Các cách cải thiện khả năng chịu lạnh của cao su fluorosilicone
Cao su fluorosilicone là một loại polyme có mạch chính được hình thành bởi liên kết silic-oxy và nhóm trifluoroalkyl trên mạch. Phương pháp trùng hợp của nó tương tự như cao su silicon dimethyl, tức là sử dụng siloxane vòng để mở vòng. Được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp. Cao su fluorosilicone không có khả năng chịu nhiệt và chịu hóa chất tốt như các loại cao su fluoro khác, nhưng vì chuỗi chính của nó chứa các liên kết silicon-oxy và các nhóm bên của nó chứa các nguyên tử flo nên nó có ưu điểm của cả hai, do đó nó có thể chịu được nhiệt độ -60° C. Có thể sử dụng trong phạm vi nhiệt độ rất rộng -200℃, có khả năng chống dầu nhiên liệu tuyệt vời và ít bị trương nở do methanol, nhưng nhược điểm là tính chất vật lý và cơ học kém hơn các loại cao su flo khác.
Tóm lại, việc đưa vào các liên kết SI-O, liên kết đôi trong chuỗi chính hoặc liên kết ete trong chuỗi bên của phân tử có thể cải thiện tính linh hoạt của đại phân tử, do đó cải thiện khả năng chịu lạnh của cao su flo trong khi vẫn giữ được các đặc tính ban đầu, nhưng Do giá thành cao nên việc ứng dụng và quảng bá bị hạn chế rất nhiều. Do đó, trong khi sửa đổi chuỗi phân tử để chuẩn bị cao su fluoro mới, cũng cần phải cải thiện khả năng chịu lạnh của dòng cao su fluoro giá rẻ ban đầu.
Cao su và
Sử dụng cao su fluoro cùng với một số loại cao su thông dụng và cao su đặc biệt có thể cải thiện những nhược điểm của cao su fluoro như độ đàn hồi thấp, khả năng chịu lạnh kém và giá thành cao, đồng thời thu được vật liệu có hiệu suất tuyệt vời và chi phí thấp. Do đặc điểm cấu trúc của bản thân cao su fluoro, rất khó để lựa chọn hệ thống đồng lưu hóa và các tính chất độc đáo của cao su fluoro sẽ bị giảm một phần sau khi sử dụng kết hợp. Do đó, nghiên cứu về sử dụng kết hợp trong và ngoài nước chưa được mở rộng. Có chủ yếu là các loại hệ thống kết hợp chịu lạnh sau đây.
Cao su fluororubber/cao su fluoroether kết hợp
Để cải thiện hiệu suất nhiệt độ thấp của cao su fluoro, các nước ngoài đã tổng hợp cao su fluoroether vào đầu những năm 1970. Hiệu suất nhiệt độ thấp của nó được cải thiện đáng kể so với cao su fluoro. Ví dụ, TG của cao su fluoroether VITONGLT thấp hơn khoảng 14℃ so với Cao su fluoro F246. Giá cao hơn. Viện Vật liệu Hàng không Bắc Kinh đã phát triển fluororubber FX-13 thông qua công nghệ pha trộn cao su và sử dụng một lượng nhỏ cao su fluoroether, giúp cải thiện khả năng chịu lạnh của fluororubber. Nhiệt độ giòn của nó có thể đạt tới -45°C và có các tính chất vật lý và tính chất cơ học. Khi sử dụng kết hợp cao su fluoroether, không chỉ khả năng chịu lạnh của cao su fluoroether được cải thiện hiệu quả mà giá thành cũng giảm đáng kể so với cao su fluoroether.
Cao su fluororubber/EPDM kết hợp
Cả cao su EPDM và cao su EPDM đều có thể được sử dụng cùng với cao su fluoro để biến tính, và được nghiên cứu nhiều nhất là biến tính cao su tetrafluoroethylene. So với cao su tetrafluoroethylene, cao su EPDM cũng có nhiều tính chất tuyệt vời như độ ổn định hóa học cực cao, khả năng chịu nhiệt, chịu thời tiết, chống nước, chống hơi nước, chống hóa chất, v.v., nhưng đặc điểm tiêu biểu của nó là khả năng chống lại môi trường phân cực. tương đối kém. Tốt và hiệu suất nhiệt độ thấp tuyệt vời. Cao su Tetrafluoropropylene tương đương với đồng trùng hợp của các phân tử ethylene thay thế flo và propylen. Do đó, sự giống nhau giữa hai loại về cấu trúc thành phần tạo nên cơ sở tương thích cho việc sử dụng kết hợp của chúng. Theo thông tin, việc sử dụng cao su tetrafluoroethylene cùng với cao su EPDM di- hoặc terpolymer có thể cải thiện khả năng chịu lạnh và độ đàn hồi của cao su tetrafluoroethylene, cải thiện hiệu suất gia công và giảm chi phí vật liệu. Tuy nhiên, do sự khác biệt lớn về độ phân cực giữa hai loại nên chìa khóa để sử dụng chung thành công là giải quyết hợp lý quá trình đồng lưu hóa của hỗn hợp.
Cao su fluororubber/cis-isopren kết hợp
Sự kết hợp của cis-1,4-polyisoprene và fluororubber có cấu trúc khác nhau có thể được sử dụng để sản xuất gioăng cao su. Trong loại cao su kết hợp này, cao su kết hợp có thể thể hiện các tính chất khác nhau khi tỷ lệ kết hợp của cao su flo và cao su isopren thay đổi. Khi hàm lượng cao su flo dưới 50 phần, cao su isopren là pha liên tục và cao su có khả năng chịu lạnh tốt, nhưng khả năng chịu dầu kém. Có thể cải thiện nhược điểm này bằng cách áp dụng phương pháp lưu hóa thích hợp (như phương pháp lưu hóa động). . Bằng cách áp dụng phương pháp lưu hóa động, khả năng chịu dầu và chịu lạnh của cao su kết hợp có thể được kiểm soát hợp lý.
Cao su Fluororubber/Cao su Silicone kết hợp
Cao su silicon là loại polyme tuyến tính có mạch chính chủ yếu gồm các liên kết -SI-O- và các nhóm bên là các nhóm hữu cơ (chủ yếu là nhóm metyl). Đây là vật liệu đàn hồi phân tử cao có cả tính chất vô cơ và hữu cơ. body .
Do đặc thù về cấu trúc phân tử nên so với các loại cao su khác, cao su silicon có khả năng chịu nhiệt, đàn hồi, chịu lạnh, tháo khuôn, dẫn điện, thấm khí, dẫn nhiệt, chống thấm nước và ổn định nhiệt độ tốt. Sự kết hợp giữa cao su silicon và cao su fluoro có thể tạo ra sự kết hợp của cả hai tính chất, có thể cải thiện đáng kể những nhược điểm của cao su fluoro về khả năng chịu lạnh và độ đàn hồi kém. Ví dụ, dòng cao su kết hợp cao su fluoro/cao su silicon JSR-JENIXF do Nhật Bản phát triển Công ty TNHH Cao su tổng hợp có khả năng chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu dầu, chịu nước và chịu hơi nước tuyệt vời, giá thành tương đối thấp.
Thêm chất hóa dẻo thích hợp
Chất hóa dẻo là chất phối trộn có tác động lớn nhất đến khả năng chịu lạnh trong thiết kế công thức sản phẩm cao su chịu lạnh, ngoại trừ cao su thô. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung chất hóa dẻo có thể làm tăng tính linh hoạt của chuỗi phân tử cao su, do đó cải thiện khả năng chịu lạnh của cao su lưu hóa. Nhìn chung, việc thêm chất hóa dẻo có điểm đóng băng thấp hơn có thể làm giảm nhiệt độ chuyển thủy tinh của cao su lưu hóa; ngược lại, nếu điểm đóng băng của chất hóa dẻo cao hơn, nhiệt độ chuyển thủy tinh của cao su lưu hóa có thể tăng lên. Theo quan điểm cải thiện khả năng chịu lạnh của cao su lưu hóa, việc lựa chọn chất hóa dẻo phải đánh giá đầy đủ tác động của chất hóa dẻo đến nhiệt độ chuyển thủy tinh.
Loại và lượng chất hóa dẻo được xác định bởi loại cao su và chỉ số chịu lạnh của sản phẩm. Việc bổ sung chất hóa dẻo thích hợp vào cao su phân cực có khả năng chịu lạnh kém sẽ làm giảm tương tác giữa các phân tử cao su phân cực thông qua tương tác giữa các nhóm phân cực của chất hóa dẻo và các nhóm phân cực trong chuỗi phân tử cao su phân cực. lực, giúp các phân đoạn chuỗi phân tử dễ dàng di chuyển , do đó đạt được hiệu suất tốt hơn ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, đối với cao su fluoro, do cấu trúc phân tử có độ ổn định cao nên việc sử dụng chất hóa dẻo thông thường không có tác dụng gì. Hơn nữa, chất hóa dẻo sẽ bốc hơi trong quá trình lưu hóa giai đoạn thứ hai ở nhiệt độ 200-250°C, do đó có thể sử dụng. Các loại chất hóa dẻo trong cao su flo cực kỳ hạn chế: một là sử dụng copolyme olefin flo có trọng lượng phân tử tương đối thấp, cụ thể là fluorowax, làm chất hóa dẻo cho cao su flo. Ví dụ, trong hệ thống cao su isopren và cao su flo, nếu thêm chất hóa dẻo phân tử thấp ΦNA được chuẩn bị trước (được tạo ra bằng cách phân hủy cơ học cao su isopren và cao su flo trong lò phản ứng có cấu trúc đặc biệt) thì khả năng chịu lạnh của keo sẽ tăng lên. Một phương pháp khác là sử dụng este flo, chẳng hạn như adipat flo, làm chất hóa dẻo cho cao su flo. Chất dẻo hóa này có ái lực tốt với cao su flo do có flo trong cấu trúc phân tử của nó, do đó nó có thể cải thiện sự phân tán của các thành phần hợp chất và hiệu suất xử lý của cao su. Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của nó là tính chất vật lý và cơ học kém trên cao su lưu hóa. Theo Với tiền đề không có tác động đáng kể đến hiệu suất, khả năng chống lạnh của cao su fluoro có thể được cải thiện đáng kể, do đó các sản phẩm cao su fluoro có thể được sử dụng ở nhiệt độ -50°C.
Chọn hệ thống lưu hóa phù hợp
Các hệ thống lưu hóa được sử dụng cho cao su fluoro hiện nay có thể được chia thành ba loại: amin, phenol và peroxide hữu cơ. Theo dữ liệu, đối với cao su fluoro series F246 do Công ty San Ai Fu sản xuất, khi sử dụng một tác nhân lưu hóa duy nhất làm hệ thống lưu hóa, cho dù đó là tác nhân lưu hóa amin, phenol hay peroxide, thì hiệu suất nhiệt độ thấp của cao su fluoro đều bị ảnh hưởng. . Không đáng chú ý lắm, không có sự khác biệt lớn. Tác động của các loại cao su flo khác nhau kết hợp với các hệ thống lưu hóa và phương pháp lưu hóa khác nhau đến khả năng chịu lạnh của cao su flo cần được nghiên cứu thêm.
Chọn chất độn phù hợp
Nói chung, việc bổ sung chất độn sẽ không làm thay đổi đáng kể nhiệt độ chuyển thủy tinh của cao su. Tác động của chất độn đối với khả năng chịu lạnh của cao su phụ thuộc vào cấu trúc hình thành sau khi tương tác giữa chất độn và cao su. Các liên kết hấp phụ vật lý khác nhau và các liên kết hấp phụ hóa học mạnh được hình thành giữa các hạt than hoạt tính màu đen và các phân tử cao su, tạo thành một lớp hấp phụ (lớp giao diện) của cao su thô trên bề mặt của các hạt than. Hiệu suất của lớp giao diện này tương tự với cao su thô dạng thủy tinh. Hiệu suất rất gần, hạn chế chuyển động của chuỗi phân tử, làm tăng nhiệt độ chuyển thủy tinh của cao su thô được hấp phụ và cản trở sự thay đổi cấu hình phân đoạn chuỗi. Do đó, không thể mong đợi để cải thiện khả năng chịu lạnh của cao su flo bằng cách thêm chất độn.
Việc nghiên cứu khả năng chịu lạnh của các loại cao su fluoro hiện có và phát triển các loại cao su fluoro mới có khả năng chịu lạnh tuyệt vời có ý nghĩa to lớn trong việc mở rộng phạm vi ứng dụng của cao su fluoro và thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp đệm kín trong nước.
Tóm lại, việc đưa vào các liên kết SI-O, liên kết đôi trong chuỗi chính hoặc liên kết ete trong chuỗi bên của phân tử có thể cải thiện tính linh hoạt của đại phân tử, do đó cải thiện khả năng chịu lạnh của cao su flo trong khi vẫn giữ được các đặc tính ban đầu, nhưng Do giá thành cao nên việc ứng dụng và quảng bá bị hạn chế rất nhiều. Do đó, trong khi sửa đổi chuỗi phân tử để chuẩn bị cao su fluoro mới, cũng cần phải cải thiện khả năng chịu lạnh của dòng cao su fluoro giá rẻ ban đầu.
Cao su và
Sử dụng cao su fluoro cùng với một số loại cao su thông dụng và cao su đặc biệt có thể cải thiện những nhược điểm của cao su fluoro như độ đàn hồi thấp, khả năng chịu lạnh kém và giá thành cao, đồng thời thu được vật liệu có hiệu suất tuyệt vời và chi phí thấp. Do đặc điểm cấu trúc của bản thân cao su fluoro, rất khó để lựa chọn hệ thống đồng lưu hóa và các tính chất độc đáo của cao su fluoro sẽ bị giảm một phần sau khi sử dụng kết hợp. Do đó, nghiên cứu về sử dụng kết hợp trong và ngoài nước chưa được mở rộng. Có chủ yếu là các loại hệ thống kết hợp chịu lạnh sau đây.
Cao su fluororubber/cao su fluoroether kết hợp
Để cải thiện hiệu suất nhiệt độ thấp của cao su fluoro, các nước ngoài đã tổng hợp cao su fluoroether vào đầu những năm 1970. Hiệu suất nhiệt độ thấp của nó được cải thiện đáng kể so với cao su fluoro. Ví dụ, TG của cao su fluoroether VITONGLT thấp hơn khoảng 14℃ so với Cao su fluoro F246. Giá cao hơn. Viện Vật liệu Hàng không Bắc Kinh đã phát triển fluororubber FX-13 thông qua công nghệ pha trộn cao su và sử dụng một lượng nhỏ cao su fluoroether, giúp cải thiện khả năng chịu lạnh của fluororubber. Nhiệt độ giòn của nó có thể đạt tới -45°C và có các tính chất vật lý và tính chất cơ học. Khi sử dụng kết hợp cao su fluoroether, không chỉ khả năng chịu lạnh của cao su fluoroether được cải thiện hiệu quả mà giá thành cũng giảm đáng kể so với cao su fluoroether.
Cao su fluororubber/EPDM kết hợp
Cả cao su EPDM và cao su EPDM đều có thể được sử dụng cùng với cao su fluoro để biến tính, và được nghiên cứu nhiều nhất là biến tính cao su tetrafluoroethylene. So với cao su tetrafluoroethylene, cao su EPDM cũng có nhiều tính chất tuyệt vời như độ ổn định hóa học cực cao, khả năng chịu nhiệt, chịu thời tiết, chống nước, chống hơi nước, chống hóa chất, v.v., nhưng đặc điểm tiêu biểu của nó là khả năng chống lại môi trường phân cực. tương đối kém. Tốt và hiệu suất nhiệt độ thấp tuyệt vời. Cao su Tetrafluoropropylene tương đương với đồng trùng hợp của các phân tử ethylene thay thế flo và propylen. Do đó, sự giống nhau giữa hai loại về cấu trúc thành phần tạo nên cơ sở tương thích cho việc sử dụng kết hợp của chúng. Theo thông tin, việc sử dụng cao su tetrafluoroethylene cùng với cao su EPDM di- hoặc terpolymer có thể cải thiện khả năng chịu lạnh và độ đàn hồi của cao su tetrafluoroethylene, cải thiện hiệu suất gia công và giảm chi phí vật liệu. Tuy nhiên, do sự khác biệt lớn về độ phân cực giữa hai loại nên chìa khóa để sử dụng chung thành công là giải quyết hợp lý quá trình đồng lưu hóa của hỗn hợp.
Cao su fluororubber/cis-isopren kết hợp
Sự kết hợp của cis-1,4-polyisoprene và fluororubber có cấu trúc khác nhau có thể được sử dụng để sản xuất gioăng cao su. Trong loại cao su kết hợp này, cao su kết hợp có thể thể hiện các tính chất khác nhau khi tỷ lệ kết hợp của cao su flo và cao su isopren thay đổi. Khi hàm lượng cao su flo dưới 50 phần, cao su isopren là pha liên tục và cao su có khả năng chịu lạnh tốt, nhưng khả năng chịu dầu kém. Có thể cải thiện nhược điểm này bằng cách áp dụng phương pháp lưu hóa thích hợp (như phương pháp lưu hóa động). . Bằng cách áp dụng phương pháp lưu hóa động, khả năng chịu dầu và chịu lạnh của cao su kết hợp có thể được kiểm soát hợp lý.
Cao su Fluororubber/Cao su Silicone kết hợp
Cao su silicon là loại polyme tuyến tính có mạch chính chủ yếu gồm các liên kết -SI-O- và các nhóm bên là các nhóm hữu cơ (chủ yếu là nhóm metyl). Đây là vật liệu đàn hồi phân tử cao có cả tính chất vô cơ và hữu cơ. body .
Do đặc thù về cấu trúc phân tử nên so với các loại cao su khác, cao su silicon có khả năng chịu nhiệt, đàn hồi, chịu lạnh, tháo khuôn, dẫn điện, thấm khí, dẫn nhiệt, chống thấm nước và ổn định nhiệt độ tốt. Sự kết hợp giữa cao su silicon và cao su fluoro có thể tạo ra sự kết hợp của cả hai tính chất, có thể cải thiện đáng kể những nhược điểm của cao su fluoro về khả năng chịu lạnh và độ đàn hồi kém. Ví dụ, dòng cao su kết hợp cao su fluoro/cao su silicon JSR-JENIXF do Nhật Bản phát triển Công ty TNHH Cao su tổng hợp có khả năng chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu dầu, chịu nước và chịu hơi nước tuyệt vời, giá thành tương đối thấp.
Thêm chất hóa dẻo thích hợp
Chất hóa dẻo là chất phối trộn có tác động lớn nhất đến khả năng chịu lạnh trong thiết kế công thức sản phẩm cao su chịu lạnh, ngoại trừ cao su thô. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung chất hóa dẻo có thể làm tăng tính linh hoạt của chuỗi phân tử cao su, do đó cải thiện khả năng chịu lạnh của cao su lưu hóa. Nhìn chung, việc thêm chất hóa dẻo có điểm đóng băng thấp hơn có thể làm giảm nhiệt độ chuyển thủy tinh của cao su lưu hóa; ngược lại, nếu điểm đóng băng của chất hóa dẻo cao hơn, nhiệt độ chuyển thủy tinh của cao su lưu hóa có thể tăng lên. Theo quan điểm cải thiện khả năng chịu lạnh của cao su lưu hóa, việc lựa chọn chất hóa dẻo phải đánh giá đầy đủ tác động của chất hóa dẻo đến nhiệt độ chuyển thủy tinh.
Loại và lượng chất hóa dẻo được xác định bởi loại cao su và chỉ số chịu lạnh của sản phẩm. Việc bổ sung chất hóa dẻo thích hợp vào cao su phân cực có khả năng chịu lạnh kém sẽ làm giảm tương tác giữa các phân tử cao su phân cực thông qua tương tác giữa các nhóm phân cực của chất hóa dẻo và các nhóm phân cực trong chuỗi phân tử cao su phân cực. lực, giúp các phân đoạn chuỗi phân tử dễ dàng di chuyển , do đó đạt được hiệu suất tốt hơn ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, đối với cao su fluoro, do cấu trúc phân tử có độ ổn định cao nên việc sử dụng chất hóa dẻo thông thường không có tác dụng gì. Hơn nữa, chất hóa dẻo sẽ bốc hơi trong quá trình lưu hóa giai đoạn thứ hai ở nhiệt độ 200-250°C, do đó có thể sử dụng. Các loại chất hóa dẻo trong cao su flo cực kỳ hạn chế: một là sử dụng copolyme olefin flo có trọng lượng phân tử tương đối thấp, cụ thể là fluorowax, làm chất hóa dẻo cho cao su flo. Ví dụ, trong hệ thống cao su isopren và cao su flo, nếu thêm chất hóa dẻo phân tử thấp ΦNA được chuẩn bị trước (được tạo ra bằng cách phân hủy cơ học cao su isopren và cao su flo trong lò phản ứng có cấu trúc đặc biệt) thì khả năng chịu lạnh của keo sẽ tăng lên. Một phương pháp khác là sử dụng este flo, chẳng hạn như adipat flo, làm chất hóa dẻo cho cao su flo. Chất dẻo hóa này có ái lực tốt với cao su flo do có flo trong cấu trúc phân tử của nó, do đó nó có thể cải thiện sự phân tán của các thành phần hợp chất và hiệu suất xử lý của cao su. Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của nó là tính chất vật lý và cơ học kém trên cao su lưu hóa. Theo Với tiền đề không có tác động đáng kể đến hiệu suất, khả năng chống lạnh của cao su fluoro có thể được cải thiện đáng kể, do đó các sản phẩm cao su fluoro có thể được sử dụng ở nhiệt độ -50°C.
Chọn hệ thống lưu hóa phù hợp
Các hệ thống lưu hóa được sử dụng cho cao su fluoro hiện nay có thể được chia thành ba loại: amin, phenol và peroxide hữu cơ. Theo dữ liệu, đối với cao su fluoro series F246 do Công ty San Ai Fu sản xuất, khi sử dụng một tác nhân lưu hóa duy nhất làm hệ thống lưu hóa, cho dù đó là tác nhân lưu hóa amin, phenol hay peroxide, thì hiệu suất nhiệt độ thấp của cao su fluoro đều bị ảnh hưởng. . Không đáng chú ý lắm, không có sự khác biệt lớn. Tác động của các loại cao su flo khác nhau kết hợp với các hệ thống lưu hóa và phương pháp lưu hóa khác nhau đến khả năng chịu lạnh của cao su flo cần được nghiên cứu thêm.
Chọn chất độn phù hợp
Nói chung, việc bổ sung chất độn sẽ không làm thay đổi đáng kể nhiệt độ chuyển thủy tinh của cao su. Tác động của chất độn đối với khả năng chịu lạnh của cao su phụ thuộc vào cấu trúc hình thành sau khi tương tác giữa chất độn và cao su. Các liên kết hấp phụ vật lý khác nhau và các liên kết hấp phụ hóa học mạnh được hình thành giữa các hạt than hoạt tính màu đen và các phân tử cao su, tạo thành một lớp hấp phụ (lớp giao diện) của cao su thô trên bề mặt của các hạt than. Hiệu suất của lớp giao diện này tương tự với cao su thô dạng thủy tinh. Hiệu suất rất gần, hạn chế chuyển động của chuỗi phân tử, làm tăng nhiệt độ chuyển thủy tinh của cao su thô được hấp phụ và cản trở sự thay đổi cấu hình phân đoạn chuỗi. Do đó, không thể mong đợi để cải thiện khả năng chịu lạnh của cao su flo bằng cách thêm chất độn.
Việc nghiên cứu khả năng chịu lạnh của các loại cao su fluoro hiện có và phát triển các loại cao su fluoro mới có khả năng chịu lạnh tuyệt vời có ý nghĩa to lớn trong việc mở rộng phạm vi ứng dụng của cao su fluoro và thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp đệm kín trong nước.