一种耐磨耐撕裂氟橡胶的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种耐磨耐撕裂氟橡胶的制备方法，属于高分子材料制备技术领域。本发明以海泡石为原料，用酸剥离得到矿纤维，经复合酶处理后再用低温等离子体进行表面改性制得自制增强剂，并用其对氟橡胶掺杂改性，最终制得耐磨耐撕裂氟橡胶，本发明通过酶和富含氨基酸的菠萝汁对海泡石纤维进行预改性，再用低温等离子气体进一步对矿纤维表面改性，增加其表面羟基和过氧基，提高分散性，使其与聚合物更易结合，同时改性海泡石纤维的加入，增强了氟橡胶机械性能，使其具有良好的耐磨性，摩擦系数为0.6～0.8；且耐撕裂性能高，撕裂强度为35～45kN/m，拓宽了氟橡胶的应用范围。
【专利说明】
一种耐磨耐撕裂氟橡胶的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种耐磨耐撕裂氟橡胶的制备方法，属于高分子材料制备技术领域。 【背景技术】
[0002]氟橡胶(FKM)是主链或侧链的碳原子上含有氟原子的合成高分子弹性体，其广泛应用于航天、军工、国防、汽车、石油化工等许多领域。氟橡胶制品主要应用于密封件、垫圈、 垫片、隔膜、胶管、油封、衬里、防腐制品和电绝缘制品。氟橡胶应用最广泛的是汽车领域， 占应用总量的60?70%。在汽车零部件上，可作为发动机燃料软管、加油软管、燃料栗、空调装置〇形圈，及喷射装置、动力活塞、气门杆、曲轴、空调压缩机的密封材料。
[0003]虽然氟橡胶具有优良的耐热性、抗氧化性、耐油性和耐腐蚀性，但是氟橡胶作为一种高分子合成材料，其也会与其它高分子合成材料一样，在使用和储存过程中由于热、氧以及其工作环境中应力、介质等因素的共同作用，其性能会随时间的推移而逐渐下降，甚至丧失使用性能。另外，氟橡胶的耐磨性能(摩擦系数通常大于1)还不尽如人意，有待进一步提高。为了克服氟橡胶上述的不足，科技工作者从分子结构设计的角度，在氟橡胶本体中进一步引入氟原子。但是氟原子的大量引入，会导致生产成本的大幅增加，同时会引起氟橡胶分子链刚性增加，可能失去橡胶的弹性性能。
[0004]海泡石纤维作为一种天然增强型非金属粘土矿物纤维，不但无毒害、资源丰富、利用价值尚，而且由于它具有吸附性能和耐尚温等特点，可作为提尚橡胶基体综合性能的填充材料，从而扩大橡胶复合材料的应用范围，然而由于天然海泡石矿粉纯度低、分散性差、 与聚合物结合力低，制约了海泡石纤维在复合材料领域的应用。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题:针对目前传统的氟橡胶存在弹性较差、耐磨性能不尽如人意、耐撕裂性能低下，而海泡石作为一种天然增强型矿物纤维，可以改变传统氟橡胶的不足，但是天然海泡石分散性差，与聚合物结合力低，难以实际应用于增强氟橡胶的缺陷，提供了一种耐磨耐撕裂氟橡胶的制备方法。该方法以海泡石为原料，用酸剥离得到矿纤维，经复合酶处理后再用低温等离子体进行表面改性制得自制增强剂，并用其对氟橡胶掺杂改性，最终制得耐磨耐撕裂氟橡胶，本发明通过酶和富含氨基酸的菠萝汁对海泡石纤维进行预改性，再用低温等离子气体进一步对矿纤维表面改性，增加其表面羟基和过氧基，提高分散性，使其与聚合物更易结合，解决了天然海泡石分散性差，不易与聚合物结合的问题，同时改性海泡石纤维的加入，增强了氟橡胶机械性能，又弥补了传统的氟橡胶存在弹性较差、耐磨性能不尽如人意、耐撕裂性能低下的不足，拓宽了氟橡胶的应用范围。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:(1)称取800?900g海泡石用液氮研磨机研磨30?40min后过200目标准筛，将过筛后的海泡石粉末装入烧杯中，按固液比为1:5向烧杯中加入浓度为0.3mol/L硫酸溶液，放置在摇床上振荡剥离过夜，移入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤3?5遍，得到海泡石纤维；(2)将500?600g上述得到的海泡石纤维移入发酵罐中，加入400?500mL菠萝汁，再加入海泡石纤维质量10%的复合酶制剂，于30?35 °C下保温酶解改性6?8h，将酶解产物用离心机以3000?4000r/min转速分离10?15min，得到下层沉淀物，所述的复合酶制剂是由中性蛋白酶和脂肪酶等质量复配制得；(3)将上述制备的下层沉淀物移入等离子体处理仪中，以50?60mL/min的速率向里通入氩气，在50?60Pa的压力和100?150W功率条件下进行低温等离子气体改性15?20min， 出料得到自制橡胶增强剂，备用；(4)按重量份数计称取70?80份偏氟醚橡胶生胶和2?4份过氧化二异丙苯装入两辊开炼机中炼制10?15min得到预混胶；(5)再按重量分数计将100?120份上述制备的预混胶、5?10份备用的自制橡胶增强剂、1?3份氧化镁、1?2份硬脂酸和1?3份N，N’_间苯撑双马来酰亚胺混合均匀后一起装入开放式塑炼机中塑炼15?20min，得混炼胶；(6)将上述得到的混炼胶用平板硫化机在140?150°C下进行硫化处理20?30min，待其自然冷却并在室温下存放20?24h，即得耐磨耐撕裂氟橡胶。
[0007]本发明制备的耐磨耐撕裂氟橡胶强度为15?30MPa，断裂伸长率为170?350%，撕裂强度为35?45kN/m，摩擦系数为0.6?0.8，弹性达到A级，耐热性为270?290°C，硬度为95?97度。
[0008]本发明与其他方法相比，有益技术效果是:(1)本发明制备的耐磨耐撕裂氟橡胶具有良好的耐磨性，摩擦系数为〇.6?0.8;(2)本发明制备的耐磨耐撕裂氟橡胶耐撕裂性能高，撕裂强度为35?45kN/m;(3)本发明制备步骤简单，所需成本低。【具体实施方式】
[0009]首先称取800?900g海泡石用液氮研磨机研磨30?40min后过200目标准筛，将过筛后的海泡石粉末装入烧杯中，按固液比为1:5向烧杯中加入浓度为0.3mol/L硫酸溶液，放置在摇床上振荡剥离过夜，移入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤3?5遍，得到海泡石纤维；将500?600g上述得到的海泡石纤维移入发酵罐中，加入400?500mL菠萝汁，再加入海泡石纤维质量10%的复合酶制剂，于30?35 °C下保温酶解改性6?8h，将酶解产物用离心机以3000?4000r/min转速分离10?15min，得到下层沉淀物，所述的复合酶制剂是由中性蛋白酶和脂肪酶等质量复配制得;接着将上述制备的下层沉淀物移入等离子体处理仪中，以50?60mL/min的速率向里通入氩气，在50?60Pa的压力和100?150W功率条件下进行低温等离子气体改性15?20min，出料得到自制橡胶增强剂，备用；按重量份数计称取 70?80份偏氟醚橡胶生胶和2?4份过氧化二异丙苯装入两辊开炼机中炼制10?15min得到预混胶;再按重量分数计将100?120份上述制备的预混胶、5?10份备用的自制橡胶增强剂、1?3份氧化镁、1?2份硬脂酸和1?3份N，N’_间苯撑双马来酰亚胺混合均匀后一起装入开放式塑炼机中塑炼15?20min，得混炼胶;最后将上述得到的混炼胶用平板硫化机在140 ?150°C下进行硫化处理20?30min，待其自然冷却并在室温下存放20?24h，即得耐磨耐撕裂氟橡胶。
[0010]实例 1首先称取900g海泡石用液氮研磨机研磨40min后过200目标准筛，将过筛后的海泡石粉末装入烧杯中，按固液比为1:5向烧杯中加入浓度为0.3mo 1/L硫酸溶液，放置在摇床上振荡剥离过夜，移入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤5遍，得到海泡石纤维；将 600g上述得到的海泡石纤维移入发酵罐中，加入500mL菠萝汁，再加入海泡石纤维质量10% 的复合酶制剂，于35°C下保温酶解改性8h，将酶解产物用离心机以4000r/min转速分离 15min，得到下层沉淀物，所述的复合酶制剂是由中性蛋白酶和脂肪酶等质量复配制得;接着将上述制备的下层沉淀物移入等离子体处理仪中，以60mL/min的速率向里通入氩气，在 60Pa的压力和150W功率条件下进行低温等离子气体改性20min，出料得到自制橡胶增强剂， 备用；按重量份数计称取80份偏氟醚橡胶生胶和4份过氧化二异丙苯装入两辊开炼机中炼制15min得到预混胶;再按重量分数计将120份上述制备的预混胶、10份备用的自制橡胶增强剂、3份氧化镁、2份硬脂酸和3份N，N’_间苯撑双马来酰亚胺混合均匀后一起装入开放式塑炼机中塑炼20min，得混炼胶;最后将上述得到的混炼胶用平板硫化机在150°C下进行硫化处理30min，待其自然冷却并在室温下存放24h，即得耐磨耐撕裂氟橡胶。
[0011]经检测，本发明制备的耐磨耐撕裂氟橡胶强度为30MPa，断裂伸长率为350%，撕裂强度为45kN/m，摩擦系数为0.8，弹性达到A级，耐热性为290°C，硬度为97度。
[0012]实例2首先称取800g海泡石用液氮研磨机研磨30min后过200目标准筛，将过筛后的海泡石粉末装入烧杯中，按固液比为1:5向烧杯中加入浓度为0.3mo 1/L硫酸溶液，放置在摇床上振荡剥离过夜，移入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤3遍，得到海泡石纤维；将 500g上述得到的海泡石纤维移入发酵罐中，加入400mL菠萝汁，再加入海泡石纤维质量10% 的复合酶制剂，于30°C下保温酶解改性6h，将酶解产物用离心机以3000r/min转速分离 lOmin，得到下层沉淀物，所述的复合酶制剂是由中性蛋白酶和脂肪酶等质量复配制得;接着将上述制备的下层沉淀物移入等离子体处理仪中，以50mL/min的速率向里通入氩气，在 50Pa的压力和100W功率条件下进行低温等离子气体改性15min，出料得到自制橡胶增强剂， 备用；按重量份数计称取70份偏氟醚橡胶生胶和2份过氧化二异丙苯装入两辊开炼机中炼制lOmin得到预混胶;再按重量分数计将100份上述制备的预混胶、10份备用的自制橡胶增强剂、1份氧化镁、1份硬脂酸和1份N，N’_间苯撑双马来酰亚胺混合均匀后一起装入开放式塑炼机中塑炼15min，得混炼胶;最后将上述得到的混炼胶用平板硫化机在140°C下进行硫化处理20min，待其自然冷却并在室温下存放20h，即得耐磨耐撕裂氟橡胶。[〇〇13]经检测，本发明制备的耐磨耐撕裂氟橡胶强度为15MPa，断裂伸长率为170%，撕裂强度为35kN/m，摩擦系数为0.6，弹性达到A级，耐热性为270°C，硬度为95度。
[0014]实例3首先称取850g海泡石用液氮研磨机研磨35min后过200目标准筛，将过筛后的海泡石粉末装入烧杯中，按固液比为1:5向烧杯中加入浓度为0.3mo 1/L硫酸溶液，放置在摇床上振荡剥离过夜，移入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤4遍，得到海泡石纤维；将 550g上述得到的海泡石纤维移入发酵罐中，加入450mL菠萝汁，再加入海泡石纤维质量10% 的复合酶制剂，于32°C下保温酶解改性7h，将酶解产物用离心机以3500r/min转速分离 12min，得到下层沉淀物，所述的复合酶制剂是由中性蛋白酶和脂肪酶等质量复配制得;接着将上述制备的下层沉淀物移入等离子体处理仪中，以55mL/min的速率向里通入氩气，在 55Pa的压力和120W功率条件下进行低温等离子气体改性17min，出料得到自制橡胶增强剂， 备用；按重量份数计称取75份偏氟醚橡胶生胶和3份过氧化二异丙苯装入两辊开炼机中炼制12min得到预混胶;再按重量分数计将110份上述制备的预混胶、7份备用的自制橡胶增强剂、2份氧化镁、1份硬脂酸和2份N，N’_间苯撑双马来酰亚胺混合均匀后一起装入开放式塑炼机中塑炼17min，得混炼胶;最后将上述得到的混炼胶用平板硫化机在145 °C下进行硫化处理25min，待其自然冷却并在室温下存放22h，即得耐磨耐撕裂氟橡胶。
[0015]经检测，本发明制备的耐磨耐撕裂氟橡胶强度为17MPa，断裂伸长率为300%，撕裂强度为40kN/m，摩擦系数为0.7，弹性达到A级，耐热性为280°C，硬度为96度。
【主权项】
1.一种耐磨耐撕裂氟橡胶的制备方法，其特征在于具体制备步骤为:(1)称取800?900g海泡石用液氮研磨机研磨30?40min后过200目标准筛，将过筛后的 海泡石粉末装入烧杯中，按固液比为1:5向烧杯中加入浓度为0.3mol/L硫酸溶液，放置在摇 床上振荡剥离过夜，移入布氏漏斗依次用无水乙醇和去离子水抽滤洗涤3?5遍，得到海泡 石纤维；(2)将500?600g上述得到的海泡石纤维移入发酵罐中，加入400?500mL菠萝汁，再加 入海泡石纤维质量10%的复合酶制剂，于30?35 °C下保温酶解改性6?8h，将酶解产物用离 心机以3000?4000r/min转速分离10?15min，得到下层沉淀物，所述的复合酶制剂是由中 性蛋白酶和脂肪酶等质量复配制得；(3)将上述制备的下层沉淀物移入等离子体处理仪中，以50?60mL/min的速率向里通 入氩气，在50?60Pa的压力和100?150W功率条件下进行低温等离子气体改性15?20min， 出料得到自制橡胶增强剂，备用；(4)按重量份数计称取70?80份偏氟醚橡胶生胶和2?4份过氧化二异丙苯装入两辊开 炼机中炼制10?15min得到预混胶；(5)再按重量分数计将100?120份上述制备的预混胶、5?10份备用的自制橡胶增强 剂、1?3份氧化镁、1?2份硬脂酸和1?3份N，N’_间苯撑双马来酰亚胺混合均匀后一起装入 开放式塑炼机中塑炼15?20min，得混炼胶；(6 )将上述得到的混炼胶用平板硫化机在140?150 °C下进行硫化处理20?30min，待其 自然冷却并在室温下存放20?24h，即得耐磨耐撕裂氟橡胶。
【文档编号】B29C35/02GK105949684SQ201610469307
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月25日
【发明人】陈毅忠, 薛培龙, 林茂平
【申请人】陈毅忠