂产品;2-丙烯酸甲氧基乙酯(MOEA),山东益利化工厂有限产品;甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),上海元吉化工有限公司提供,偶氮二异丁腈(AIBN)和N,N-二甲基苯胺(DMA),分析纯,上海化学试剂厂产品;FKM,牌号F-2603偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物,四川晨光化工研究院产品;炭黑N990,中联橡胶(集团)总公司提供;硫化剂双酚AF和促进剂苄基三苯基氯化磷(BPP),四川晨光化工研究院产品;轻质氧化镁,河北高邑秦达化工有限公司产品;氢氧化钙,上海漕泾化工厂产品;炭黑N330和苯甲酸铵,上海立深化工有限公司提供。
1.2基本配方
FKM基本配方为:FKM 100,炭黑 N990 15,硬脂酸 1,轻质氧化镁 4,氢氧化钙 7,BPP 0.4,双酚 AF 2.5。
ACM基本配方为:ACM 100,炭黑 N330 65,硬脂酸 1,苯甲酸铵 2。
1.3 试验设备与仪器
XK-160型双辊开炼机,南京橡塑机械厂产品;XSS-300型密炼机,上海轻工机械公司产品;25t平板硫化机,无锡市第一橡塑机械厂产品;RG-M-30A型万能材料试验机,深圳市瑞格尔仪器有限公司产品;邵尔A型硬度计,江苏江都试验机械厂产品;5DX型傅立叶转换红外光谱仪,美国Nicolet公司产品;Pyris7e型动态力学分析仪,美国Perkin Elmer公司产品;NETZSCH STA 449C 型热重分析仪,德国耐驰公司产品。
1.4试样制备
在装有冷凝管、温度计和搅拌器的500 Ml四口烧瓶中,加入一定量的FKM和丙酮,搅拌使FKM溶解。然后按比例将MOEA,EA,BA和GMA加入烧瓶中,在氮气气氛下搅拌30 min,加热至回流温度,滴加AIBA和DMA(氧化-还原引发剂)的丙酮溶液,保温4~8h。反应结束后,减压蒸馏,回收丙酮,将聚合物在40~55℃下真空干燥至恒质量,得到ACM/FKM生胶。根据聚合反应收率计算单体加入量,分别制得ACM/FKM并用比为100/0,90/10,80/20,70/30,60/40和50/50的生胶。
将ACM/FKM生胶加入密炼机,设定转子转速为50r.min-1 ,控制温度低于60℃,按ACM/FKM并用比分别加入相应用量的配合剂,混炼4min出料,在开炼机上出片后,在平板硫化机上硫化,硫化条件为170℃×20min。
1. 5测试分析
(1)红外光谱(IR)分析
将少量ACM和ACM/FKM并用胶分别溶于10mL氯仿中,取适量混合液涂在溴化钾盐片上进行IR分析。
(2)物理性能测试
硫化胶邵尔A型硬度、拉伸性能和撕裂强度分别按GB/T 531-1999,GB/T 528-1998和GB/T529-1999进行测定。
(3)热重(TG)分析
试样于110℃下真空干燥5h后进行测试,氮气气氛,初始温度为30℃,升温速率为10℃.min-1,升温至试样恒质量。
(4)动态力学分析
测试条件:试样为直径14min、厚2mm的圆片,频率1Hz,升温速率为5℃.min-1。
2结果与讨论
2.1R分析
ACM及ACM/FKM并用胶的IR谱如图1所示。
从图1可以看出,ACM/FKM并用胶的IR谱在 1732,1060,910和760cm-1处出现特征峰,说明单体EA,BA,MOEA和GMA均已聚合到共聚物中;ACM/FKM并用胶的IR谱包含了ACM的全部特征峰,但峰强度有所降低,这说明单体已聚合成ACM,由于体系中含有一定量的FKM,导致ACM特征峰强度降低。
2.2物理性能
ACM及ACM/FKM并用胶的物理性能如图2和3所示。
从图2和3可以看出,随ACM/FKM并用比的减小,硫化胶邵尔A型硬度、拉伸强度、拉断伸长率和撕