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摘要：通過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。通過實驗我們可以發(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，可以大大彌補白色填料對氟橡膠補強的性能需求。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，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、造船、化學(xué)、石油、電訊、儀器，機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。特別是隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，氟橡膠的應(yīng)用越來越廣泛。

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),同時促使C-C主鏈鍵能提高(97kJ?mol-1),并在F-H之間利用強范德華力形成氫鍵,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圍,對聚合物C-C主鏈產(chǎn)生很強地屏蔽作用,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,對于氟橡膠這種昂貴的特種橡膠來說,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)用于汽車剎車片等工業(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。

實驗材料

TISMO材料是大塚化學(xué)注冊的專利產(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，其分子呈層狀結(jié)構(gòu)，鉀離子位于層間具有很強的離子交換性，在陽離子交換方面有獨特的應(yīng)用價值，此外還可用于過濾、催化劑載體及吸附等方面． 取6時，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度更加優(yōu)越，從而被逐漸重視起來，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高要求摩擦材料中，[2] TISMO材料（型號為D102）就是8Ti鈦酸鉀，而且其經(jīng)過了表面經(jīng)過硅烷偶聯(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，樹脂，橡膠中，該產(chǎn)品為針狀。另外我們還同時比較了一種6Ti的鈦酸鉀---型號為TERRACESS 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)用在汽車剎車片中。本文是根據(jù)TISMO材料的本身突出的特點，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：幾種材料的性能對比

3. 實驗部分

3.1實驗材料

氟橡膠2602，2603 上海三愛富新材料股份公司； 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荆琓ISMO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。實驗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，膠料表面無明顯顆粒后，下片。

2）試片制備：經(jīng)過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。

3.4性能測試

ASTM D412 硫化橡膠和熱塑性橡膠拉伸性能的測定

ASTM D2240-2005(2010) 硫化橡膠邵爾A硬度試驗方法

ASTM D5289-2007a 橡膠用無轉(zhuǎn)子硫化儀測定硫化性能

ASTM D1630 橡膠磨耗測試

ASTM D7121-2005 硫化橡膠回彈性的測定

ASTM D4678 橡膠混煉膠門尼粘度測試

ASTM D1938 橡膠撕裂測試方法

3.5實驗儀器

1.5升密煉機(jī)，Ф200開放式煉膠機(jī)，40T微機(jī)控制平板硫化機(jī)，ZWICK邵氏A型橡膠硬度計，ZWICK材料試驗機(jī)，MONTECH MV3000門尼粘度計，MONTECH D-MDR3000無轉(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。