[发明专利]一种硅系填料改性氟橡胶母料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种硅系填料改性氟橡胶母料、制备方法及其应用，属于橡胶材料技术领域。将微纳米级硅系填料分散于无水乙醇和去离子水混合液中，超声混匀后调节PH值，然后加入改性剂实现硅系填料与氟橡胶的有机桥接，反应产物洗涤、离心、干燥后得到改性硅系填料；改性后的硅系填料与氟橡胶混合后进行混炼，混炼后块料分割形成颗粒，得到硅系填料改性氟橡胶母料，该母料柔韧性和耐低温性能显著提高。本发明制备的硅系填料改性氟橡胶母料不仅能够克服普通填料在橡胶中分散不均的问题，进一步将制备的硅系填料改性氟橡胶母料应用于氟橡胶中，可以赋予氟橡胶复合材料优异的耐低温性能和力学性能，且生产工艺简单，成本低，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于橡胶材料技术领域，涉及一种硅系填料改性氟橡胶母料、制备方法及其应用。

背景技术

氟橡胶中由于氟原子的存在，导致氟橡胶分子链刚性大、耐寒性差。目前，通用氟橡胶(23型氟橡胶、26型氟橡胶、246型氟橡胶等)的脆性温度通常仅能达到-20℃左右；而氟橡胶在ASTMD2000-2012《汽车用橡胶制品的标准分类系统》的M2，M5，M6等级产品要求通过低温脆化F15(-25℃)测试，M4等级产品要求通过低温脆化F17(-40℃)测试；而在密封等领域对氟橡胶的耐低温性要求也越来越高。

为了改善氟橡胶的耐低温性能，研究发现可以通过在偏氟乙烯、四氟乙烯单体的基础上引入含醚键的新单体进行共聚。例如中国专利CN103755857B由含氟醇制备含碳碳双键的含氟醚单体醚，再将新型含氟醚单体和1,1-二氟乙烯、六氟丙烯混合共聚制得耐低温氟橡胶，以此生胶为基体制备的硫化胶经测定，玻璃化温度在-29～-32℃。但是此类氟醚生胶的制备条件严苛，所需原材料种类繁多，生产工艺复杂，成本高，不利于大批量生产应用推广。目前，填料是氟橡胶制备中不可或缺的一部分，研究发现可以利用不同的填料体系来改善氟橡胶的性能。例如用炭黑和白炭黑分别复配硅藻土对氟橡胶进行增强，提高了氟橡胶的耐热性能【武卫莉等,合成橡胶工业,2018,41(4):299-303】，但是制备的胶料焦烧时间过长，严重影响生产效率，不利于产业化生产；利用改性硅藻土及其与纳米二硫化钼复合提高氟橡胶的摩擦磨损性能【谢强等,塑料工业,2021,49(1):49-54】，但是由于添加的填料量大，与橡胶基体的相容性变差，导致胶料的力学性能不佳；也有研究者采用硅烷偶联剂改性纳米硅作为填料来增强氟橡胶的耐低温特性，但是由于研究的填料和改性剂的种类单一，导致材料的使用范围受局限。

因此，如何改善现有氟橡胶胶料的性能使其满足耐低温的要求，且工艺简单、成本低廉，可产业化，是耐低温氟橡胶材料开发亟需解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种硅系填料改性氟橡胶母料、制备方法及其应用，该方法改变了以往的提升填料分散性的思路，通过新型微纳米级硅系填料改性方法，使制备的硅系填料改性氟橡胶母料的柔韧性和耐低温性能显著提高；进一步将制备的母料应用于氟橡胶中，赋予了氟橡胶优异的耐低温性能；工艺简单，利于实现产业化。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种硅系填料改性氟橡胶母料的制备方法，包括如下步骤：

①硅系填料改性，其硅系填料尺度为纳米级或微米级；将硅系填料分散于无水乙醇和去离子水的混合溶液中，其中，每1200-3000ml混合溶液中对应加入100g硅系填料，超声混合均匀后向其中滴加草酸调节PH值为4.0-4.5后，继续加入10-30g改性剂，升温至60-100℃，反应5-8h，反应产物用无水乙醇洗涤、离心后，60-100℃真空干燥18-24h得到改性硅系填料；

②将步骤①改性后的硅系填料与氟橡胶混合后进行混炼，其中，氟橡胶和改性硅系填料的质量比为10-25:1，混炼时间为15-20min，温度为30-50℃；将混炼后得到的块料分割形成颗粒，得到硅系填料改性氟橡胶母料。