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橡膠制品表面改性介紹

時間:2019-09-10 1913 次瀏覽

信息摘要:汽車工業、家電密封、鉆采密封等為了獲得優異的表面潤滑性和耐磨性通常采用各種化學粘結、等離子噴涂、離子注入等方法對橡膠表面進行處理,或者在橡膠中直接加入耐磨材料來降低材料表面系數或者提高橡膠的耐磨性。

汽車工業、家電密封、鉆采密封等為了獲得優異的表面潤滑性和耐磨性通常采用各種化學粘結、等離子噴涂、離子注入等方法對橡膠表面進行處理,或者在橡膠中直接加入耐磨材料來降低材料表面系數或者提高橡膠的耐磨性。其中橡膠表面處理方法因工藝復雜、設備昂貴、性能不理想未得到廣泛應用;即使是采用二氟化氙(XeF2)表面氟化的表面處理也因需要特殊設備而無法進入量產,同樣而得不到廣泛的應用。

因此操作簡單、處理效果好的表面處理是工業界急需要找尋的工藝方法。氟碳表面改性涂層材料賦予普通橡膠的表面耐磨、防粘、耐腐等特性來解決這類問題。

一、 普通橡膠普遍存在的問題:

1、耐油問題:橡膠制品在使用過程如果和油類介質長期接觸,油類能滲透到橡膠內部使其產生溶脹,致使橡膠的強度和其他力學性能降低。油類能使橡膠發生溶脹或收縮,是因為油類滲入橡膠后,產生了分子相互擴散,使硫化膠的網狀結構發生變化。通常所述的橡膠的耐油性是指耐非極性油類,根據相似相容原理,橡膠的耐油性取決于橡膠的極性是否與油的極性相同,橡膠分子中如含有極性基團,如氰基、酯基、羥基、氯原子等,會使橡膠表現出極性。極性大的橡膠和非極性的石油系油類接觸時,兩者的極性相差較大,此時橡膠不易溶脹。如丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠、氯醇橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、氟橡膠、氟硅膠等具有良好的耐非極性油類特性。

2、耐磨性問題:橡膠在使用過程跟其他物體接觸或在運動過程中受力產生摩擦,例如高速運動密封件,由于旋轉軸的轉速運動,密封制品要承受很大的摩擦扭矩,尤其是在潤滑效果不良的情況下,密封區域會因為摩擦產生大量的熱,導致膠料快速老化,使密封件破壞,進而導致密封失效。降低摩擦系數、減少摩擦區域溫度比較有效的方法之一是在橡膠中加入潤滑填料或對橡膠表面進行處理。

橡膠表面處理常用的材料有聚四氟乙烯和氟碳材料。由于聚四氟乙烯(PTFE)具有優良的耐介質和耐大氣老化性能好、良好的自潤滑性能,摩擦因數很小,將其包覆在橡膠表面可大大減小橡膠制品的表面摩擦數,提高耐磨性能和耐介質性能。但是,聚四氟乙烯的表面能較低,很難與其它材料復合,目前研究的橡膠表面包覆方法有如下幾種:輻照接枝法、等離子體活化法、化學腐蝕法、靜電噴涂法、媒介法。

二、一般橡膠表面化學改性的方法及應用局限性:表面改性可在不影響橡膠膠基材性能的情況下減小其表面的微觀結構、致密封性、耐磨性。表面改性的方法分為表面化學改性和物理包覆。表面化學改性方法有氟化、溴化、碘化和磺化,其中氟化的方法有:XeF2氟化,等離子體活化氟化及離子注入法。用二氟化氙晶體對橡膠制品進行表面氟化已實現了工業化應用;物理包覆方法主要有聚對亞苯基二甲基薄膜包覆、潤滑膜表面涂覆、聚四氟乙烯包覆和其它氟化物包覆。

其中化學改性方法有以下特點:

1、各種表面化學改性性方法只是對橡膠表面進行改進,處理后表面改性層易磨損,使用時間有限;

2、各種改性方法只能做為表面處理劑,不能作為配方綜合的提高橡膠綜合性能。

3、表面改性最理想的氟化需要有專門的設備,適合批量生產,操作相對復雜;

4、表面改性提高性能有限,對橡膠的表面改性提高程度不一致。

5、不能形成厚度均勻的改性層,耐磨、防粘、防腐蝕的效果不一致。

目前我們所認識到的表面化學改性技術,只是簡單的改性而已,改變的橡膠性能的持久性有限。氟塑料在表面處理中的運用最突出的是聚四氟乙烯,因其具有很高的化學惰性,可以抵抗諸如燃料、油料和潤滑劑等任何工業液體侵蝕的穩定性以及足夠高的熱穩定性。但聚四氟乙烯的表面能較低,很難與其他材料復合。所以我們采用氟碳表面涂層對橡膠材料進行處理,處理過的橡膠表面完全可以達到聚四氟乙烯相近的效果。氟碳表面改性涂層,除了具有一般含氟表面活性材料的“三高兩憎”(高表面活性、高耐熱穩定性、高化學惰性、憎水性和憎油性)特點外,還體現出其低表面能、無固體顆粒、自修復、提高橡膠表面顯微硬度的作用。氟碳表面改性涂層材料具有極高的表面活性、熱穩定性、化學穩定性和憎油、憎水特性,加上不含任何固體物質,不改變機械的公差,是該產品能應用于空間軌道站的潤滑和密封系統的最主要原因。

三、加氟碳涂層的特點

1、氟碳表面改性涂層材料的基本特性:簡化配比和建立磨損穩定性更高的全氟碳涂層。氟碳橡膠表面涂層材料的核心物質是純氟碳,具有以下特性:

A、熱穩定性高。進行表面處理后,能在-200℃至450℃條件下不發生分解,瞬時耐溫可達700℃;

B、化學穩定性好。可在酸、堿、強氧化介質等特殊應用體系中穩定有效地發揮其表面活性作用,不會與體系發生反應或分解;

C、相容性好。高的化學穩定性就意味著高的化學惰性,氟碳涂層材料能與其它各類活性劑很好地相容,并可應用于幾乎所有配方體系。在飽和橡膠及EPDM中加入氟碳橡膠改性劑,可降低橡膠的磨耗,并能改善橡膠與金屬潤滑性,還能提高橡膠的強度及硬度。

2、氟碳表面改性涂層材料形成的橡膠氟碳分子膜的特點:涂層材料按標準工藝涂敷到橡膠表面后,除了在橡膠表面定向分子膜,還能深入到橡膠內部,形成極端牢固性的屏蔽層。亦即氟碳涂層。

A、降低橡膠表面的粘附性、提高耐壓性--主要原因是氟碳活性分子在橡膠表面形成的分隔膜(氟碳涂層),顯著提高了表面耐磨性和抗粘著性。

B、降低橡膠接觸表面的摩擦系數--主要原因一是氟碳表面活性分子形成的分隔膜(氟碳涂層)的表面能極低(為2~4亳牛/米);

C、提高橡膠(其中包括聚合物、橡膠等等)表面的致密性--明顯降低材料的老化速度。

D、增強橡膠抗腐蝕性,提高橡膠耐介質性能--抑制潤滑油或其他介質作用于物體時的催化活性,以延緩由此導致的分解和聚合過程。

E、明顯改善橡膠表面耐高溫、低溫性能,強化摩擦及緩和摩擦條件磨耗明顯降低--為防止氟橡膠密封圈在200℃高溫下表面撕裂及轉移燒結,氟碳橡膠處理劑能作為配方加入到傳統氟橡膠膠料中,其用量是0.5質量份,這樣就能在強化摩擦及緩和摩擦條件下的磨耗明顯降低,不僅使橡膠的物理機械性能保持不變,而且還可提高強度及硬度。

F、能作用于任何橡膠及聚合物--經氟碳橡膠處理過的聚四氟乙烯,表面能比不處理還要低,無法再粘附任何其他涂層材料。

G、經氟碳涂層處理的過的橡膠能耐輻射。 氟碳有機改性劑作為橡膠配方,有極強的研究前景及應用范圍,從表面改性發展為基體橡膠材料的改性,為研究耐油、耐磨性能更強的研究提供了有力的保證。

四、氟碳橡膠涂層材料作用橡膠、塑料制品功效: 經過氟特加氟碳涂層材料處理過的工業橡膠制品(密封墊)的工作壽命可增加到6~1O倍。罩碗式等密封件可獲得較高的穩定性。因為經過氟特加氟碳涂層材料處理后,使橡膠制品由不穩定變成有限穩定,而有限穩定在許多情況下都會變成化學穩定。在這種情況下,由于形成了堅固的表面膜,降低了周圍環境的影響,使其:

1、耐磨性提高到1O倍;

2、抗老化性能提高到3倍;

3、經過處理的塑料制品(特別是原子能反應堆、航天航空器上的聚四氟乙烯塑料),可明顯提高耐摩擦、耐油、耐老化性(視情況有所不同);

4、工業橡膠制品一金屬,工業橡膠制品一聚合物,工業橡膠制品一陶瓷和工業橡膠制品工業橡膠制品偶件中的摩擦系數明顯降低。

氟碳橡膠表面改性涂層材料對橡膠的處理工藝是極其簡單的,他即可以作為一個表面改性劑對橡膠表面進行處理,并保留橡膠基體材料原有性能,又給予橡膠表面新的特性;又可以作為橡膠生產過程中的原料配方對橡膠進行基體材料方面的改變,綜合性的提高橡膠耐磨、防粘、防耐腐、降低摩擦系數等性能。對橡膠研究有著特殊的意義。

若要求不苛刻的工業產品,可選用鋭巴化工RL、RW系列和LUBE-2等協同并用,也可達到自潤滑效果,還有橡膠反應型耐磨潤滑劑都不錯的。