硅藻土在高硬度彩色氟橡胶中的应用

连晓磊, 肖风亮, 刘新梅

（广州机械科学研究院有限公司，广东 广州 510700）

硅藻土在高硬度彩色氟橡胶中的应用

连晓磊, 肖风亮, 刘新梅

（广州机械科学研究院有限公司，广东 广州 510700）

研究了硅藻土MW-25和FP-22在彩色氟橡胶中的补强效果，对高硬度氟橡胶的硫化特性、物理及力学性能、热老化性能和压缩永久变形性能进行了测试。结果表明：两种硅藻土在氟橡胶中有很好的补强作用，添加量为40份时，胶料硬度即可达到87～89度（邵尔A硬度），拉伸强度达15 MPa，同时胶料具有较好的耐热老化性能和压缩永久变形性能。

硅藻土；氟橡胶；MW-25；FP-22

0 前 言

硅藻土是选用硅藻土矿物原料,通过煅烧、风选和微细粉碎等加工过程制成的。它的主要成分是非晶质SiО2，含量在80%以上，其余为铝、铁氧化物及少量有机杂质。硅藻土具有特殊的纳米孔洞结构，使其具有许多特殊的性能，如大的孔隙度、较强的吸附性、质轻、隔音、耐磨、耐热等，因此具有广泛的用途[1]。

市售的硅藻土填料大多是经过煅烧或者助熔煅烧得来的。煅烧是除去有机质最简单、最有效的一种方法。经过合适温度和时间煅烧的硅藻土，可相对保持硅藻土结构的原貌，增加硅藻土的孔隙度，并得到预期的粒径分布。助熔煅烧是在煅烧过程中加入了助熔剂，助熔剂能够降低煅烧温度，粘结部分粒子，中和游离酸，提高PH值等[2]。

氟橡胶彩色配方中能够使用的填料有限，一般是白炭黑、硅酸钙、硅藻土、硫酸钡等浅色填料。汪必宽等探讨了不同填料在氟橡胶中的应用情况，发现美国一品矿物公司的MW-25硅藻土具有优良的补强性能。这可能是缘于其具有独特的竹状中空结构（如图1），其粒子与橡胶分子的接触面积较大，提高了粒子与橡胶分子的结合，且硅藻土基体中形成大量高活性表面或高活性点，从而大大增强了对氟橡胶的补强作用[3]。

图1 MW25的电镜图

本文选用美国一品矿物公司的两种硅藻土作为填料，研究了硅藻土在彩色高硬度氟橡胶配方中的应用，并对胶料的硫化特性、物理及力学性能、热老化性能和压缩永久变形性能等进行了探讨。

1 实 验

1.1 主要原材料

G716，日本大金公司产品；氧化镁MА-150，日本协和公司产品；硅藻土MW-25和FP-22，美国一品矿物公司产品；HT-290，STRUKTОL公司产品；其他均为市售工业品。

1.2 基本配方

基本配方为：G716，100（质量份，下同）；氢氧化钙，6；氧化镁，3；氧化铁红，5；HT-290， 0.5；棕榈蜡，1[4]；填料，变量；其他助剂，3。配方组成及编号如表1所示。

1.3 主要实验仪器和设备

XK-160开炼机，佰弘机械（上海）有限公司生产；Z010高低温材料试验机，德国Zwiсk公司产品；橡胶硬度计（Shоrе А），德国Zwiсk公司产品；401А型老化箱，上海实验仪器厂产品；50t平板硫化机，上海橡胶机械厂生产；GT-M2000А型硫化仪，高铁检测仪器（东莞）有限公司生产。

表1 实验配方表

1.4 试样制备

混炼在XK-160炼胶机上按氟橡胶常规混炼方法混炼，停放24h后薄通10遍，然后测硫化曲线。

试样在50t平板硫化机上制备，一段模压条件为170℃×10min，二段硫化在热空气老化箱内进行，条件是200℃×16h。

1.5 性能测试

硬度按GB/T 531.1-2008测试；拉伸应力应变性能按GB/T 528-2009测试；压缩永久变形按GB/T 7759-2001测试。

2 结果与讨论

2.1 硅藻土品种及性能参数

本研究选用助熔煅烧型MW-25和煅烧型的FP-22作为研究对象，其参数数据如表2所示。

表2 MW-25和FP-22的性能参数

由表2可以看出，FP-22 PH值为6，呈弱酸性；MW-25 PH值为10，为中等碱性。FP-22比表面积更大，吸油值更高，粒径更小。两种硅藻土的水分含量都只有0.5%，对胶料的加工和贮存安全性有所帮助。

2.2 硅藻土品种和用量对氟橡胶流变性能的影响

由图2和表3可以看出，硅藻土添加量增加时，胶料的焦烧时间变短，正硫化时间延长，最低扭矩ML变化不大，扭矩增加值变大，两种硅藻土的趋势一致。

图2 F-1～F-6的硫化曲线

表3 F-1～F-6的硫化特性

FP-22相对MW-25有更长的焦烧时间，tS2延长了16～40s，有更多的硫化上模时间，可大大提高加工安全性。FP-22胶料硫化速度相对较慢，其正硫化时间tС90比同份数MW-25的多将近1倍，生产时需要更多的硫化时间，生产效率相对较低。相同份数时，FP-22填充的氟橡胶扭矩增加值大大低于MW-25；随着用量的增加，FP-22胶料扭矩增加值增加幅度也小于MW-25胶料。

2.3 硅藻土品种和用量对氟橡胶物理及力学性能的影响

由表4可以看出，随着硅藻土用量的增加，胶料的硬度、拉伸强度、100%定伸应力都在增大，拉断伸长率减小。撕裂强度有所增加，在填充达到50份以后，撕裂强度基本稳定。

同等份数时，两种硅藻土的补强性能相差不大，FP-22补强的氟橡胶硬度、拉断伸长率和撕裂强度高于MW-25。

表4 F-1～F-6的物理及力学性能

2.4 硅藻土品种对氟橡胶热老化性能的影响

由表5可知，随着填充份数的增加，两种硅藻土填充的氟橡胶耐热老化性能逐步提高。同等份数时，FP-22填充的氟橡胶性能略好于MW-25填充的氟橡胶，这对于产品在高温下使用是非常有利的，可以延长产品的使用寿命。

表5 F-1～F-6的热老化性能

2.5 硅藻土品种对氟橡胶压缩永久变形性能的影响

由表6可知，在相同填充份数时，两种硅藻土填充的混炼胶，其压缩永久变形数值相当。随着填充份数的增加，压缩永久变形数据增大。

表6 F-1～F-6的压缩永久变形性能

2.6 PEG-4000对性能的影响

FP-22呈弱酸性，与平常使用的酸性沉淀法白炭黑类似。从2.2硫化特性的比较来看，其硫化速度明显比碱性的MW-25慢，扭矩增加值也小于MW-25，按照通常对白炭黑的处理方法，通过添加PEG-4000，考察对胶料性能的影响。

2.6.1 PEG-4000对硫化特性的影响

由图3和表7可知，加入PEG-4000后，胶料的焦烧期缩短到原来的一半左右，正硫化时间也变短了，但是变化幅度不大，最低扭矩ML和扭矩增加值（MH-ML）显著变大。说明PEG-4000影响了体系的酸碱性，缩短了诱导期。但是也带来了不利影响：安全操作时间变短，充模流动性变差。

图3 F-1、F-7、F-8的硫化曲线

表7 F-1、F-7、F-8的硫化特性

2.6.2 PEG-4000对常规物理及力学性能的影响

由表8可知，随着PEG-4000用量的增加，胶料的硬度增加1度，拉伸强度几乎不变，拉断伸长率轻微下降，撕裂强度先增大后减少。总体数据变化不大，说明PEG-4000的加入对常规物理性能的影响不大。

2.6.3 PEG-4000对压缩永久变形性能的影响

加入PEG-4000后，胶料的压缩永久变形值几乎不变。

综合2.7.1、2.7.2、2.7.3的数据，可以认为，PEG-4000更多的是体现在对胶料流变性能的影响上，对胶料的物理性能和压缩永久变形性能等影响不大。

2.7 硅烷偶联剂对性能的影响

继续参照对白炭黑的处理方法，通过添加硅烷偶联剂，考察其对胶料性能的影响。本研究选用了А-151和KH-560两种不同类型的硅烷偶联剂作为研究对象。添加方法：在料杯内放入硅藻土，将硅烷偶联剂滴到硅藻土表面，然后盖上盖子上下翻转10次，再按照常规的加料方式炼胶。

表8 F-1、F-7、F-8的物理及力学性能

表9 F-1、F-7、F-8的压缩永久变形性能

2.7.1 硅烷偶联剂对流变性能的影响

由图4和表10可知，两种偶联剂对胶料流变性能的影响有很大不同：А-151缩短了焦烧期，但是延长了正硫化时间，最低扭矩ML显著降低，扭矩增加值明显变大。KH-560极大地缩短了焦烧时间和正硫化时间，同时其扭矩变化值减小了很多。

图4 F-1、F-9、F-10的硫化曲线

2.7.2 硅烷偶联剂对常规物理及力学性能的影响

由表11可知，А-151的加入降低了拉断伸长率和撕裂强度，拉伸强度也略有降低。KH-560降低了硬度、拉伸强度、100%定伸应力和撕裂强度，但是幅度都不是很大。不过，伸长率提高了34.2%。

综合2.8.1和2.8.2，可以这么认为：适量加入А-151，可以降低最低扭矩ML，提高交联密度；加入KH-560，胶料易焦烧，同时交联密度降低。

表10 F-1、F-9、F-10的硫化特性

表11 F-1、F-9、F-10的物理及力学性能

3 结 论

（1）随硅藻土添加量的增加，胶料的焦烧时间变短，正硫化时间延长，最低扭矩ML变化不大，扭矩增加值变大。FP-22填充的胶料硫化速度相对较慢，扭矩增加值相对较少。

（2）两种硅藻土在彩色氟橡胶中的补强性能较好，在填充量为40份时硬度可达到87～89度，拉伸强度达到15 MPа。

（3）两种硅藻土的压缩永久变形性能相当，FP-22的耐热老化性能略胜一筹。

（4）PEG-4000的加入缩短了焦烧时间，提高了交联密度，正硫化时间变化不大，对胶料的常规物理性能和压缩永久变形影响不大。

（5）适量加入А-151，可以降低最低扭矩ML，提高交联密度。加入KH-560，胶料易焦烧，同时交联密度降低。

[1] 彭 政, 等.硅藻土/天然橡胶复合材料的性能研究[J].广州化工,2010,38(11)：73-76.

[2] 王 娜, 郑水林.不同煅烧工艺对硅藻土性能的影响研究现状[J].中国非金属矿工业导刊,2012,3：16-20.

[3] 汪必宽,张 煜. 硅藻土等不同填料在氟橡胶中应用研究[J].特种橡胶制品,2010,31(5)：26-28.

[4] 肖风亮. 氟弹性体选用手册[M].北京：化学工业出版社，2007. 138-140.

[5] 王象民. 橡胶功能填料-诺伊堡硅藻土[J].橡胶参考资料.2010,40(5)：8-10.

[6] 廖经慧, 等. 硅藻土作为橡胶补强填料的应用研究[J].中国非金属矿工业导刊,2011,2：19-21.

[7] 付万森, 等. 硅藻土在橡胶制品中的应用[J].橡塑技术与装备,2002,28(2)：29-30.

[8] 廖经慧, 等. 硬脂酸改性硅藻土及其对天然橡胶/丁苯橡胶增强性能的影响[J].硅酸盐学报, 2011,39(4)：641-645.

[责任编辑：朱 胤]

Application of Diatomite on High Hardness Color FKM

Lian Xiaolei, Xiao Fengliang, Liu Xinmei
(Guangzhou Mechanical Еngineering Research Institute Co., Ltd, Guangzhou 510700 )

This paper studied the reinforcing effect of diatomite MW-25 and FP-22 on color FKM. The curing property ,physical and mechanical properties , air oven aging resistance property, compression set property of high hardness FKM were tested. The results showed that MW-25 and FP-22 both had good reinforcing effect , hardness (shore А)was 87～89 and tensile strength came to15 MPa when dosage was 40 phr. Moreover, air oven aging resistance property and compression set property were also satisfactory.

Diatomite; FKM; MW-25; FP-22

TQ 330.38+3

B

1671-8232(2014)03-0015-05

2013-09-04

连晓磊（1982-），男，河南禹州人，工程师，主要从事橡胶密封制品的配方开发和工艺研究。