CN104114637A - 氟橡胶组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物不仅在耐热性方面而且在高温拉伸性质和拉伸疲劳性质方面十分优异。本发明涉及一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物包含碘含量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%的氟橡胶和炭黑(B),其中由G'(1%)-G'(100%)表示的差(δG')不低于120kPa且不高于3,000kPa,其中G'(1%)是指未交联状态下的动态应变为1%时的剪切模量,G'(100%)是指未交联状态下的动态应变为100%时的剪切模量,并且G'(1%)和G'(100%)是利用橡胶加工分析仪(RPA)在测量频率为1Hz并且测量温度为100℃的条件下通过动态粘弹性测试而确定。

Description

氟橡胶组合物
技术领域
本申请基于35 U.S.C.§119(e)要求2012年2月24日递交的美国临时申请第61/602,818号的权利,通过援引将其整体并入本说明书中。
本发明涉及一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物能够提供具有优异的高温拉伸性质和拉伸疲劳性质的交联氟橡胶制品。
背景技术
已知氟橡胶会表现出优异的耐化学性、耐油性、耐热性和耐寒性等。
专利文献1提出一种含溴氟橡胶组合物,所述组合物即使加热至高温后也具有较高的耐压缩变形性。
专利文献2提出一种硫化氟橡胶组合物,所述组合物实现了极高的拉伸强度,并且提供了下述交联制品,所述交联制品具有与常规硫化氟橡胶相似的优异的耐压缩变形性、耐热性、耐油性和耐化学性。
专利文献3提出一种含氟弹性体,所述弹性体能够提供下述硫化产品,所述硫化产品具有优异的高温(如100℃)断裂过程中的伸长率和优异的低温(如0℃)压缩变形特性。
专利文献4提出一种氟橡胶组合物,其为具有优异的高温强度的组合物,所述氟橡胶组合物通过将5重量份~100重量份含氟热塑性弹性体并入100重量份氟树脂(b)而获得。
引用列表
-专利文献
专利文献1:JP S60-55050 A
专利文献2:JP H3-122153 A
专利文献3:JP 2008-184496 A
专利文献4:JP H06-25500 A
发明内容
-技术问题
对于轮胎制造中所使用的胶囊而言,需要特别良好的在高温环境中的拉伸性质和拉伸疲劳性质。
本发明的一个目的是提供一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物能够提供交联氟橡胶制品,所述制品不仅表现出耐热性,还表现出优异的高温拉伸性质和拉伸疲劳性质。
-问题的解决方案
本发明的一个方面是一种氟橡胶组合物(下文中,也称作“第一氟橡胶组合物”),所述氟橡胶组合物含有碘含量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%的氟橡胶(A)以及炭黑(B),其中由G'(1%)-G'(100%)表示的差(δG')不低于120kPa且不高于3,000kPa,其中G'(1%)是指未交联状态下的动态应变为1%时的剪切模量,G'(100%)是指未交联状态下的动态应变为100%时的剪切模量,并且G'(1%)和G'(100%)是利用橡胶加工分析仪(RPA)在测量频率为1Hz并且测量温度为100℃的条件下通过动态粘弹性测试而确定。
本发明的另一方面是一种氟橡胶组合物(下文中,也称作“第二氟橡胶组合物”),所述氟橡胶组合物含有氟橡胶(A1)、氟橡胶(A2)和炭黑(B),其中氟橡胶(A1)为其主链两端均具有碘原子的聚合物,氟橡胶(A2)为其主链仅一端具有碘原子的聚合物,并且由G'(1%)-G'(100%)表示的差(δG')不低于120kPa且不高于3,000kPa,其中G'(1%)是指未交联状态下的动态应变为1%时的剪切模量,G'(100%)是指未交联状态下的动态应变为100%时的剪切模量,并且G'(1%)和G'(100%)是利用橡胶加工分析仪(RPA)在测量频率为1Hz并且测量温度为100℃的条件下通过动态粘弹性测试而确定。
本发明的另一方面是一种通过硫化氟橡胶组合物获得的交联氟橡胶制品。本发明还涉及一种软管,所述软管包含可通过使氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层。本发明还涉及一种密封材料,所述密封材料包含可通过使氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层。本发明还涉及一种隔板,所述隔板包含可通过使氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层。本发明还涉及一种带和带材料,所述带和带材料包含可通过使氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层。
本发明的另一方面是一种碘含量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%的氟橡胶。
本发明的另一方面是一种氟橡胶组合物(下文中,也称作“第三氟橡胶组合物”),所述氟橡胶组合物含有碘含量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%的氟橡胶和炭黑。
本发明的另一方面是一种氟橡胶组合物(下文中,也称作“第四氟橡胶组合物”),所述氟橡胶组合物含有氟橡胶(A1)、氟橡胶(A2)和炭黑(B),其中氟橡胶(A1)为其主链两端具有碘原子的聚合物,并且氟橡胶(A2)为其主链仅一端具有碘原子的聚合物。
-本发明的有利效果
根据本发明,可以提供一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物能够提供交联氟橡胶制品,所述制品不仅表现出耐热性,还表现出优异的高温拉伸性质和拉伸疲劳性质。
附图说明
图1是显示步骤(2-1)和步骤(2-2)中使用的混合方法的示意图的图。
图2是显示油泡(primer bulb)的一个实例的示意图。
具体实施方式
本发明的第一氟橡胶组合物是下述氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物含有碘含量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%的氟橡胶(A)和炭黑(B),其中由G'(1%)-G'(100%)表示的差(δG')不低于120kPa且不高于3,000kPa,其中G'(1%)是指未交联状态下的动态应变为1%时的剪切模量,G'(100%)是指未交联状态下的动态应变为100%时的剪切模量,并且G'(1%)和G'(100%)系利用橡胶加工分析仪(RPA)在测量频率为1Hz并且测量温度为100℃的条件下通过动态粘弹性测试而确定。
由于含有碘含量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%的氟橡胶(A),本发明的第一氟橡胶组合物能够提供高温拉伸性质和拉伸疲劳性质优异的交联制品。
可以将仅一种氟橡胶用作氟橡胶(A),或者可以将两种以上氟橡胶组合使用。例如,如果组合使用具有不同碘量的两种氟橡胶,则两种氟橡胶中的总碘量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%。
为获得高温拉伸性质和拉伸疲劳性质优异的交联制品,氟橡胶(A)优选具有下述碘含量,所述碘含量为聚合物端基总摩尔数的11摩尔%~89摩尔%、更优选12摩尔%~88摩尔%、进而优选12摩尔%~80摩尔%、特别优选12摩尔%~70摩尔%、且最优选12摩尔%~64摩尔%。
氟橡胶(A)的聚合物端基的实例包括ICH2CF2-、ICF2CH2-、ICF2CF2-、HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CF(CF3)-、HCF(CF3)CF2-、CH3CF2-、HOCH2CF2-、HOOCCH2-、CF3C(=O)CF2-、HOOCCF(CF3)-、HOOCCF2-、CF(CF3)2-和CF3CF2-。其中特别重要的是ICH2CF2-、ICF2CH2-、ICF2CF2-、HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CF(CF3)-、CH3CF2-、HOCH2CF2-、CF(CF3)2-和CF3CF2-。
相对于聚合物端基总摩尔数的碘含量可以通过例如1H-NMR或19F-NMR来测量。测量的具体实例在下文中描述。
聚合物端基A:ICH2CF2-(1H-NMR:3.8~4.0ppm,2H,多重峰)
聚合物端基B:ICF2CH2-(19F-NMR:-38ppm,2F)
聚合物端基C:ICF2CH2-(19F-NMR:-60ppm,2F)
聚合物端基D:HCF2-(1H-NMR:6.0~6.8ppm,1H,多重峰)
聚合物端基E:CH3CF2-(1H-NMR:1.78ppm,3H,三重峰,J=19.2Hz)
聚合物端基F:HOCH2CF2-(1H-NMR:3.77ppm,2H,三重峰,J=13.4Hz)
聚合物端基G:(CF3)2CF-(19F-NMR:-78ppm,6F)
聚合物端基H:CF3CF2-(19F-NMR:-80ppm,3F)
如果聚合物端基的峰确定如上,则聚合物端基各自与由φA、φB、φC、φD、φE、φF、φG或φH表示的VdF单体的比例(摩尔%)通过下式计算:
φ X ( mol % ) = S X / n X S VdF / 2 × 100
其中X表示聚合物端基A、B、C、D、E、F、G或H;φX为聚合物端基X与VdF单体的比例;SX为源自聚合物端基X的峰的积分值;nX1H-NMR或19F-NMR中归属于聚合物端基峰的氢原子或氟原子的数目;并且SVdF为源自VdF单体的峰的积分值之和。
如果在聚合中使用了提供聚合物端基Y(其为不同于上述那些端基的聚合物端基)的链转移剂,则聚合物端基Y与VdF单体的比例(摩尔%)可以通过与以上所述相同的方式计算。
含碘聚合物端基与所有聚合物端基的比例(摩尔%)由下式计算:
氟橡胶(A)可以通过例如将两种以上通过碘转移聚合获得的氟橡胶共混而产生。
更具体而言,氟橡胶(A)可以通过将聚合物两端均具有碘的氟橡胶与聚合物一端具有碘的氟橡胶共混而制造。
氟橡胶(A)可以通过单一聚合工序而制造。例如,一种新型制造方法,所述方法包括使用单碘化合物和二碘化合物作为链转移剂的聚合。在聚合中,如温度和压力等条件和聚合引发剂、乳化剂和其他添加剂可以根据氟橡胶(A)的组成或量适当选择。氟橡胶(A)可以通过JP 2009-52034 A和WO 2008/001895中公开的制造方法而制造。
聚合引发剂的实例包括:由过氧碳酸酯表示的油溶性自由基聚合引发剂,如过氧二碳酸二异丙酯(IPP)和过氧二碳酸二正丙酯(NPP);和水溶性自由基聚合引发剂,如过硫酸、过硼酸、过氯酸、过磷酸和过碳酸的铵盐、钾盐和钠盐。
从抑制乳化剂分子的链转移反应方面考虑,乳化剂的优选实例包括具有氟碳链或氟聚醚链的羧酸的盐。
具体而言,可以使用全氟辛酸铵、CF3(CF2)nCOONH4(n=2~8)、CHF2(CF2)nCOONH4(n=6~8)、C3F7OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4和CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4
本发明的第二氟橡胶组合物是下述氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物含有氟橡胶(A1)、氟橡胶(A2)和炭黑(B),其中氟橡胶(A1)为其主链两端均具有碘原子的聚合物,氟橡胶(A2)为其主链仅一端具有碘原子的聚合物,并且由G'(1%)-G'(100%)表示的差(δG')不低于120kPa且不高于3,000kPa,其中G'(1%)是指未交联状态下的动态应变为1%时的剪切模量,G'(100%)是指未交联状态下的动态应变为100%时的剪切模量,并且G'(1%)和G'(100%)系利用橡胶加工分析仪(RPA)在测量频率为1Hz并且测量温度为100℃的条件下通过动态粘弹性测试而确定。
由于含有作为其主链两端均具有碘原子的聚合物的氟橡胶(A1)和作为其主链仅一端具有碘原子的聚合物的氟橡胶(A2),本发明的第二氟橡胶组合物可以提供高温拉伸性质和拉伸疲劳性质优异的交联制品。
常规上,为提高氟橡胶的压缩变形特性,已经开发了用碘对聚合物主链封端的技术。特别是,从提高压缩变形特性方面考虑,倾向于使用其主链末端均用碘封端的氟橡胶。
本发明的氟橡胶组合物含有其主链仅一端具有碘原子的氟橡胶和其主链两端均具有碘原子的氟橡胶,以显著提高所获得的交联制品的高温拉伸性质。据认为其主链仅一端具有碘原子的聚合物较不容易在交联橡胶结构中通过交联而连接,并引起高温拉伸性质的提高。
氟橡胶(A1)是其主链两端均具有碘原子的聚合物。主链两端的碘原子的存在可以通过例如元素分析或NMR来确认。
就有利地得到平衡的物理性质而言,氟橡胶(A1)优选具有0.001质量%~10质量%、更优选0.01质量%~5质量%且进而优选0.01质量%~3质量%的碘含量。碘原子的量(质量%)可以通过元素分析测量。
氟橡胶(A2)是其主链一端具有碘原子的聚合物。主链一端的碘原子的存在可以通过例如元素分析或NMR来确认。
一端具有碘原子的聚合物为其主链另一端不具有碘原子的聚合物。例如,优选的是其主链任一端是不可交联的部位的聚合物。
不可交联的部位的实例包括HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CF(CF3)-、HCF(CF3)CF2-、CH3CF2-、HOCH2CF2-、HOOCCH2-、CF3C(=O)CF2-、HOOCCF(CF3)-、HOOCCF2-、CF(CF3)2-和CF3CF2-。其中特别重要的是HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CF(CF3)-、CH3CF2-、HOCH2CF2-和CF(CF3)2-以及CF3CF2-。
就有利地得到平衡的物理性质而言,氟橡胶(A2)优选具有0.001质量%~5质量%、更优选0.01质量%~3质量%且进而优选0.01质量%~2质量%的碘含量。
氟橡胶(A1)和(A2)可以通过使用碘化合物的聚合方法制造,所述方法称为碘转移聚合。例如,其主链两端均具有碘原子的氟橡胶(A1)和其主链一端具有碘原子的氟橡胶(A2)可以通过调整已知的碘转移聚合法中碘化合物(链转移剂)的量和聚合时间来制造。
例如,作为链转移剂的I(CF2CF2)4I可以用于在聚合中提供氟橡胶(A1)。
例如,作为转移剂的(CF3)2CFI、F(CF2CF2)2I或F(CF2CF2)3I可以用于在聚合中提供氟橡胶(A2)。
因此,通过聚合分开提供的氟橡胶(A1)和氟橡胶(A2)可以共混,以用于本发明的第二氟橡胶组合物中。
氟橡胶(A1)和氟橡胶(A2)可以在单一聚合工序中同时制造。例如,一种新型制造方法,所述方法包括通过单一聚合步骤使用单碘化合物和二碘化合物作为链转移剂制造氟橡胶(A1)和氟橡胶(A2)的聚合。
关于氟橡胶(A1)和氟橡胶(A2)的制造方法,参见“Polymeric MaterialsENCYCLOPEDIA Volume 5,p3847-3860,CRC Press”。
本发明的第二氟橡胶组合物中的氟橡胶(A1)和(A2)除主链末端的结构之外可以彼此相同或不同。
下文中将描述氟橡胶(A)、(A1)和(A2)。除相对于聚合物端基总摩尔数的碘含量和主链末端的结构之外,氟橡胶(A)、(A1)和(A2)可以具有相同结构。
本发明中使用的氟橡胶(A)、(A1)和(A2)优选含有下述结构单元,所述结构单元源于选自由四氟乙烯(TFE)、偏二氟乙烯(VdF)和由式(1)表示的全氟烯键式不饱和化合物组成的组中的至少一种单体:
CF2=CF-Rf a    (1)
(其中,Rf a为-CF3或-ORf b(Rf b为具有1~5个碳原子的全氟烷基)(例如,六氟丙烯(HFP)和全氟(烷基乙烯基醚)(PAVE)等)。
氟橡胶的实例包括偏二氟乙烯(VdF)类氟橡胶、四氟乙烯(TFE)/丙烯(Pr)类氟橡胶、四氟乙烯(TFE)/丙烯(Pr)/偏二氟乙烯(VdF)类氟橡胶、乙烯/六氟丙烯(HFP)类氟橡胶、乙烯(Et)/六氟丙烯(HFP)/偏二氟乙烯(VdF)类氟橡胶、乙烯(Et)/六氟丙烯(HFP)/四氟乙烯(TFE)类氟橡胶、氟聚硅氧烷类氟橡胶和氟代磷腈类氟橡胶,它们可以单独使用,或者以不破坏本发明效果的量组合使用。其中,从良好的耐热老化性和耐油性方面考虑,更优选VdF类氟橡胶、TFE/Pr类氟橡胶和TFE/Pr/VdF类氟橡胶。
在上述VdF类氟橡胶中,相对于VdF重复单元和源于其他共单体的重复单元的总摩尔数,VdF重复单元的量优选为20摩尔%以上,更优选为40摩尔%以上,进而更优选45摩尔%以上,特别优选50摩尔%以上,更特别优选55摩尔%以上,且最优选60摩尔%以上。相对于VdF重复单元和源于其他共单体的重复单元的总摩尔数,VdF重复单元的量优选为90摩尔%以下,更优选为85摩尔%以下,进而更优选为80摩尔%以下,特别优选为78摩尔%以下,更特别优选为75摩尔%以下,且最优选为70摩尔%以下。
相对于VdF重复单元和源于其他共单体的重复单元的总摩尔数,源于其他共单体的重复单元的量优选为10摩尔%以上,更优选为15摩尔%以上,进而更优选20摩尔%以上,特别优选22摩尔%以上,更特别优选25摩尔%以上,且最优选30摩尔%以上。相对于VdF重复单元和源于其他共单体的重复单元的总摩尔数,源于其他共单体的重复单元的量优选为80摩尔%以下,更优选为60摩尔%以下,进而更优选55摩尔%以下,特别优选50摩尔%以下,更特别优选45摩尔%以上,且最优选40摩尔%以上。
另外,上述VdF类氟橡胶中的共单体不受特别限制,只要可以与VdF共聚即可,其实例包括:含氟单体,如TFE、HFP、PAVE、氯三氟乙烯(CTFE)、三氟乙烯、四氟丙烯、四氟丙烯、五氟丙烯、三氟丁烯、四氟异丁烯、六氟异丁烯、氟乙烯、含碘氟代乙烯基醚,和由通式(2)表示的含氟单体
CH2=CFRf    (2)
(其中,Rf为具有1~12个碳原子的直链或支链氟烷基);无氟单体,如乙烯(Et)、丙烯(Pr)或烷基乙烯基醚;具有交联性基团(固化位点)的单体;和反应性乳化剂。可以使用这些单体和化合物中的一种或多种。
作为上述PAVE,更优选全氟(甲基乙烯基醚)(PMVE)和全氟(丙基乙烯基醚)(PPVE),且特别优选PMVE。
另外,上述PAVE可以为由下式表示的全氟乙烯基醚:CF2=CFOCF2ORf c(其中Rf c为具有1~6个碳原子的直链或支链全氟烷基、具有5~6个碳原子的环形全氟烷基或者具有2~6个碳原子并含有1~3个氧原子的直链或支链全氟氧烷基)。例如,优选的是CF2=CFOCF2OCF3、CF2=CFOCF2OCF2CF3和CF2=CFOCF2OCF2CF2OCF3
由式(2)表示的上述含氟单体(2)优选为其中Rf为直链氟烷基的单体,且更优选为其中Rf为直链全氟烷基的单体。Rf中的碳原子数优选为1~6。由式(2)表示的上述含氟单体的实例包括CH2=CFCF3、CH2=CFCF2CF3、CH2=CFCF2CF2CF3、CH2=CFCF2CF2CF2CF3,其中优选由CH2=CFCF3表示的2,3,3,3-四氟丙烯。
上述VdF类氟橡胶优选为选自由VdF/HFP共聚物、VdF/TFE/HFP共聚物、VdF/CTFE共聚物、VdF/CTFE/TFE共聚物、VdF/PAVE共聚物、VdF/TFE/PAVE共聚物、VdF/HFP/PAVE共聚物、VdF/HFP/TFE/PAVE共聚物、VdF/TFE/丙烯(Pr)共聚物、VdF/乙烯(Et)/HFP共聚物、以及VdF和由式(2)表示的含氟单体的共聚物组成的组中的至少一种共聚物,并且更优选含有选自由TFE、HFP和PAVE组成的组中的至少一种共单体作为除VdF以外的共单体。其中,优选选自由VdF/HFP共聚物、VdF/TFE/HFP共聚物、VdF和由式(2)表示的含氟单体的共聚物、VdF/PAVE共聚物、VdF/TFE/PAVE共聚物、VdF/HFP/PAVE共聚物和VdF/HFP/TFE/PAVE共聚物组成的组中的至少一种共聚物,更优选选自由VdF/HFP共聚物、VdF/HFP/TFE共聚物、VdF和由式(2)表示的含氟单体的共聚物以及VdF/PAVE共聚物组成的组中的至少一种共聚物,且进而更优选选自由VdF/HFP共聚物、VdF和由式(2)表示的含氟单体的共聚物以及VdF/PAVE共聚物组成的组中的至少一种共聚物。
在VdF/HFP共聚物的情形中,VdF/HFP组成优选为(45~85)/(55~15)(摩尔%),更优选为(50~80)/(50~20)(摩尔%),且进而优选(60~80)/(40~20)(摩尔%)。
此外,在一个优选实施方式中,VdF/HFP组合物为(50~78)/(50~22)(摩尔%)。
在VdF/TFE/HFP共聚物的情形中,VdF/TFE/HFP组成优选为(30~80)/(4~35)/(10~35)(摩尔%)。
此外,在另一优选实施方式中,VdF/TFE/HFP组合物为(30~80)/(4~20)/(10~35)。
在VdF/PAVE共聚物的情形中,VdF/PAVE组成优选为(65~90)/(35~10)(摩尔%)。
此外,在另一优选实施方式中,VdF/PAVE组合物为(50~78)/(50~22)(摩尔%)。
在VdF/TFE/PAVE共聚物的情形中,VdF/TFE/PAVE组成优选为(40~80)/(3~40)/(15~35)(摩尔%)。
在VdF/HFP/PAVE共聚物的情形中,VdF/HFP/PAVE组成优选为(65~90)/(3~25)/(3~25)(摩尔%)。
在VdF/HFP/TFE/PAVE共聚物的情形中,VdF/HFP/TFE/PAVE组成优选为(40~90)/(0~25)/(0~40)/(3~35)(摩尔%),且更优选为(40~80)/(3~25)/(3~40)/(3~25)(摩尔%)。
在VdF和由式(2)表示的含氟单体的共聚物的情形中,优选VdF/含氟单体(2)单元摩尔比为85/15~20/80并且除VdF和含氟单体(2)以外的单体单元占单体单元总量的0摩尔%~50摩尔%,并且VdF/含氟单体(2)单元摩尔比更优选为80/20~20/80。
此外,VdF/含氟单体(2)单元组成优选为78/22~50/50(摩尔%)。
另外,也优选VdF/含氟单体(2)单元摩尔比为85/15~50/50,并且除VdF和含氟单体(2)以外的单体单元占单体单元总量的1摩尔%~50摩尔%。除VdF和含氟单体单元(2)以外的单体单元的优选实例包括上述VdF共单体,如TFE、HFP、PMVE、全氟乙基乙烯基醚(PEVE)、PPVE、CTFE、三氟乙烯、六氟异丁烯、氟乙烯、乙烯(Et)、丙烯(Pr)、烷基乙烯基醚、提供交联性基团的单体和反应性乳化剂。其中,更优选的是PMVE、CTFE、HFP和TFE。
TFE/丙烯(Pr)类氟橡胶是指包含45摩尔%~70摩尔%TFE和55摩尔%~30摩尔%丙烯(Pr)的含氟共聚物。除这两种组分之外,这种氟橡胶可以还含有0摩尔%~40摩尔%的特定第三组分(例如,PAVE)。
在乙烯(Et)/HFP共聚物的情形中,Et/HFP组成优选为(35~80)/(65~20)(摩尔%),且更优选为(40~75)/(60~25)(摩尔%)。
在Et/HFP/TFE共聚物的情形中,Et/HFP/TFE组成优选为(35~75)/(25~50)/(0~15)(摩尔%),且更优选为(45~75)/(25~45)/(0~10)(摩尔%)。
从获自本发明的第一和第二氟橡胶组合物的交联氟橡胶制品的高温拉伸性质和拉伸疲劳性质的有效改进方面来看,氟橡胶(A)、(A1)和(A2)优选为仅含VdF单元和HFP单元的二元共聚物、源于由式(2)表示的含氟单体的聚合物单元、或PAVE单元。换言之,氟橡胶(A)、(A1)和(A2)各自优选为选自由VdF/HFP共聚物、VdF和由式(2)表示的含氟单体的共聚物和VdF/PAVE共聚物组成的组中的至少一种二元共聚物。
此外,氟橡胶(A)、(A1)和(A2)各自更优选为选自由VdF/HFP共聚物、VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物和VdF/PAVE共聚物组成的组中的至少一种二元共聚物,且特别优选为选自由VdF/HFP共聚物和VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物组成的组中的至少一种二元共聚物。
氟橡胶(A)、(A1)和(A2)各自的数均分子量(Mn)优选为5,000~500,000,更优选为10,000~500,000,且特别优选为20,000~500,000。
另外,在例如氟橡胶组合物需要具有低粘度的情形中,可以共混其他氟橡胶。其他氟橡胶的实例包括低分子量液体氟橡胶(数均分子量:1,000以上)、数均分子量为约10,000的低分子量氟橡胶和数均分子量为约100,000~200,000的氟橡胶。
从加工性方面考虑,氟橡胶(A)、(A1)和(A2)的在100℃的门尼粘度为20~200,且优选为30~180。门尼粘度根据JIS K6300测量。
以上述氟橡胶为例的材料构成了主要的单体,并且可以使用通过使提供过氧化物交联性基团的单体共聚而获得的材料,只要其不破坏本发明的效果即可。
提供过氧化物交联性基团的单体应是能够根据制造方法等而适当地引入过氧化物交联性单体的单体,例如公知的聚合性化合物或含有碘原子的链转移剂。
提供过氧化物交联性基团的单体的优选实例包括由通式(3)表示的化合物:
CY1 2=CY2Rf 2X1    (3)
(其中,Y1和Y2各自表示氟原子、氢原子或-CH3;Rf 2表示直链或支链含氟亚烷基,所述直链或支链含氟亚烷基可以具有一个或多个醚键,可以具有芳香环,并且其中部分或全部氢原子被氟原子取代;并且X1表示碘原子)。
具体而言,可以使用例如由通式(4)表示的含碘单体:
CY1 2=CY2Rf 3CHR1-X1    (4)
(其中,Y1、Y2和X1与以上所述的相同,Rf 3表示直链或支链含氟亚烷基,所述直链或支链含氟亚烷基可以具有一个或多个醚键并且其中部分或全部氢原子被氟原子取代,即,部分或全部氢原子被氟原子取代的直链或支链含氟亚烷基、部分或全部氢原子被氟原子取代的直链或支链含氟氧亚烷基,或者部分或全部氢原子被氟原子取代的直链或支链含氟聚氧亚烷基;并且R1表示氢原子或甲基),或者由通式(5)~(22)表示的含碘单体中的任一种:
CY4 2=CY4(CF2)n-X1    (5)
(其中,Y4基团可以相同或不同,并且为氢原子或氟原子,并且n为1~8的整数)
CF2=CFCF2Rf 4-X1    (6)
(其中,
[化1]
Rf 4为–(OCF2)n-或–(OCF(CF3))n-
并且n为0~5的整数)
CF2=CFCF2(OCF(CF3)CF2)m(OCH2CF2CF2)nOCH2CF2-X1    (7)
(其中,m为0~5的整数,并且n为0~5的整数)
CF2=CFCF2(OCH2CF2CF2)m(OCF(CF3)CF2)nOCF(CF3)-X1    (8)
(其中,m为0~5的整数,并且n为0~5的整数)
CF2=CF(OCF2CF(CF3))mO(CF2)n-X1    (9)
(其中,m为0~5的整数,并且n为1~8的整数)
CF2=CF(OCF2CF(CF3))m-X1    (10)
(其中,m为1~5的整数)
CF2=CFOCF2(CF(CF3)OCF2)nCF(-X1)CF3    (11)
(其中,n为1~4的整数)
CF2=CFO(CF2)nOCF(CF3)-X1    (12)
(其中,n为2~5的整数)
CF2=CFO(CF2)n-(C6H4)-X1    (13)
(其中,n为1~6的整数)
CF2=CF(OCF2CF(CF3))nOCF2CF(CF3)-X1    (14)
(其中,n为1~2的整数)
CH2=CFCF2O(CF(CF3)CF2O)nCF(CF3)-X1    (15)
(其中,n为0~5的整数)
CF2=CFO(CF2CF(CF3)O)m(CF2)n-X1    (16)
(其中,m为0~5的整数,并且n为1~3的整数)
CH2=CFCF2OCF(CF3)OCF(CF3)-X1    (17)
CH2=CFCF2OCH2CF2-X1    (18)
CF2=CFO(CF2CF(CF3)O)mCF2CF(CF3)-X1    (19)
(其中,m为0以上的整数)
CF2=CFOCF(CF3)CF2O(CF2)n-X1    (20)
(其中,n为1以上的整数)
CF2=CFOCF2OCF2CF(CF3)OCF2-X1    (21)
CH2=CH-(CF2)nX1    (22)
(其中,n为2~8的整数)
(在结构式(5)~(22)中,X1与以上所述的相同),
并且可以将它们分开使用,或者作为其任意组合使用。
由通式(4)表示的含碘单体优选为由通式(23)表示的含碘氟代乙烯基醚:
[化2]
(其中,m为1~5的整数,并且n为0~3的整数)。
更具体而言,可以采用
[化3]
等,但其中优选ICH2CF2CF2OCF=CF2
具体而言,由通式(5)表示的含碘单体优选为ICF2CF2CF=CH2或I(CF2CF2)2CF=CH2
具体而言,由通式(9)表示的含碘单体优选为I(CF2CF2)2OCF=CF2
具体而言,由通式(22)表示的含碘单体优选为CH2=CHCF2CF2I或I(CF2CF2)2CH=CH2
(B)炭黑
第一和第二氟橡胶组合物含有炭黑(B)。炭黑(B)的种类的实例包括炉黑、乙炔黑、热裂法炭黑(thermal black)、槽法炭黑(channel black)和石墨,其具体实例包括SAF-HS(N2SA:142m2/g,DBP:130ml/100g)、SAF(N2SA:142m2/g,DBP:115ml/100g)、N234(N2SA:126m2/g,DBP:125ml/100g)、ISAF(N2SA:119m2/g,DBP:114ml/100g)、ISAF-LS(N2SA:106m2/g,DBP:75ml/100g)、ISAF-HS(N2SA:99m2/g,DBP:129ml/100g)、N339(N2SA:93m2/g,DBP:119ml/100g)、HAF-LS(N2SA:84m2/g,DBP:75ml/100g)、HAS-HS(N2SA:82m2/g,DBP:126ml/100g)、HAF(N2SA:79m2/g,DBP:101ml/100g)、N351(N2SA:74m2/g,DBP:127ml/100g)、LI-HAF(N2SA:74m2/g,DBP:101ml/100g)、MAF-HS(N2SA:56m2/g,DBP:158ml/100g)、MAF(N2SA:49m2/g,DBP:133ml/100g)、FEF-HS(N2SA:42m2/g,DBP:160ml/100g)、FEF(N2SA:42m2/g,DBP:115ml/100g)、SRF-HS(N2SA:32m2/g,DBP:140ml/100g)、SRF-HS(N2SA:29m2/g,DBP:152ml/100g)、GPF(N2SA:27m2/g,DBP:87ml/100g)和SRF(N2SA:27m2/g,DBP:68ml/100g)。其中,优选SAF-HS、SAF、N234、ISAF、ISAF-LS、ISAF-HS、N339、HAF-LS、HAS-HS、HAF、N351、LI-HAF和MAF-HS。
这些种类的炭黑可以分开使用或者作为其两种以上的组合使用。
其中,优选炭黑具有25m2/g~180m2/g的氮吸附比表面积(N2SA)和40ml/100g~180ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值。此外,当使用具有高N2SA和DBP值的炭黑时,所获得的交联氟橡胶制品的损失弹性模量(E″)和储能弹性模量(E')的值增加,如下所述。
如果氮吸附比表面积(N2SA)低于25m2/g,则当将炭黑与橡胶共混时机械性质趋于劣化,因此,氮吸附比表面积(N2SA)优选不低于50m2/g,更优选不低于70m2/g,进而更优选不低于90m2/g,且特别优选不低于110m2/g。从一般便于采购方面考虑,上限优选为180m2/g。
如果邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值低于40ml/100g,则当将炭黑与橡胶共混时机械性质趋于劣化,因此,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值优选不低于50ml/100g,更优选不低于60ml/100g,且特别优选不低于80ml/100g。从一般便于采购方面考虑,上限优选为175ml/100g,特别是170ml/100g。
在本发明的第一氟橡胶组合物中,相对于100质量份氟橡胶(A),优选共混5质量份~65质量份炭黑(B)。如果炭黑(B)的共混量过高或过低,则交联制品的机械性质趋于劣化。从获得物理性质的良好平衡方面考虑,相对于100质量份氟橡胶(A),炭黑的共混量优选不低于6质量份,且更优选不低于10质量份,并且从获得物理性质的良好平衡方面考虑,相对于100质量份氟橡胶(A),优选不高于55质量份,更优选不高于50质量份,进而更优选不高于49质量份,且特别优选不高于45质量份。
在本发明的第二氟橡胶组合物中,相对于100质量份氟橡胶(A1)和(A2)的总量,优选共混5质量份~65质量份炭黑(B)。如果炭黑(B)的共混量过高或过低,则交联制品的机械性质趋于劣化。从获得物理性质的良好平衡方面考虑,相对于100质量份氟橡胶(A1)和(A2)的总量,炭黑的共混量优选不低于6质量份,且更优选不低于10质量份,并且从获得物理性质的良好平衡方面考虑,相对于100质量份氟橡胶(A)和(A2)的总量,优选不高于55质量份,更优选不高于50质量份,进而更优选不高于49质量份,且特别优选不高于45质量份。
本发明的第一氟橡胶组合物和第二氟橡胶组合物可以含有下述其他组分。
交联剂(C)和交联促进剂(D)
本发明的氟橡胶组合物优选含有交联剂(C)。
交联剂(C)和交联促进剂(D)可以根据以下方面适当选择:交联体系、交联的氟橡胶(A)、(A1)和(A2)的种类(例如,共聚物组成,交联性基团存在与否及种类)、获得的交联制品的特定用途或使用方式以及混合条件等。
交联体系可以是过氧化物交联体系。
(过氧化物交联体系)
由于在交联位点存在碳碳双键,因此在耐化学性和耐蒸煮性方面,过氧化物交联体系优于其中在交联位点存在碳-氧键的多元醇交联体系,或者其中存在碳-氮双键的聚胺交联体系。
用于过氧化物交联体系的交联剂应该是在热存在下或在氧化还原体系中能够容易地生成过氧自由基的过氧化物,其具体实例包括有机过氧化物,如1,1-双(叔丁基过氧)-3,5,5-三甲基环己烷、2,5-二甲基己烷-2,5-二氢过氧化物、二叔丁基过氧化物、叔丁基异丙苯基过氧化物、二异丙苯基过氧化物、α,α-双(叔丁基过氧)对二异丙苯、α,α-双(叔丁基过氧)间二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己炔-3、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧苯、叔丁基过氧苯甲酸酯、叔丁基过氧马来酸和叔丁基过氧异丙基碳酸酯。其中优选的是2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷和2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己炔-3。
另外,通常优选将交联促进剂并入过氧化物交联体系中。用于过氧化物类交联剂、特别是有机过氧化物类交联剂的交联促进剂的实例包括氰尿酸三烯丙酯、异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)、1,3,5-三丙烯酰基六氢-1,3,5-三嗪(triacrylformal)、偏苯三酸三烯丙酯、N,N'-间亚苯基双马来酰亚胺、对苯二甲酸二丙炔酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、四烯丙基对苯二甲酸酰胺、磷酸三烯丙酯、双马来酰亚胺、氟代异氰脲酸三烯丙酯(1,3,5-三(2,3,3-三氟-2-丙烯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮)、三(二烯丙基胺)-S-三嗪、N,N-二烯丙基丙烯酰胺、1,6-二乙烯基十二氟己烷、六烯丙基磷酰胺、N,N,N′,N′-四烯丙基邻苯二甲酰胺、N,N,N′,N′-四烯丙基丙二酰胺、三乙烯基异氰脲酸酯、2,4,6-三乙烯基甲基三甲硅氧烷、三(5-降冰片烯-2-亚甲基)氰尿酸酯和亚磷酸三烯丙酯。其中,从交联制品的交联性质和物理性质方面考虑,优选的是异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)。
可以使用具有低自聚合性质的交联促进剂作为用于过氧化物交联体系中的交联促进剂。具有低自聚合性质的交联促进剂是指与作为公知交联促进剂的异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)不同的具有低自聚合性质的化合物。
具有低自聚合性质的交联促进剂的实例包括:
异氰脲酸三甲基烯丙酯(TMAIC),其由下式表示
[化4]
对苯醌二肟,其由下式表示
[化5]
p,p'-二苯甲酰醌二肟,其由下式表示
[化6]
马来酰亚胺,其由下式表示
[化7]
N-苯基马来酰亚胺,其由下式表示
[化8]
N,N’-亚苯基双马来酰亚胺,其由下式表示
[化9]
优选的具有低自聚合性质的交联促进剂为异氰脲酸三甲基烯丙酯(TMAIC)。
可以使用二烯烃作为用于过氧化物交联体系中使用的交联促进剂。
能够用作交联促进剂的二烯烃的实例包括由下式表示的二烯烃:
R2R3C=CR4-Z-CR5=CR6R7
(其中,R2、R3、R4、R5、R6和R7可以相同或不同,并且各自表示H或具有1~5个碳原子的烷基,并且Z表示具有1~18个碳原子的可以含有氧原子并且优选至少部分被氟代的线性(直链)或支链亚烷基或环亚烷基,或者为(全)氟聚氧亚烷基)。
Z优选为具有4~12个碳原子的全氟亚烷基,并且R2、R3、R4、R5、R6和R7优选为氢原子。
在Z为(全)氟聚氧亚烷基的情形中,优选由下式表示的(全)氟聚氧亚烷基:-(Q)p-CF2O-(CF2CF2O)m-(CF2O)n-CF2-(Q)p-
(其中,Q为具有1~10个碳原子的亚烷基或氧亚烷基,p为0或1,并且m和n为使m/n为0.2~5的整数,并且所述(全)氟聚氧亚烷基的分子量为500~10,000,且优选为1,000~4,000)。在该式中,Q优选选自-CH2OCH2-和-CH2O(CH2CH2O)sCH2-(s=1~3)。
优选的二烯烃包括:
CH2=CH-(CF2)4-CH=CH2
CH2=CH-(CF2)6-CH=CH2,和
由式:CH2=CH-Z1-CH=CH2表示的二烯烃
(其中,Z1为-CH2OCH2-CF2O-(CF2CF2O)m-(CF2O)n-CF2-CH2OCH2-(m/n=0.5))。
其中,优选由CH2=CH-(CF2)6-CH=CH2表示的3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8-十二氟-1,9-癸二烯。
相对于100质量份氟橡胶(A),本发明的第一氟橡胶组合物中过氧化物类交联剂的共混量优选为0.01质量份~10质量份,更优选为0.1质量份~9质量份,且特别优选为0.2质量份~8质量份。如果过氧化物类交联剂的共混量低于0.01质量份,则氟橡胶(A)的交联趋于不能充分地进行,而如果过氧化物类交联剂的共混量超过10质量份,则物理性质之间的平衡趋于劣化。
另外,相对于100质量份氟橡胶(A),本发明的第一氟橡胶组合物中交联促进剂的共混量通常为0.01质量份~10质量份,且优选为0.1质量份~9质量份。如果交联促进剂的共混量低于0.01质量份,则存在发生固化不足(undercuring)的倾向,而如果交联促进剂的共混量超过10质量份,则物理性质之间的平衡趋于劣化。
在本发明的第二氟橡胶组合物中,相对于100质量份氟橡胶(A1)和(A2)的总量,过氧化物类交联剂的共混量优选为0.01质量份~10质量份,更优选为0.1质量份~9质量份,且特别优选为0.2质量份~8质量份。如果过氧化物类交联剂的共混量低于0.01质量份,则氟橡胶(A1)和(A2)的交联趋于不能充分地进行,而如果过氧化物类交联剂的共混量超过10质量份,则物理性质之间的平衡趋于劣化。
另外,在本发明的第二氟橡胶组合物中,相对于100质量份氟橡胶(A1)和(A2)的总量,交联促进剂的共混量通常为0.01质量份~10质量份,且优选为0.1质量份~9质量份。如果交联促进剂的共混量低于0.01质量份,则氟橡胶(A1)和(A2)的交联趋于不能充分地进行,而如果过氧化物类交联剂的共混量超过10质量份,则物理性质之间的平衡趋于劣化。
如果需要,可以将普通橡胶组分以不损害本发明效果的量共混在本发明的第一和第二氟橡胶组合物中,所述普通橡胶组分如填料、加工助剂、增塑剂、着色剂、增粘剂、粘合剂助剂、酸受体、颜料、阻燃剂、润滑剂、光稳定剂、风化稳定剂、抗静电剂、紫外辐射吸收剂、抗氧化剂、脱模剂、发泡剂、香料、油、软化剂和其他聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯和聚氨酯)。
填料的实例包括:金属氧化物,如氧化钙、氧化钛、氧化铝和氧化镁;金属氢氧化物,如氢氧化镁、氢氧化铝和氢氧化钙;碳酸盐,如碳酸镁、碳酸铝、碳酸钙和碳酸钡;硅酸盐,如硅酸镁、硅酸钙、硅酸钠和硅酸铝;硫酸盐,如硫酸铝、硫酸钙和硫酸钡;合成水滑石;金属硫化物,如二硫化钼、硫化铁和硫化铜;硅藻土、石棉、查尔顿白(硫化锌/硫化钡)、石墨、氟碳、氟化钙、焦炭、石英细粉、滑石、云母粉、硅灰石、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、须晶、玻璃纤维、有机增强剂、有机填料、聚四氟乙烯、云母、二氧化硅、硅藻土和粘土。另外,酸受体包括氧化钙、氧化镁、氧化铅、氧化锌、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝和水滑石。它们可以酌情分开使用或者作为其两种以上的组合使用。它们可以在上述混合方法中的任意步骤添加,但优选在使用密闭式混合机或开放辊式混合机混合氟橡胶(A1)、氟橡胶(A2)和和炭黑(B)时添加。
加工助剂包括高级脂肪酸,如硬脂酸、油酸、棕榈酸和月桂酸;高级脂肪酸盐,如硬脂酸钠和硬脂酸锌;高级脂肪酸酰胺,如硬脂酸酰胺和油酸酰胺;高级脂肪酸酯,如油酸乙酯;石油基蜡,如巴西棕榈蜡和地蜡;聚二醇,如乙二醇、甘油和二乙二醇;脂肪烃,如凡士林和石蜡;聚硅氧烷基油、聚硅氧烷基聚合物、低分子量聚乙烯、邻苯二甲酸酯、磷酸酯、松香、(卤代)二烷基胺、表面活性剂、砜化合物、氟基添加剂和有机胺化合物。
其中,从通过在使用密闭式混合机或开放辊式混合机混合氟橡胶(A)和炭黑(B)或者氟橡胶(A1)、氟橡胶(A2)和炭黑(B)时存在来提高增强性方面考虑,有机胺化合物和酸受体是优选的共混组分。
有机胺化合物的优选实例包括由R1NH2表示的伯胺、由R1R2NH表示的仲胺和由R1R2R3N表示的叔胺。R1、R2和R3可以相同或不同,并各自优选为具有1~50个碳原子的烷基,并且所述烷基可以含有苯环作为官能团和可以含有双键或共轭双键。此外,烷基可以是直链或支链烷基。
伯胺的实例包括椰胺、辛胺、月桂胺、硬脂胺、油胺、牛脂胺、17-苯基-十七烷基胺、十八碳-7,11-二烯基胺、十八碳-7,9-二烯基胺、十八碳-9-烯基胺和7-甲基-十八碳-7-烯基胺,仲胺的实例包括双十八烷基胺,叔胺的实例包括二甲基辛胺、二甲基癸胺、二甲基月桂胺、二甲基十四烷胺、二甲基棕榈胺、二甲基硬脂胺和二甲基二十二烷胺。其中,从获得的容易性和较高的增强性方面考虑,优选的是具有约20个碳原子的胺、特别是伯胺。
在本发明的第一氟橡胶组合物中,优选的是,相对于100质量份氟橡胶(A),共混0.01质量份~5质量份有机胺化合物。如果有机胺化合物的共混量过高,则混合趋于困难,而如果有机胺化合物的共混量过低,则增强性趋于劣化。对于更优选的共混量,从增强性方面考虑为相对于100质量份氟橡胶(A)不低于0.1质量份,且从增强性和混合的容易性方面考虑为不高于4质量份。
在本发明的第二氟橡胶组合物中,优选的是,相对于100质量份氟橡胶(A1)和(A2)的总量,共混0.01质量份~5质量份有机胺化合物。如果有机胺化合物的共混量过高,则混合趋于困难,而如果有机胺化合物的共混量过低,则增强性趋于劣化。对于更优选的共混量,从增强性方面考虑为相对于100质量份氟橡胶(A1)和(A2)的总量不低于0.1质量份,且从增强性和混合的容易性方面考虑为不高于4质量份。
在上述酸受体中,从增强性方面考虑,优选的是如氢氧化钙等金属氢氧化物、如氧化镁和氧化锌等金属氧化物以及水滑石;特别优选的是氧化锌。
在本发明的第一氟橡胶组合物中,优选的是,相对于100质量份氟橡胶(A),共混0.01质量份~10质量份酸受体。如果酸受体的共混量过高,则物理性质趋于劣化,而如果酸受体的共混量过低,则增强性质趋于劣化。对于更优选的共混量,从增强性方面考虑为相对于100质量份氟橡胶(A)不低于0.1质量份,且从物理性质和混合的容易性方面考虑特别是不高于5质量份。
在本发明的第二氟橡胶组合物中,优选的是,相对于100质量份氟橡胶(A1)和(A2)的总量,共混0.01质量份~10质量份酸受体。如果酸受体的共混量过高,则物理性质趋于劣化,而如果酸受体的共混量过低,则增强性质趋于劣化。对于更优选的共混量,从增强性方面考虑为相对于100质量份氟橡胶(A1)和(A2)的总量不低于0.1质量份,且从物理性质和混合的容易性方面考虑特别是不高于5质量份。
在本发明的第二氟橡胶组合物中,氟橡胶(A1)/氟橡胶(A2)优选为95/5~50/50(w/w),因为高温拉伸性质和拉伸疲劳性质在氟橡胶(A1)/氟橡胶(A2)在该范围内时是优异的。如果氟橡胶(A2)的比例过低,则高温拉伸性质趋于不充分。如果氟橡胶(A2)的比例过高,则交联效率降低,由此压缩变形特性可能降低。氟橡胶(A1)/氟橡胶(A2)更优选为90/10~55/45(w/w),且进而优选为80/20~60/40。
本发明的第一和第二氟橡胶组合物优选具有不低于120kPa且不高于3,000kPa的差δG'(G'(1%)-G'(100%)),其中G'(1%)是指动态应变为1%时的剪切模量,G'(100%)是指动态应变为100%时的剪切模量,并且G'(1%)和G'(100%)系利用橡胶加工分析仪(RPA)在测量频率为1Hz并且测量温度为100℃的条件下通过对未硫化的橡胶进行动态粘弹性测试而确定。
差δG'使用橡胶加工分析仪(RPA)在动态粘弹性测试中测量和计算,并用作对于橡胶组合物的增强性质的评价参数。
差δG'不低于120kPa且不高于3,000kPa的氟橡胶组合物在静态物理性质和高温机械性质等方面是有利的。
从实现良好的静态物理性质和高温机械性质等方面考虑,差δG'优选不低于150kPa,更优选不低于160kPa,进而优选不低于300kPa,甚至进而优选不低于400kPa,且特别优选不低于500kPa,而从实现良好的静态物理性质、硬度、挤出成型时的粘度和高温机械性质等方面考虑,优选不高于2,800kPa,且更优选不高于2,500kPa。
下面描述本发明的氟橡胶组合物的制造方法。
本发明的第一和第二氟橡胶组合物可以使用例如密闭式混合机或开放辊式混合机来制造。
具体而言,就获得具有进一步提高的高温机械性质的交联制品而言,优选使用以下制造方法(1)。此处,在制造第一氟橡胶组合物的情形中,制造方法(1)和(2)中的“氟橡胶”是指氟橡胶(A),而在制造第二氟橡胶组合物的情形中,“氟橡胶”是指氟橡胶(A1)和(A2)。
(1)一种氟橡胶组合物的制造方法,所述方法包括:步骤(1-1),即,通过密闭式混合机或开放辊式混合机将氟橡胶与炭黑(B)混合,直至最高温度达到80℃~220℃,以获得中间组合物;步骤(1-2),即,将中间组合物冷却至低于50℃的温度;和步骤(2-1),即,混合该冷却的中间组合物,直至最高温度达到不低于10℃但低于80℃,以获得氟橡胶组合物。
步骤(1-1)是将氟橡胶与炭黑(B)混合,直至最高温度达到80℃~220℃以获得中间组合物的步骤。
步骤(1-1)的特征在于将氟橡胶与炭黑(B)混合。通过包括步骤(1-1),可以制造氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物能够提供具有特别有利的高温拉伸性质和拉伸疲劳性质的交联氟橡胶制品。
步骤(1-1)中的混合使用密闭式混合机或开放辊式混合机进行。步骤(1-1)中的混合优选使用密闭式混合机或开放辊式混合机进行,因为它们能够在高温进行混合。密闭式混合机的实例包括:切向密闭式混合机,如班伯里混合机;啮合型密闭式混合机,如混炼机(intermixer)、加压捏合混合机、单螺杆混合机和双螺杆混合机。
当使用密闭式混合机时,转子的平均剪切速率优选为20~1000(1/sec),更优选为50~1000(1/sec),还更优选为100~1000(1/sec),进而优选为200~1000(1/sec),且特别优选为300~1000(1/sec)。
平均剪切速率(1/sec)利用以下表达式计算。
平均剪切速率(1/sec)=(π×D×R)/(60(sec)×c)
(在该表达式中,
D为转子直径或辊直径(cm),
R为转动速率(rpm),并且
c为切削间隙(cm,转子与壳体之间的或辊之间的间隙的大小))
可以在步骤(1-1)中进而混合交联剂(C)和/或交联促进剂(D)。可以将氟橡胶、炭黑(B)和交联剂(C)和/或交联促进剂(D)同时置于密闭式混合机中,然后进行混合,但也可以先混合氟橡胶、交联剂(C)和/或交联促进剂(D),然后混合炭黑(B)。
另外,优选的是,在步骤(1-1)中进而混合有机胺化合物和/或酸受体。
进行步骤(1-1)中的混合,直至混合材料的最高温度达到80℃~220℃。优选进行上述混合直至最高温度达到120℃以上,并更优选直至最高温度达到200℃以下。上述最高温度可以通过测量刚从混合机中排出后的混合材料的温度来确定。
在制造方法(1)中,步骤(1-2)是将步骤(1-1)中获得的中间组合物冷却至低于50℃的温度的步骤。步骤(1-1)中获得的中间组合物具有80℃~220℃的温度。通过在充分冷却中间组合物之后执行步骤(2-1),可以制造氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物提供具有优异高温机械性质的交联氟橡胶制品。在步骤(1-2)中,优选进行冷却以使整个中间组合物达到上述范围内的温度。冷却温度的下限不受特别限制,不过可以为10℃。
在步骤(1-2)中,优选在使用开放辊式混合机混合中间组合物的同时进行冷却。
步骤(1-1)和步骤(1-2)可以重复任意次。如果步骤(1-1)和步骤(1-2)重复进行,则在步骤(1-1)和步骤(1-2)中,优选混合中间组合物直至最高温度达到120℃~220℃,且更优选将其混合直至最高温度达到120℃~140℃。如果步骤(1-1)和步骤(1-2)重复进行,则混合可以使用密闭式混合机或开放辊式混合机来进行,且优选使用密闭式混合机来进行。
当使用开放辊式混合机时,转子的平均剪切速率优选为20(1/sec)以上,更优选为50(1/sec)以上,还更优选为100(1/sec)以上,进而优选为200(1/sec)以上,特别优选为300(1/sec)以上,并且优选为1000(1/sec)以下。
在制造方法(1)中,优选的是具有将氟橡胶和炭黑(B)引入密闭式混合机或开放辊式混合机、优选密闭式混合机中的步骤。在上述步骤中,可以引入交联剂(C)和/或交联促进剂(D),并且可以引入有机胺化合物和/或酸受体。
步骤(1-1)可以包括将任意添加剂向上导引至中间组合物于该处排出的点的步骤。可以使用这些添加剂中的一种或多种。这些添加剂可以被引入一次或多次。在引入两种以上添加剂的情形中,添加剂可以同时或分开引入。另外,可以多次引入单一添加剂。“将任意添加剂向上导引至中间组合物于该处排出的点的步骤”可以是例如将炭黑(B’)向上导引至中间组合物于该处排出的点的步骤,炭黑(B’)不同于步骤(1-1)中初始引入的炭黑(B)。
在步骤(1-1)和步骤(1-2)也被重复的情形中,步骤(1-1)每次均可以包括上述“将任意添加剂向上导引至中间组合物于该处排出的点的步骤”。例如,在第二步骤(1-2)中,可以还引入不同于第一步骤(1-1)中使用的炭黑(B)的炭黑(B’)。
在上述制造方法(1)中,步骤(2-1)是通过混合步骤(1-2)中获得的冷却的中间组合物而获得氟橡胶组合物的步骤。
步骤(2-1)是将步骤(1-2)中获得的充分冷却的中间组合物混合的步骤,并且是为提高交联氟橡胶制品的高温机械性质所需的重要步骤。
优选进行步骤(2-1)中的混合直至组合物的最高温度达到不低于10℃但低于80℃。如果混合过程中组合物的最高温度过高,则可能存在下述问题:不能获得能够提供具有优异高温机械性质的交联氟橡胶制品的氟橡胶组合物。
步骤(2-1)可以包括将步骤(1-2)中获得的不同的冷却的中间组合物混合在一起的步骤。在此情形中,应当进行混合直至不同中间组合物的混合物的最高温度达到不低于10℃但低于80℃。
制造方法(1)优选还包括在步骤(2-1)之后的步骤(2-2),其中将步骤(2-1)重复m-1次(m为2以上的整数)。通过执行步骤(2-1)总计两次以上,可以稳定地制造氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物能够制造具有优异的高温机械性质的交联氟橡胶制品。上述m优选为5以上的整数,更优选10以上的整数,进而优选30以上的整数,且特别优选50以上的整数。在步骤(2-2)的每一步中,优选的是包括将中间组合物在混合前冷却的步骤。
步骤(2-1)和步骤(2-2)中的混合可以使用上述密闭式混合机或开放辊式混合机来进行。
步骤(2-1)和步骤(2-2)优选为下述步骤,其中中间组合物通过被引入开放辊式混合机然后紧密辊制(tight milled)而混合。
图1是显示通过紧密辊制来混合的方法的示意图。如图1(a)所示,中间组合物被引入设置有第一辊11和第二辊12的开放辊10中。第一辊11和第二辊12沿箭头所示方向以不同速度旋转。所引入的中间组合物通过在受到剪切力的同时在第一辊11与第二辊12之间通过而辊轧成片,如图1(b)所示,之后辊轧的组合物在任意位置缠绕,如图1(c)所示。
从获得能够提供具有优异高温机械性质的交联氟橡胶制品的氟橡胶组合物方面考虑,优选执行步骤(2-1)和步骤(2-2)以使比例(P/Q)均为0.3~1.5、更优选为1.3以下、进而更优选为1.0以下、特别优选小于1.0且特别是0.9以下,所述比例(P/Q)系通过将步骤(2-1)中获得的氟橡胶组合物和步骤(2-2)中获得的氟橡胶组合物的(G'(1%)/G'(100%)的值(P)除以步骤(1-2)中获得的中间组合物的(G'(1%)/G'(100%)的值(Q)而获得。
动态应变为1%时的剪切模量(G'(1%))和剪切模量(G'(1%))与动态应变为100%时的剪切模量(G'(100%))之比(G'(1%)/G'(100%))可由动态粘弹性而计算获得,所述试验在100℃和在100℃预热1分钟后1Hz的条件下使用橡胶加工分析仪(RPA 2000,由Alpha Technologies制造)进行测量。
可以甚至通过仅紧密辊制一次来提高交联制品的高温机械性质,但为实现更佳的高温机械性质,优选进行上述类型的辊制总计m次(m为2以上的整数)。上述m优选为5以上的整数,更优选10以上的整数,进而优选30以上的整数,且特别优选50以上的整数。
制造方法(1)优选还包括将交联剂(C)和/或交联促进剂(D)与步骤(2-1)或步骤(2-2)中获得的氟橡胶组合物混合的步骤。如上所述,可以在步骤(1-1)中还混合交联剂(C)和/或交联促进剂(D)。在交联体系为过氧化物交联体系的情形中,优选将交联剂(C)和/或交联促进剂(D)与步骤(2-1)或步骤(2-2)中获得的氟橡胶组合物混合,而不在步骤(1-1)中混合交联剂(C)和/或交联促进剂(D)。
可以同时混合交联剂(C)和交联促进剂(D),但也可以首先混合交联促进剂(D)然后混合交联剂(C)。当在步骤(1-1)中进行混合时,交联剂(C)和交联促进剂(D)的混合条件与上述步骤(1-1)中的条件相似,不同之处在于,混合过程中的最高温度不高于130℃。其中,优选使用密闭式混合机或开放辊式混合机等进行混合,由此转子的平均转速不低于20(1/sec),优选不低于50(1/sec),更优选不低于100(1/sec),进而更优选不低于200(1/sec),且特别优选不低于300(1/sec)。在交联剂(C)和/或交联促进剂(D)与步骤(2-1)或步骤(2-2)中获得的氟橡胶组合物混合的情形中,优选进行使最高温度低于130℃的混合。
除制造方法(1)之外,例如可以使用制造方法(2)。
(2)一种方法,所述方法包括将氟橡胶、炭黑(B)和根据需要的有机胺化合物和/或酸受体以预定量引入密闭式混合机或开放辊式混合机中,并在转子的平均剪切速率为20(1/sec)以上、优选为50(1/sec)以上、更优选为100(1/sec)以上、进而优选为200(1/sec)以上且特别优选为300(1/sec)以上并且混合过程中最高温度Tm为80℃~220℃(优选为120℃~200℃)的条件下混合。制造方法(2)中的混合优选使用密闭式混合机进行,因为其能够在高温进行混合。
通过制造方法(2)获得的氟橡胶组合物不含交联剂(C)或交联促进剂(D)。此外,制造方法(2)的混合可以重复进行。在重复混合的情形中,第一次混合之后的混合条件可以与制造方法(2)中的条件相似,不同之处在于,混合过程中的最高温度Tm不高于140℃。
一种基于制造方法(2)的本发明的氟橡胶组合物的制造方法是下述方法,所述方法包括将通过执行制造方法(2)或反复执行制造方法(2)而获得的氟橡胶组合物与交联剂(C)和/或交联促进剂(D)混合。
可以同时混合交联剂(C)和交联促进剂(D),也可以首先混合交联促进剂(D)然后混合交联剂(C)。交联剂(C)和交联促进剂(D)的混合条件与制造方法(2)中的条件相似,不同之处在于,混合过程中的最高温度Tm不高于130℃。
本发明的氟橡胶组合物的另一种制备方法是下述方法,所述方法包括将氟橡胶、炭黑(B)和交联剂(C)和/或交联促进剂(D)按照适当顺序以预定量引入开放辊式混合机中,并在转子的平均剪切速率为20(1/sec)以上、优选为50(1/sec)以上、更优选为100(1/sec)以上、进而优选为200(1/sec)以上且特别优选为300(1/sec)以上并且混合过程中最高温度Tm不高于130℃的条件下混合。
本发明的制造方法优选包括聚合含氟单体以产生氟橡胶(A)、(A1)和(A2)的步骤。
通过交联第一或第二氟橡胶组合物,可以获得交联氟橡胶制品。
使氟橡胶组合物交联的方法应酌情选择,但可以例如是如挤出成型或通过包裹和蒸煮而成型等成型法或者如使用交联衬套的交联方法等普通交联法。另外,在因交联制品的预定用途而需要二次交联的情形中,可以进行烘箱交联。
另外,当动态粘弹性试验(测量方式:拉伸,夹具间隙:20mm,拉伸应变:1%,测量频率:10Hz,在应变分散过程中静态负载条件是恒定力时的静态拉伸值:157cN,测量温度:160℃)中的损失弹性模量(E″)不低于400kPa且不高于6,000kPa时,交联氟橡胶制品可实现特别优异的静态物理性质和高温机械性质。
损失弹性模量的下限优选为420kPa,且更优选为430kPa,并且损失弹性模量的上限优选为5,900kPa,且更优选为5,800kPa。
另外,从提高高温机械性质方面考虑,优选获得的交联氟橡胶制品在动态粘弹性试验(测量方式:拉伸,夹具间隙:20mm,测量温度:160℃,拉伸应变:1%,在应变分散过程中静态负载条件是恒定力时的静态拉伸值:157cN,测量频率:10Hz)中表现出不低于1,500kPa且不高于20,000kPa的储能弹性模量(E')。储能弹性模量的下限优选为1,600kPa,且更优选为1,800kPa,并且储能弹性模量的上限优选为19,000kPa,且更优选为18,000kPa。
另外,为适合用于高温环境,优选交联氟橡胶制品表现出在160℃的拉伸断裂伸长率为100%~700%,更优选不低于110%,且进而更优选不低于120%,并更优选不高于680%,且进而更优选不高于650%。
另外,为适合用于高温环境,优选交联氟橡胶制品表现出在160℃的拉伸断裂强度不低于1MPa,更优选不低于1.5MPa,且进而优选不低于2MPa,并且优选不高于30MPa,且更优选不高于28MPa。拉伸断裂强度和拉伸断裂伸长率根据JIS-K 6251利用6号哑铃来测量。
另外,为适合用于高温环境,优选交联氟橡胶制品表现出在160℃的撕裂强度为3kN/m~30kN/m,更优选不低于4kN/m,且进而更优选不低于5kN/m,并更优选不高于29kN/m,且进而更优选不高于28kN/m。
另外,为适合用于高温环境,优选交联氟橡胶制品表现出在200℃的拉伸断裂伸长率为100%~700%,更优选不低于110%,且进而更优选不低于120%,并更优选不高于680%,且进而更优选不高于650%。
另外,为适合用于高温环境,优选交联氟橡胶制品表现出在200℃的拉伸断裂强度为1MPa~30MPa,更优选不低于1.5MPa,且进而更优选不低于2MPa,并优选不高于29MPa,且更优选不高于28MPa。
另外,为适合用于高温环境,优选交联氟橡胶制品表现出在200℃的撕裂强度为3kN/m~30kN/m,更优选不低于4kN/m,且进而更优选不低于5kN/m,并更优选不高于29kN/m,且进而更优选不高于28kN/m。
上述交联氟橡胶制品可用于许多应用,但可特别有利地用于下述各种应用。
本发明的另一方面是一种碘含量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%的氟橡胶。含有所述氟橡胶的氟橡胶组合物可以提供高温时的拉伸性质和拉伸疲劳性质优异的交联制品。
本发明的氟橡胶的优选实施方式与上述氟橡胶(A)的相同。
本发明的氟橡胶可以通过例如将通过碘转移聚合法获得的两种以上氟橡胶混合而制造。
更具体而言,本发明的氟橡胶可以通过将在其聚合物主链两端均具有碘原子的氟橡胶与在其聚合物主链一端具有碘原子的氟橡胶混合来制造。
氟橡胶(A)可以通过单一聚合工序而制造。
例如,氟橡胶(A)可以通过一种新型制造方法而制造,所述方法包括使用单碘化合物和二碘化合物作为链转移剂的聚合。
本发明的第三氟橡胶组合物为含有本发明的氟橡胶和炭黑(B)的氟橡胶组合物。由于该结构,本发明的第三氟橡胶组合物能够提供高温时的拉伸性质和拉伸疲劳性质优异的交联制品。
本发明的第三氟橡胶组合物可以含有与用于本发明的第一氟橡胶组合物的相同量的相同添加剂。
此外,本发明的第三氟橡胶组合物可以通过与用于制造本发明的第一氟橡胶组合物的相同的方法来制造。
通过使本发明的第三氟橡胶组合物交联,能够获得交联氟橡胶制品。通过使第三氟橡胶制品交联而获得的交联氟橡胶制品在高温时的拉伸性质和拉伸疲劳性质方面十分优异。
可以使用与用于第一和第二氟橡胶组合物的相同的交联方法。
本发明的另一方面是一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物含有氟橡胶(A1)、氟橡胶(A2)和炭黑(B),其中氟橡胶(A1)为其主链两端均具有碘原子的聚合物,并且氟橡胶(A2)为其主链仅一端具有碘原子的聚合物。由于该结构,本发明的第四氟橡胶组合物能够提供高温时的拉伸性质和拉伸疲劳性质优异的交联制品。
本发明的第四氟橡胶组合物可以含有与用于本发明的第二氟橡胶组合物的相同量的相同添加剂。
此外,本发明的第四氟橡胶组合物可以通过与用于制造本发明的第二氟橡胶组合物的相同的方法来制造。
通过使本发明的第四氟橡胶组合物交联,能够获得交联氟橡胶制品。通过使第四氟橡胶制品交联而获得的交联氟橡胶制品在高温时的拉伸性质和拉伸疲劳性质方面十分优异。
可以使用与用于第一和第二氟橡胶组合物的相同的交联方法。
上述交联氟橡胶组合物和交联氟橡胶制品可用于许多应用,但可特别有利地用于下述各种应用。
(1)软管
软管可以是具有单层结构的软管,所述单层结构仅包含通过交联本发明的氟橡胶组合物而获得的交联氟橡胶制品,但也可以是具有还含有其他层的多层结构的多层软管。
具有单层结构的软管的实例包括排气软管、EGR软管、涡轮增压器软管、燃料软管、制动软管和油软管。
具有多层结构的软管的实例也包括排气软管、EGR软管、涡轮增压器软管、燃料软管、制动软管和油软管。
涡轮增压器***通常安装在柴油机中,并且是下述***:发动机的废气通过所述***引起涡轮旋转,从而驱动连接于涡轮的压缩机,提高供给至发动机的空气的压缩率并提高发动机的功率输出。这种涡轮增压器***利用发动机废气并实现高功率输出,使得发动机尺寸减小、燃料消耗低和废气得到净化。
涡轮增压器软管用于涡轮增压器***中,作为用于将压缩空气供给至发动机的软管。为有效地利用局促的发动机舱中的空间,具有优异的韧性和柔性的橡胶软管是有用的,并且通常使用具有多层结构的软管,其中使用具有优异的耐热老化性和耐油性的橡胶(特别是氟橡胶)层作为内层,并且使用聚硅氧烷橡胶或芳香族橡胶作为外层。但是,发动机周围的空间,如发动机舱,承受高温并处于发生振动的恶劣环境中,这意味着必须使用不仅表现出优异的耐热老化性而且表现出优异的高温机械性质的软管。
通过使用交联氟橡胶层作为单层结构或多层结构中的橡胶层,可以提供能够轻易满足这些所需性质并表现出优异的性质的涡轮增压器软管,所述交联氟橡胶层是通过交联本发明的氟橡胶组合物而获得的。
在涡轮增压器软管以外的具有多层结构的软管中,包含其他材料的层的实例包括包含其他种类的橡胶的层、包含热塑性树脂的层、纤维增强层和金属箔层。
在特别需要耐化学性和软度的情形中,其他种类的橡胶优选为选自由丙烯腈-丁二烯橡胶或其氢化产物、通过将丙烯腈-丁二烯橡胶与聚氯乙烯共混而获得的共混橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶、EPDM和丙烯酸类橡胶组成的组中的至少一种橡胶,且更优选为选自由丙烯腈-丁二烯橡胶或其氢化产物、通过共混丙烯腈-丁二烯橡胶和聚氯乙烯获得的共混橡胶、氟橡胶和表氯醇橡胶组成的组中的至少一种橡胶。
另外,热塑性树脂优选为选自由氟橡胶、聚酰胺类树脂、聚烯烃类树脂、聚酯类树脂、聚乙烯醇类树脂、聚氯乙烯类树脂和聚苯硫醚类树脂组成的组中的至少一种热塑性树脂,且更优选为选自由氟树脂、聚酰胺类树脂、聚乙烯醇类树脂和聚苯硫醚类树脂组成的组中的至少一种热塑性树脂。
另外,当制造具有多层结构的软管时,如果需要,可以进行表面处理。该表面处理不受特别限制,只要表面处理能实现粘附即可,并且可以是例如放电处理(如等离子体放电处理或电晕放电处理),或湿式金属钠/萘处理。另外,底涂处理也被优选作为表面处理。底涂处理可以利用常规方法进行。当进行底涂处理时,可以对尚未进行表面处理的氟橡胶的表面进行处理,但更有效的是在进行等离子体放电处理、电晕放电处理或使用金属钠/萘的处理之后进行底涂处理。
包含通过使本发明的氟橡胶组合物交联获得的交联氟橡胶层的软管特别需要具有优异的室温韧性,以便容易使软管附着于金属管。如果其中具有明显的变形,则软管能够在高温破裂。对于软管而言,下述氟橡胶组合物是适合使用的,所述氟橡胶组合物提供不仅表现出耐热性而且表现出优异的高温拉伸性质和耐拉伸性质的交联制品,所述氟橡胶组合物例如为本发明的氟橡胶组合物。这种氟橡胶组合物可以防止裂纹产生和裂纹生长。
其中氟橡胶组合物包含相对于100质量份氟橡胶(A)为5质量份~20质量份炭黑(B)的本发明的软管在室温韧性(低硬度)、抗裂纹性和抗裂纹生长性方面十分优异。
上述软管可以有利地用于如下所述的领域。
上述软管可用于下述装置用软管:暴露于高温环境的CVD装置、干式蚀刻装置、湿式蚀刻装置、氧化扩散装置、溅射装置、灰化装置、洗涤装置、离子注入装置、排放装置,和半导体制造相关领域中的同类装置,如半导体制造装置、液晶面板制造装置、等离子体面板制造装置、等离子体寻址液晶面板、场发射显示面板和太阳能电池基板。
在汽车领域,上述软管除可用于涡轮增压器软管之外,还可用于发动机和自动变速箱的***设备,并可用作EGR软管、排气软管、燃料软管、油软管和制动软管。
另外,上述软管也可以用于如航空、火箭、轮船、化工厂、分析/科学仪器、食品加工厂设备和原子能发电厂设备等领域中。
(2)密封材料
用于石油钻探装置的密封材料可能因深井中压力突然释放所导致的快速气体减压而断裂。此外,这种密封材料在高温使用,或者在暴露于如硫化氢等气体的同时使用。在石油或天然气工业中,高温和高压得到越来越多的使用。因此,包含可通过使本发明的氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层的密封材料,除耐快速气体减压性之外,还特别需要具有优异的耐热性和耐化学性。在高温拉伸性质(拉伸断裂强度和拉伸断裂伸长率)和耐拉伸性质方面十分优异的交联制品具有高耐气体减压性,并能够防止对于密封的破坏(例如,断裂、破裂)。在高温拉伸性质(拉伸断裂强度和拉伸断裂伸长率)和耐拉伸性质方面十分优异的交联制品具有高耐气体减压性,并能够防止对于密封的破坏(例如,断裂、破裂)。
其中氟橡胶组合物包含相对于100质量份氟橡胶(A)为10质量份~60质量份炭黑(B)的本发明的密封材料在耐热性、耐化学性和耐高温高压下的快速气体减压性方面十分优异。
当用作密封材料时,上述交联氟橡胶制品可以有利地用于如以下所述的领域中。
例如,上述交联氟橡胶制品可用于汽车发动机的发动机体、主驱动***、阀***、润滑/冷却***、燃料***、吸气/排气***中的密封材料,如密封圈和接触或非接触式填密件材料,其需要耐热性、耐油性、耐燃油性、用于发动机冷却的耐防冻性和耐蒸汽性;驱动***的传动***;底盘转向***;制动***;电气设备的基本电气组件、控制***的电气组件、配件的电气组件等(自密封填密件、活塞环、开口环型填密件、机械密封件和油密封件等)。
用于汽车发动机的发动机体中的密封材料不受特别限制,不过可以是例如下述密封材料,如气缸盖垫圈、汽缸盖罩垫圈、油底壳填密件、普通垫圈、O型环、填密件和正时皮带护罩垫圈。
用于汽车发动机主驱动***的密封材料不受特别限制,不过可以是例如曲轴密封件或凸轮密封件。
用于汽车发动机的阀***中的密封材料不受特别限制,不过可以是例如发动机阀用阀***油封件和蝴蝶阀用阀座。
用于汽车发动机润滑/冷却***的密封材料不受特别限制,不过可以是例如发动机油冷却器用密封垫圈。
用于汽车发动机燃料***的密封材料不受特别限制,不过可以是例如燃料泵用油封件、燃料罐用填料密封件和罐填密件等,燃料管用连接器O型环等,燃料注入***用注入器震荡环、注入器密封环和注入器O型环等,汽化器用法兰垫圈等,EGR密封材料,等等。
用于汽车发动机吸气/排气***的密封材料不受特别限制,不过可以是例如吸入歧管填密件、排出歧管填密件、节流阀体填密件和涡轮增压器涡轮轴填密件。
用于汽车发动机传动***的密封材料不受特别限制,不过可以是例如传动相关轴承密封件、油密封件、O型环和填密件等,和自动变速***用O型环和填密件。
用于汽车制动***中的密封材料不受特别限制,但可以是例如油密封件、O型环和填密件等、主汽缸用活塞皮碗(橡胶皮碗)等、卡钳密封件和保护罩(boot)等。
用于汽车电气组件中的密封材料不受特别限制,不过可以是例如车辆空调***用O型环和填密件。
密封材料特别适合作为传感器(衬套)用密封材料,特别是氧传感器用密封材料、氧化氮传感器用密封材料和氧化硫传感器用密封材料。O型环也可以是方形环。
汽车领域以外的其他领域的应用不受特别限制,密封材料可以广泛地用于下述领域,例如航空、火箭、轮船、油井钻探(例如,封隔器密封件、MWD密封件和LWD密封件等)、化工厂、制药应用、摄影应用(如显影剂)、打印应用(如打印设备)、涂布应用(如涂布设备)、分析/科学仪器、食品加工厂设备、原子能厂设备、与铁和钢相关的应用(如铁板加工设备)、一般性工业应用、电气应用、燃料电池、电子组件和成型应用(如现场施工的模具)。
例如,密封材料可以是运输相关领域(如船运或航运)中的耐油、耐化学品、耐热、耐蒸汽或耐候性填密件、O型环或其他密封材料;油井钻探领域中类似的填密件、O型环或密封材料;化工厂领域中类似的填密件、O型环或密封材料;食品加工厂设备和食品加工设备(包括家用设备)领域中类似的填密件、O型环或密封材料;原子能厂设备领域中类似的填密件、O型环或密封材料;和一般工业设备领域中相似的填密件、O型环或密封材料。
(3)带
在如高温条件和化学品(石油)气氛中等严苛条件下,包含可通过使本发明的氟橡胶组合物交联获得的交联氟橡胶层的带和带材料特别需要具有耐热性和耐化学性。另外,由于在围绕滑轮经过时带和带材料受到反复的拉伸力和压缩力,因此也需要高温下的反复的拉伸性质和反复的压缩性质。此外,一些带起皱,或者其上具有水平的横档。这种复杂形状可能在从模具中取出时造成带劈裂。对于带和带材料而言,下述氟橡胶组合物是适合使用的,所述氟橡胶组合物提供不仅表现出耐热性而且表现出优异的高温拉伸性质和耐拉伸性质的交联制品,所述氟橡胶组合物例如为本发明的氟橡胶组合物。
其中氟橡胶组合物包含相对于100质量份氟橡胶(A)为5质量份~60质量份炭黑(B)的本发明的带和带材料在耐热性、耐化学性和耐高温下的反复拉伸性和反复压缩性方面十分优异。
上述交联氟橡胶制品可以有利地用于带中,所述带例如为如下所述的带。
可以将本发明的氟橡胶组合物用于传动带(包括平带、V形带、V形多楔带和齿形带等)或传送带用带材料。另外,上述交联氟橡胶制品可用于下述装置用带材料:暴露于高温环境的CVD装置、干式蚀刻装置、湿式蚀刻装置、氧化扩散装置、溅射装置、灰化装置、洗涤装置、离子注入装置、排放装置,和半导体制造相关领域中的同类装置,如半导体制造装置、液晶面板制造装置、等离子体面板制造装置、等离子体寻址液晶面板、场发射显示面板和太阳能电池基板。
平带的实例包括用于高温地点(如农业设备、机床和工业设备等中发动机周围)的平带。传送带的实例包括下述传送带:用于在高温环境中输送如煤、碎石、砂子、矿石和木屑等松散材料或粒状材料的传送带;用于炼铁厂等中的炉的传送带;和用于下述应用的传送带,其中发生对高温环境的暴露,如精密仪器组装厂和食品加工厂等。V形带和V形多楔带的实例包括用于农业设备、一般设备(办公自动化设备、打印设备和工业干燥机等)和汽车应用的V形带和V形多楔带。齿形皮带的实例包括用于运货机器人用驱动带和食品加工设备和机床等用驱动带的齿形带,和用于汽车应用、办公自动化设备、医疗应用和打印设备等的齿形带。特别是,同步带(timing belt)是汽车齿形带的实例。
此外,在具有多层结构的带材料中,包含其他材料的层的实例包括包含其他种类的橡胶的层、包含热塑性树脂的层、纤维增强层、帆布和金属箔层。
在特别需要耐化学性和软度的情形中,其他种类的橡胶优选为选自由丙烯腈-丁二烯橡胶及其氢化产物、通过将丙烯腈-丁二烯橡胶与聚氯乙烯共混而获得的共混橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶、EPDM和丙烯酸类橡胶组成的组中的至少一种橡胶,且更优选为选自由丙烯腈-丁二烯橡胶及其氢化产物、通过共混丙烯腈-丁二烯橡胶和聚氯乙烯获得的共混橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶组成的组中的至少一种橡胶。
另外,热塑性树脂优选为选自由氟橡胶、聚酰胺类树脂、聚烯烃类树脂、聚酯类树脂、聚乙烯醇类树脂、聚氯乙烯类树脂和聚苯硫醚类树脂组成的组中的至少一种热塑性树脂,且更优选为选自由氟树脂、聚酰胺类树脂、聚乙烯醇类树脂和聚苯硫醚类树脂组成的组中的至少一种热塑性树脂。
另外,当制造具有多层结构的带材料时,如果需要,可以进行表面处理。该表面处理不受特别限制,只要表面处理能实现粘附即可,并且可以是例如放电处理(如等离子体放电处理或电晕放电处理),或湿式金属钠/萘处理。另外,底涂处理也被优选作为表面处理。底涂处理可以利用常规方法进行。当进行底涂处理时,可以对尚未进行表面处理的氟橡胶的表面进行处理,但更有效的是在进行等离子体放电处理、电晕放电处理或使用金属钠/萘的处理之后进行底涂处理。
(4)橡胶隔振体
通过使用上述交联氟橡胶制品作为橡胶隔振体中的单层或多层橡胶层,可以提供汽车橡胶隔振体,所述隔振体可以容易地满足橡胶隔振体所需的性质并表现出优异的性质。
在汽车橡胶隔振体以外的多层橡胶隔振体中,包含其他材料的层的实例包括包含其他种类的橡胶的层、包含热塑性树脂的层、纤维增强层和金属箔层。
在特别需要耐化学性和软度的情形中,其他种类的橡胶优选为选自由丙烯腈-丁二烯橡胶或其氢化产物、通过将丙烯腈-丁二烯橡胶与聚氯乙烯共混而获得的共混橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶、EPDM和丙烯酸类橡胶组成的组中的至少一种橡胶,且更优选为选自由丙烯腈-丁二烯橡胶及其氢化产物、通过共混丙烯腈-丁二烯橡胶和聚氯乙烯获得的共混橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶组成的组中的至少一种橡胶。
另外,热塑性树脂优选为选自由氟橡胶、聚酰胺类树脂、聚烯烃类树脂、聚酯类树脂、聚乙烯醇类树脂、聚氯乙烯类树脂和聚苯硫醚类树脂组成的组中的至少一种热塑性树脂,且更优选为选自由氟树脂、聚酰胺类树脂、聚乙烯醇类树脂和聚苯硫醚类树脂组成的组中的至少一种热塑性树脂。
另外,当制造具有多层结构的橡胶隔振体时,如果需要,可以进行表面处理。该表面处理不受特别限制,只要表面处理能实现粘附即可,并且可以是例如放电处理(如等离子体放电处理或电晕放电处理),或湿式金属钠/萘处理。另外,底涂处理也被优选作为表面处理。底涂处理可以利用常规方法进行。当进行底涂处理时,可以对尚未进行表面处理的氟橡胶的表面进行处理,但更有效的是在进行等离子体放电处理、电晕放电处理或使用金属钠/萘的处理之后进行底涂处理。
(5)隔板
包含可通过使本发明的氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层的隔板(diaphragm)特别需要具有对高温环境中反复弯曲的耐受性。对于隔板而言,下述氟橡胶组合物是适合使用的,所述氟橡胶组合物提供不仅表现出耐热性而且表现出优异的高温拉伸性质和耐拉伸性质的交联制品,所述氟橡胶组合物例如为本发明的氟橡胶组合物。
其中氟橡胶组合物包含相对于100质量份氟橡胶(A)为5质量份~30质量份炭黑(B)的本发明的隔板在耐热性、耐化学性和对室温以及高温下的反复弯曲的耐受性方面十分优异。
上述交联氟橡胶制品可以有利地用于隔板中,所述隔板例如为如下所述的隔板。
在汽车发动机应用中,例如,上述交联氟橡胶制品可以用作需要耐热性、耐氧化性、耐燃料性和低透气性等的燃料***、排气***、制动***、驱动***或点火***用隔板。
用于汽车发动机燃料***的隔板的实例包括燃料泵用隔板、汽化器用隔板、压力调节器用隔板、脉动阻尼器用隔板、ORVR隔板、滤毒罐用隔板和自动燃料旋塞用隔板。
用于汽车发动机排气***的隔板的实例包括排废门用隔板、传动器用隔板和EGR隔板。
用于汽车发动机制动***的隔板的实例包括空气制动器用隔板。
用于汽车发动机驱动***的隔板的实例包括油压隔板。
用于汽车发动机点火***的隔板的实例包括分配器用隔板。
汽车发动机以外的应用的实例包括普通泵用隔板、阀用隔板、压滤机用隔板、吹风机用隔板、空调设备用隔板、控制设备用隔板、供水***用隔板、用于提供热水的泵中所用的隔板、高温蒸汽用隔板、半导体制造用隔板(例如,用于输送制造工序中所用化学品的隔板)、食品加工设备用隔板、储液罐用隔板、压力开关用隔板、用于石油勘探/油井钻探的隔板(例如,用于对油井钻头提供润滑油的隔板等)、如燃气即时热水器和燃气表等燃气器具用隔板、蓄电池用隔板、悬架空气弹簧等用隔板、船用螺旋进料器用隔板和人工心脏用隔板,对于这些隔板需要耐热性、耐油性、耐化学性、耐蒸汽性和低透气性。
(6)中空橡胶成型制品
上述交联氟橡胶制品也可以有利地用于中空橡胶成型制品。
上述中空橡胶成型制品的实例包括胶囊、具有风箱状结构的成型制品和油泡。
(6-1)胶囊
上述交联氟橡胶制品可以有利地用于轮胎硫化工序或成型工序中所使用的胶囊(bladder)(用于轮胎制造的胶囊)。
在轮胎制造工序中,所使用的胶囊的种类通常分为两类,即,在组装轮胎的不同构成部分之后成型绿色轮胎(未硫化轮胎)时使用的轮胎成型胶囊,和用于在硫化过程中赋予最终轮胎产品形状的轮胎硫化胶囊。
上述交联氟橡胶制品可以用于轮胎成型胶囊和轮胎硫化胶囊,但优选用于轮胎硫化胶囊,所述轮胎硫化胶囊在热条件下反复使用并且需要优异的耐热性和高温拉伸性质。
(6-2)具有风箱状结构的成型制品
风箱状结构是例如在圆筒的圆周方向具有凸部和/或凹部的结构,并且凸部和凹部的形状可以是弯曲的波浪状形状或三角波浪形状。
具有风箱状结构的成型制品的具体实例包括柔性接头和膨胀接头等接头、保护罩(boot)和索环。
接头部件是用于管道和管路设备的接头,并用于下述应用中,所述应用例如为防止管路***振动和发出噪音、吸收温度或压力波动所导致的膨胀/收缩或移动、吸收尺寸波动,和纾缓及防止地震和地面塌陷的作用。
柔性接头和膨胀接头可以有利地作为具有复杂性状的成型制品用于例如造船用管路、泵用管路和压缩机等,化工厂用管路、电气管路、土木工程/水用管路和汽车管路。
保护罩可以有利地用作许多行业中使用的保护罩,例如汽车保护罩,如恒速接头保护罩、防尘罩、齿轮齿条式保护罩、销保护罩和活塞保护罩、农业设备用保护罩、工业车辆用保护罩、建筑设备用保护罩、液压设备用保护罩、气动设备用保护罩、集中润滑设备用保护罩、输送液体用保护罩、消防设备用保护罩和输送各种液化气用保护罩。
(6-3)油泡
油泡(primer bulb)是用于向汽化器(汽化器中的浮子室)供应燃料以使发动机能够容易地启动的泵。油泡具有在圆筒的圆周方向上的单一凸部,并且凸部的形状为弯曲的波浪状形状。油泡的形状为例如图2所示的形状,并且油泡21通常设置在排放侧(发动机侧)软管23与进口侧(燃料箱侧)软管24之间。
上述油泡的实例包括用于车辆、轮船、航空器、建筑设备、农业设备和矿山设备的油泡。例如,上述油泡作为船用油泡特别有用。
(7)氟橡胶涂布材料组合物
通过根据本发明的制造方法获得的氟橡胶组合物也可以用作氟橡胶涂布材料组合物。由上述氟橡胶涂布材料组合物获得的涂膜表现出优异的高温拉伸性质,因此在高温条件下倾向于不断裂。
上述氟橡胶涂布材料组合物优选为本发明的氟橡胶组合物溶解或分散在液体介质中的氟橡胶涂布材料组合物。
上述氟橡胶涂布材料组合物可以通过溶解或分散氟橡胶组合物来制备,所述氟橡胶组合物通过例如利用上述方法将构成氟橡胶组合物的组分混入如酮、酯或醚等液体介质中而获得。
上述氟橡胶涂布材料组合物可以直接涂布在包含金属、玻璃、树脂和橡胶等的基板上,或者在由环氧涂布材料等在基板上形成底涂层之后涂布在基板上。此外,可以在由上述氟橡胶涂布材料组合物获得的涂膜上形成另一涂膜(顶涂层)。
由上述氟橡胶涂布材料组合物获得的涂膜可以用于例如片或带;圆筒形部件用密封剂;预涂金属;橡胶皮碗、O型环、隔板、耐化学管、化学塞、燃料软管、阀密封件、化工厂垫片或发动机垫片;如复印机、打印机或传真机等办公自动化设备用辊(例如,定影辊或接触粘合辊)和传送带等。上述发动机垫片可以是例如汽车发动机用头垫片等。
(8)线缆涂布材料
通过根据本发明的制造方法获得的氟橡胶组合物也有可以有利地用于线缆或片材用绝缘涂布材料,所述绝缘涂布材料在线缆的绝缘层外周上形成需要具有耐热性和柔性(韧性)的鞘层,并且可以提供具有优异的高温韧性的涂膜。
上述绝缘涂布材料或鞘材料可以是用于汽车、航空器或军用车辆等中特别需要具有耐热性的耐热线缆的绝缘涂布材料或鞘材料。其中,上述绝缘涂布材料或鞘材料适合作为用于经涂布的线缆的绝缘涂布材料或片材,所述经涂布的线缆用于线缆与内燃机的变速箱油或发动机油或者车辆的内部自动变速***或发动机油盘进行接触的环境中。
(9)耐生物柴油燃料部件(耐BDF部件)
上述交联氟橡胶制品也可以有利地用于与来自生物来源的柴油燃料,即生物柴油燃料(BDF)进行接触的部件。生物柴油燃料包括通过加工和/或精制生物质原料获得的柴油机用燃料。
在上述交联氟橡胶制品用于耐BDF部件的情形中,如果上述交联氟橡胶制品含有酸受体,则酸受体与BDF反应,由此使交联氟橡胶制品胀大并增加劣化相关的问题,因此上述交联氟橡胶制品优选在此情形中不含酸受体。换言之,在由本发明的氟橡胶组合物获得的交联制品被用于耐BDF部件时,优选的是不将酸受体混合在氟橡胶组合物中。
上述耐生物柴油部件可用于发生与BDF接触的多种应用中,例如,膜、片、如车辆燃料软管和加油器软管等软管、加油站用地下管、如车辆燃料箱等瓶、容器、罐、如隔板等汽车密封件、填密件、汽化器用法兰垫圈和燃料泵用O型环,以及如液压设备用密封件等多种机械密封件。
其中,上述耐生物柴油燃料部件优选为软管或密封材料,且更优选为软管。
实施例
下面将通过利用实施例来说明本发明,但本发明不仅限于这些实施例。
本发明中采用的测量各种物理性质的方法如下。
(1)剪切模量(G')
动态应变为1%时的剪切模量(G'(1%))与动态应变为100%时的剪切模量(G'(100%))之差δG’(G'(1%)-G'(100%))的测量方法
使用橡胶加工分析仪(RPA 2000,由Alpha Technologies制造)在100℃和1Hz的条件下测量动态粘弹性。
(2)门尼粘度(ML1+10(100℃))
门尼粘度根据JIS K6300测量。测量温度为100℃。
(3)聚合物端基总摩尔数中的碘含量的测量方法
将聚合物(氟橡胶,约250mg)溶解在d6-丙酮(1mL)中,并在室温对所获得的混合物进行1H-NMR和19F-NMR分析。
所使用的NMR装置为VARIAN VNS 400。
基于源于的d6-丙酮的峰被取作2.05ppm来计算峰位移。
聚合物端基A:ICH2CF2-(1H-NMR:3.8~4.0ppm,2H,多重峰)
聚合物端基B:ICF2CH2-(19F-NMR:-38ppm,2F)
聚合物端基C:ICF2CH2-(19F-NMR:-60ppm,2F)
聚合物端基D:HCF2-(1H-NMR:6.0~6.8ppm,1H,多重峰)
聚合物端基E:CH3CF2-(1H-NMR:1.78ppm,3H,三重峰,J=19.2Hz)
聚合物端基F:HOCH2CF2-(1H-NMR:3.77ppm,2H,三重峰,J=13.4Hz),
聚合物端基G:(CF3)2CF-(19F-NMR:-78ppm,6F)
聚合物端基H:CF3CF2-(19F-NMR:-80ppm,3F)
如果聚合物端基的峰如上确定,则由φA、φB、φC、φD、φE、φF、φG或φH表示的聚合物端基各自与VdF单体的比例(摩尔%)通过下式计算:
其中X表示聚合物端基A、B、C、D、E、F、G或H;φX为聚合物端基X与VdF单体的比例;SX为源自聚合物端基X的峰的积分值;nX1H-NMR或19F-NMR中归属于聚合物端基峰的氢原子或氟原子数;并且SVdF为源自VdF单体的峰的积分值之和。
含碘聚合物端基与所有聚合物端基的比例(摩尔%)由下式计算:
(4)拉伸疲劳试验
根据JIS-K 6270并利用6号哑铃,在60mm的变形、2Hz的频率、150℃的温度和50mm的夹头间距下施加反复的拉伸应变,并对哑铃断裂时循环的次数进行计数。进行该测量至多10,000次。
(5)拉伸断裂强度和拉伸断裂伸长率
所用试验设备为由A&D制造的“Tensilon”RTG-1310和由Toyo Seiki Seisaku-sho制造的“Strograph”TH-200D。利用6号哑铃、50mm的夹头间距和500mm/分钟的应力速率,根据JIS-K 6251测量拉伸断裂强度和拉伸断裂伸长率。测量温度为25℃和160℃。
实施例中使用以下氟橡胶、炭黑、交联剂、交联促进剂、加工助剂和酸受体。
(炭黑1)
ISAF(N2SA=119m2/g,DBP油吸收值=114ml/100g)。“Seast6”(商品名),由Tokai Carbon制造。
(炭黑2)
ISAF(N2SA=79m2/g,DBP油吸收值=101ml/100g)。“Seast3”(商品名),由Tokai Carbon制造。
(交联剂)
2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷。“Perhexa 25B”(商品名),由NOF Corporation制造
(交联促进剂)
异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)。“TAIC”(商品名),由Nippon Kasei Chemical Co.,Ltd.制造
(加工助剂)
硬脂胺(Farmin 86T)(由Kao Corporation制造)
硬脂酸(由Kanto Kagaku制造)
(酸受体)
氧化锌(A级)(由Sakai Chemical Industry Co.,Ltd.制造)
(氟橡胶a1)
将44L纯水、8.8g 50%CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4水溶液和176g 50%F(CF2)5COONH4水溶液置入82L不锈钢高压釜中,然后用氮气彻底吹扫该高压釜。在以230rpm搅拌的同时将温度升至80℃以后,在压力下供给单体以使得罐内初始单体组成为VdF/TFE/HFP=19/11/70(摩尔比)并且压力为1.52MPa。接下来,在氮气压力下供给通过将1.0g过硫酸铵(APS)溶解在220mL纯水中获得的聚合引发剂溶液,由此开始反应。在内部压力因聚合进行而下降至1.42MPa时,在压力下供给作为附加单体混合物的包含VdF/TFE/HFP(52/17/31,摩尔比)的附加单体混合物,直至内部压力达到1.52MPa。此时,在压力下供给37g二碘化合物I(CF2)4I。在反复增加和降低压力的同时,利用氮气每隔3小时在氮气压力下供给通过将1.0g APS溶解在220mL纯水中获得的水溶液,由此使聚合反应继续。在已添加14,000g单体混合物时,排放未反应的单体,冷却高压釜,获得固体成分浓度为22.5质量%的氟橡胶分散体。所获得的氟橡胶在其两端均具有碘原子。通过NMR分析研究该氟橡胶的共聚物组成,发现具有的VdF/TFE/HFP之比为51/20/29(摩尔比),并且门尼粘度(ML1+10(100℃))为88。将该氟橡胶用作氟橡胶a1。
(氟橡胶a2)
将1.7L纯水、0.17g 50%CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4水溶液和6.8g 50%F(CF2)5COONH4水溶液置入3L不锈钢高压釜中,然后用氮气彻底吹扫该高压釜。在以600rpm搅拌的同时将温度升至80℃以后,在压力下供给单体使得罐内初始单体组成为VdF/HFP/TFE=47/42/11(摩尔比)并且压力为1.52MPa。接下来,在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的聚合引发剂溶液,由此开始反应。在内部压力因聚合进行而下降至1.42MPa时,在压力下供给作为附加单体混合物的包含VdF/HFP/TFE(72/16/12,摩尔比)的附加单体混合物,直至内部压力达到1.52MPa。此时,在压力下供给1.95g二碘化合物I(CF2)4I。在反复增加和降低压力的同时,利用氮气每隔3小时在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的水溶液,由此使聚合反应继续。在已添加600g单体混合物时,排放未反应的单体,冷却高压釜,获得2350g固体成分浓度为26.5质量%的氟橡胶分散体。聚合时间为6.4小时。通过NMR分析研究该氟橡胶的共聚物组成,发现具有的VdF/HFP/TFE之比为72/16/12(摩尔比),并且门尼粘度(ML1+10(100℃))为56。将该氟橡胶用作氟橡胶a2。
(氟橡胶a3)
将1.7L纯水、0.17g 50%CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4水溶液和6.8g 50%F(CF2)5COONH4水溶液置入3L不锈钢高压釜中,然后用氮气彻底吹扫该高压釜。在以600rpm搅拌的同时将温度升至80℃以后,在压力下供给单体,使得罐内初始单体组成为VdF/HFP/TFE=59/35/6(摩尔比),并且压力为1.52MPa。接下来,在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的聚合引发剂溶液,由此开始反应。在内部压力因聚合进行而下降至1.42MPa时,在压力下供给作为附加单体混合物的包含VdF/HFP/TFE(72/21/7,摩尔比)的附加单体混合物,直至内部压力达到1.52MPa。此时,在压力下供给1.95g二碘化合物I(CF2)4I。在反复增加和降低压力的同时,利用氮气每隔3小时在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的水溶液,由此使聚合反应继续。在已添加600g单体混合物时,排放未反应的单体,冷却高压釜,获得2313g固体成分浓度为26.3质量%的氟橡胶分散体。聚合时间为6.5小时。通过NMR分析研究该氟橡胶的共聚物组成,发现具有的VdF/HFP/TFE之比为72/21/7(摩尔比),并且门尼粘度(ML1+10(100℃))为61。将该氟橡胶用作氟橡胶a3。
(氟橡胶a4)
将1.7L纯水、0.17g 50%CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4水溶液和6.8g 50%F(CF2)5COONH4水溶液置入3L不锈钢高压釜中,然后用氮气彻底吹扫该高压釜。在以600rpm搅拌的同时将温度升至80℃以后,在压力下供给单体,使得罐内初始单体组成为VdF/HFP=45/55(摩尔比),并且压力为1.52MPa。接下来,在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的聚合引发剂溶液,由此开始反应。在内部压力因聚合进行而下降至1.42MPa时,在压力下供给作为附加单体混合物的包含VdF/HFP(77/23,摩尔比)的附加单体混合物,直至内部压力达到1.52MPa。此时,在压力下供给1.96g二碘化合物I(CF2)4I。在反复增加和降低压力的同时,利用氮气每隔3小时在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的水溶液,由此使聚合反应继续。在已添加600g单体混合物时,排放未反应的单体,冷却高压釜,获得2312g固体成分浓度为26.1质量%的氟橡胶分散体。聚合时间为7.3小时。通过NMR分析研究该氟橡胶的共聚物组成,发现具有的VdF/HFP之比为77/23(摩尔比),并且门尼粘度(ML1+10(100℃))为87。将该氟橡胶用作氟橡胶a4。
(氟橡胶a5)
将1.7L纯水、0.17g 50%CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4水溶液和6.8g 50%F(CF2)5COONH4水溶液置入3L不锈钢高压釜中,然后用氮气彻底吹扫该高压釜。在以600rpm搅拌的同时将温度升至80℃以后,在压力下供给单体,使得罐内初始单体组成为VdF/HFP=34/66(摩尔比),并且压力为1.52MPa。接下来,在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的聚合引发剂溶液,由此开始反应。在内部压力因聚合进行而下降至1.42MPa时,在压力下供给作为附加单体混合物的包含VdF/HFP(68/32,摩尔比)的附加单体混合物,直至内部压力达到1.52MPa。此时,在压力下供给1.96g二碘化合物I(CF2)4I。在反复增加和降低压力的同时,利用氮气每隔3小时在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的水溶液,由此使聚合反应继续。在已添加600g单体混合物时,排放未反应的单体,冷却高压釜,获得2357g固体成分浓度为26.3质量%的氟橡胶分散体。聚合时间为7.9小时。通过NMR分析研究该氟橡胶的共聚物组成,发现具有的VdF/HFP之比为68/32(摩尔比),并且门尼粘度(ML1+10(100℃))为69。将该氟橡胶用作氟橡胶a5。
(氟橡胶b1)
将1.7L纯水、0.17g 50%CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4水溶液和6.8g 50%F(CF2)5COONH4水溶液置入3L不锈钢高压釜中,然后用氮气彻底吹扫该高压釜。在以600rpm搅拌的同时将温度升至80℃以后,在压力下供给单体,使得罐内初始单体组成为VdF/TFE/HFP=19/11/70(摩尔比),并且压力为1.52MPa。接下来,在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的聚合引发剂溶液,由此开始反应。在内部压力因聚合进行而下降至1.42MPa时,在压力下供给作为附加单体的包含VdF/TFE/HFP(52/17/31,摩尔比)的单体混合物,直至内部压力达到1.52MPa。此时,在压力下供给0.81g一碘化合物(CF3)2CFI。在反复增加和降低压力的同时,利用氮气每隔3小时在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的水溶液,由此使聚合反应继续。在已添加600g单体混合物时,排放未反应的单体,冷却高压釜,获得2322g固体成分浓度为26.1质量%的氟橡胶分散体。聚合时间为8.2小时。所获得的氟橡胶在一端具有碘原子。通过NMR分析研究该氟橡胶的共聚物组成,发现具有的VdF/TFE/HFP之比为51/20/29(摩尔比),并且门尼粘度(ML1+10(100℃))为103。将该氟橡胶用作氟橡胶b1。
(氟橡胶b2)
将1.7L纯水、0.17g 50%CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4水溶液和6.8g 50%F(CF2)5COONH4水溶液置入3L不锈钢高压釜中,然后用氮气彻底吹扫该高压釜。在以600rpm搅拌的同时将温度升至80℃以后,在压力下供给单体,使得罐内初始单体组成为VdF/HFP=50/50(摩尔比),并且压力为1.52MPa。接下来,在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的聚合引发剂溶液,由此开始反应。在内部压力因聚合进行而下降至1.42MPa时,在压力下供给作为附加单体的包含VdF/HFP(78/22,摩尔比)的单体混合物,直至内部压力达到1.52MPa。此时,在压力下供给2.52g一碘化合物(CF3)2CFI。在反复增加和降低压力的同时,利用氮气每隔3小时在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的水溶液,由此使聚合反应继续。在已添加600g单体混合物时,排放未反应的单体,冷却高压釜,获得2355g固体成分浓度为26.2质量%的氟橡胶分散体。聚合时间为8.7小时。所获得的氟橡胶在一端具有碘原子。通过NMR分析研究该氟橡胶的共聚物组成,发现具有的VdF/HFP之比为78/22(摩尔比),并且门尼粘度(ML1+10(100℃))为36。将该氟橡胶用作氟橡胶b2。
(氟橡胶b3)
将1.7L纯水、0.17g 50%CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COONH4水溶液和6.8g 50%F(CF2)5COONH4水溶液置入3L不锈钢高压釜中,然后用氮气彻底吹扫该高压釜。在以600rpm搅拌的同时将温度升至80℃以后,在压力下供给单体,使得罐内初始单体组成为VdF/HFP=50/50(摩尔比),并且压力为1.52MPa。接下来,在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的聚合引发剂溶液,由此开始反应。在内部压力因聚合进行而下降至1.42MPa时,在压力下供给作为附加单体的包含VdF/HFP(78/22,摩尔比)的单体混合物,直至内部压力达到1.52MPa。此时,在压力下供给1.27g一碘化合物(CF3)2CFI。在反复增加和降低压力的同时,利用氮气每隔3小时在氮气压力下供给通过将60mg APS溶解在5mL纯水中获得的水溶液,由此使聚合反应继续。在已添加600g单体混合物时,排放未反应的单体,冷却高压釜,获得2332g固体成分浓度为26.2质量%的氟橡胶分散体。聚合时间为7.3小时。所获得的氟橡胶在一端具有碘原子。通过NMR分析研究该氟橡胶的共聚物组成,发现具有的VdF/HFP之比为78/22(摩尔比),并且门尼粘度(ML1+10(100℃))为123。将该氟橡胶用作氟橡胶b3。
实施例1
使用混合机(MixLabo 0.5L,Moriyama Company Ltd.,转子直径:6.6cm,齿顶间隙:0.05cm)在前转子速度:60rpm和后转子速度:50rpm的混合条件下将氟橡胶(a1)(70质量份)和氟橡胶(b1)(30质量份)混合10分钟。从混合器中排放出来的混合产物的温度为150℃。将混合产物冷却至室温,由此获得氟橡胶(c1)。相对于聚合物端基总量的碘量通过1H-NMR和19F-NMR测量,为45摩尔%。
接下来,将20质量份炭黑1、0.5质量份硬脂胺和1.0质量份氧化锌与100质量份氟橡胶(c1)混合。从混合器中排放出来的混合产物的温度为165℃。使用调整为25℃的8英寸开放辊式混合机将该混合产物再次混合,以冷却至100℃以下的温度,然后排放。通过在25℃熟化所获得的经冷却和混合的产物24小时,获得氟橡胶初步化合物C1。剪切模量(G'(1%))与剪切模量(G'(100%))之差(G'(1%)-G'(100%))为731kPa。
使用8英寸开放辊式混合机(由Kansai Roll Co.,Ltd.制造),将1.0质量份交联剂、0.5质量份交联促进剂和0.5质量份硬脂胺与121.5质量份的氟橡胶初步化合物(C1)以25℃的辊温、21rpm的前辊速度、19rpm的后辊速度和0.1cm的辊间间隙混合15分钟,由此获得氟橡胶初步化合物(D1)。从开放辊式混合机中排放出来的混合产物的温度为71℃。
氟橡胶初步化合物(D1)通过在160℃挤压30分钟而交联,由此获得2mm厚的片状试样。试样(JIS6号哑铃)由这些片制备,并进行在25℃和160℃的拉伸断裂强度和拉伸断裂伸长率测量,和拉伸疲劳测试。结果显示在表1中。
参考例1
以与实施例1相似的方式获得氟橡胶初步化合物,不同之处在于使用100质量份氟橡胶(a1)。测量氟橡胶初步化合物的物理性质。结果显示在表1中。
实施例2
以与实施例1相似的方式获得氟橡胶初步化合物,不同之处在于,使用80质量份氟橡胶(a2)和20质量份氟橡胶(b2)。测量氟橡胶初步化合物的物理性质。结果显示在表1中。此外,相对于与实施例1相似的方式获得的氟橡胶(a2)和氟橡胶(b2)的混合物的聚合物端基总量的碘量通过1H-NMR和19F-NMR来测量,为42摩尔%。
实施例3
以与实施例1相似的方式获得氟橡胶初步化合物,不同之处在于,使用80质量份氟橡胶(a3)和20质量份氟橡胶(b2)。测量氟橡胶初步化合物的物理性质。结果显示在表1中。此外,相对于与实施例1相似的方式获得的氟橡胶(a3)和氟橡胶(b2)的混合物的聚合物端基总量的碘量通过1H-NMR和19F-NMR来测量,为40摩尔%。
实施例4
以与实施例1相似的方式获得氟橡胶初步化合物,不同之处在于,使用80质量份氟橡胶(a4)和20质量份氟橡胶(b2)。测量氟橡胶初步化合物的物理性质。结果显示在表1中。此外,相对于与实施例1相似的方式获得的氟橡胶(a4)和氟橡胶(b2)的混合物的聚合物端基总量的碘量通过1H-NMR和19F-NMR来测量,为32摩尔%。
实施例5
以与实施例1相似的方式获得氟橡胶初步化合物,不同之处在于,使用80质量份氟橡胶(a4)和20质量份氟橡胶(b2),并使用炭黑2代替炭黑1。测量氟橡胶初步化合物的物理性质。结果显示在表1中。此外,相对于与实施例1相似的方式获得的氟橡胶(a4)和氟橡胶(b2)的混合物的聚合物端基总量的碘量通过1H-NMR和19F-NMR来测量,为32摩尔%。
实施例6
以与实施例1相似的方式获得氟橡胶初步化合物,不同之处在于,使用80质量份氟橡胶(a4)和20质量份氟橡胶(b3)。测量氟橡胶初步化合物的物理性质。结果显示在表1中。此外,相对于与实施例1相似的方式获得的氟橡胶(a4)和氟橡胶(b3)的混合物的聚合物端基总量的碘量通过1H-NMR和19F-NMR来测量,为34摩尔%。
实施例7
以与实施例1相似的方式获得氟橡胶初步化合物,不同之处在于,使用80质量份氟橡胶(a5)和20质量份氟橡胶(b2)。测量氟橡胶初步化合物的物理性质。结果显示在表1中。此外,相对于与实施例1相似的方式获得的氟橡胶(a5)和氟橡胶(b2)的混合物的聚合物端基总量的碘量通过1H-NMR和19F-NMR来测量,为30摩尔%。
(附图标记列表)
10:开放辊
11:第一辊
12:第二辊
13:中间组合物
14:辊制后的组合物
21:油泡
22:凸部
23:排放侧(发动机侧)软管
24:吸入侧(油箱侧)软管

Claims (16)

1.一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物包含:
碘含量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%的氟橡胶(A);和
炭黑(B),
其中由G'(1%)-G'(100%)表示的差(δG')不低于120kPa且不高于3000kPa,
其中G'(1%)是指未交联状态下的动态应变为1%时的剪切模量,并且G'(100%)是指未交联状态下的动态应变为100%时的剪切模量,并且
G'(1%)和G'(100%)利用橡胶加工分析仪(RPA)在测量频率为1Hz和测量温度为100℃的条件下通过动态粘弹性测试而确定。
2.如权利要求1所述的氟橡胶组合物,
其中相对于100质量份所述氟橡胶(A),所述炭黑(B)的量为5质量份~65质量份。
3.一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物包含:
氟橡胶(A1);
氟橡胶(A2);和
炭黑(B),
其中所述氟橡胶(A1)是其主链两端均具有碘原子的聚合物;
氟橡胶(A2)是其主链仅一端具有碘原子的聚合物;并且
其中由G'(1%)-G'(100%)表示的差(δG')不低于120kPa且不高于3000kPa,
其中G'(1%)是指未交联状态下的动态应变为1%时的剪切模量,并且G'(100%)是指未交联状态下的动态应变为100%时的剪切模量,并且
G'(1%)和G'(100%)利用橡胶加工分析仪(RPA)在测量频率为1Hz和测量温度为100℃的条件下通过动态粘弹性测试而确定。
4.如权利要求3所述的氟橡胶组合物,
其中相对于所述氟橡胶(A1)和所述氟橡胶(A2)的100质量份总量,所述炭黑(B)的量为5质量份~65质量份。
5.如权利要求3或4所述的氟橡胶组合物,
其中所述氟橡胶(A1)/所述氟橡胶(A2)为95/5~50/50(w/w)。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的氟橡胶组合物,
其中所述炭黑(B)具有25m2/g~180m2/g的氮吸附比表面积(N2SA)和40ml/100g~180ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油值。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物还包含交联剂(C)。
8.一种交联氟橡胶制品,所述交联氟橡胶制品通过使权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的氟橡胶组合物交联而获得。
9.如权利要求8所述的交联氟橡胶制品,
其中所述交联氟橡胶制品用于轮胎制造用胶囊。
10.一种软管,所述软管包含通过使权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层。
11.一种密封材料,所述密封材料包含通过使权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层。
12.一种隔板,所述隔板包含通过使权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层。
13.一种带和带材料,所述带和带材料包含通过使权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的氟橡胶组合物交联而获得的交联氟橡胶层。
14.一种氟橡胶,所述氟橡胶的碘含量为聚合物端基总摩尔数的10摩尔%~90摩尔%。
15.一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物包含
如权利要求14所述的氟橡胶;和
炭黑(B)。
16.一种氟橡胶组合物,所述氟橡胶组合物包含:
氟橡胶(A1);
氟橡胶(A2);和
炭黑(B),
其中所述氟橡胶(A1)是其主链两端均具有碘原子的聚合物;并且
所述氟橡胶(A2)是其主链仅一端具有碘原子的聚合物。
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