TW202000747A - 低溫型氟彈性體組成物之製造方法 - Google Patents

Abstract

一種低溫型氟彈性體組成物之製造方法，係將低溫性質較優異之氟彈性體與現階段通用型氟彈性體於一輥輪混練設備進行共混、其進行薄通及軟化處理並使其包輥後，再投入滑劑，讓滑劑能夠與此共混膠混合，再加入適當添加劑及交聯助劑，並進行再一次混合後，再投入交聯劑，進行打厚出片之處理；最後，進行兩次的交聯處理，除了使製品初步定型之外，更能夠提高混練膠的交聯密度。

Description

低溫型氟彈性體組成物之製造方法

本發明是有關一種低溫型氟彈性體組成物之製造方法，特別是一種針對低溫環境下有較佳的綜合性質之氟彈性體組成物的製造方法。

氟橡膠是指主鏈或側鏈的碳原子上連接有氟原子的一種合成高分子彈性體。氟橡膠的特殊性能是由於其分子中含有氟原子的結構特點所決定的，但正是由於這種結構，也給氟橡膠帶來了不足之處，如彈性差，低溫性能欠佳等等。氟橡膠的耐低溫性能與其分子結構有關。

通常主鏈上含有雙鍵和醚鍵結構的橡膠其耐低溫性能良好，而主鏈上不含雙鍵結構，側鏈上含有極性基團的橡膠的耐低溫性能最差，氟橡膠正屬於這一種分子結構，所以其低溫性能較差。

若要想徹底改善氟橡膠的耐低溫性能，就只有利用改變其分子結構。例如在其分子結構中加入全氟甲基乙烯基醚等含有醚鍵的基團，使其分子在低溫下保持一定的柔順性，進而提高它的耐低溫性能。

但由於全氟醚氟橡膠的合成工藝極其複雜，生產成本過高，所以不可能完全倚賴合成的方法來製備低溫型氟橡膠。正因如此，利用共混來改善普通氟橡膠的低溫性能，以適應各行業的需求是極有必要的。

近年來隨著汽車、航空、航太等工業的快速發展，對氟橡膠的需求量不斷增加，對氟橡膠的性能要求也不斷提高，特別是對氟橡膠的耐低溫性能提出了更高的要求。

因此，本發明係針對國內汽車、航空、航太、軍事等領域的發展，研製出具有競爭優勢的低溫型氟橡膠，以符合這些行業在低溫環境下的需求，如此本發明應為一最佳解決方案。

一種低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其方法為： (1) 於室溫下將至少一種低溫型氟彈性體與至少一種通用型氟彈性體投入一開放式輥輪混練設備以形成共混膠、用以將該共混膠進行素練及軟化處理，其中該輥輪混練設備上係具有至少兩個輥輪，而兩個輥輪之間的輥距能夠縮小至1~3mm以進行薄通，並於薄通數次後將共混膠以包輥的方式留在輥輪上； (2) 投入滑劑，並讓滑劑能夠與共混膠混合； (3) 加入添加劑及交聯助劑，並進行混合，以使添加劑均勻分散於該共混膠中，並以成卷方式進行氟彈性體的混練； (4) 加入交聯劑，並進行混合後形成交聯膠，再將輥距打厚，以進行出片； (5) 進行第一次交聯處理，以使製品初步定型； (6) 最後，在真空環境下進行第二次交聯處理，以使低分子物質逸出，並提高交聯膠之交聯密度。

更具體的說，所述其中低溫型氟彈性體為主鏈結構含有全氟甲基乙烯基醚基團的氟彈性體，而該低溫型氟彈性體係為四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚或偏氟乙烯3元共聚物，且上述氟彈性體之氟含量在60%以上。

更具體的說，所述通用型氟彈性體係為偏氟乙烯/六氟丙烯2元共聚物、偏氟乙烯/六氟丙烯/四氟乙烯3元共聚物、乙烯/全氟甲基乙烯基醚/四氟乙烯3元共聚物、四氟乙烯/丙烯2元共聚物等。

更具體的說，所述滑劑係為巴西棕梠蠟，而該滑劑之混合量相對於共混膠100質量份為0.01~30質量份。

更具體的說，所述添加劑係為碳黑，而該添加劑之混合量相對於共混膠100質量份為10~150質量份。

更具體的說，所述吸酸劑係為氧化鋅，而該吸酸劑之混合量相對於共混膠100質量份為2~20質量份。

更具體的說，所述交聯劑係為有機過氧化物，而該交聯劑之混合量相對於共混膠100質量份為0.01~10質量份。

更具體的說，所述交聯助劑係為三烯丙基異氰脲酸酯，該交聯助劑之混合量相對於共混膠100質量份為0.01~8質量份。

更具體的說，所述第一次交聯之交聯溫度為攝氏160~180℃之間，而交連時間為800~1200秒之間。

更具體的說，所述第二次交聯係在真空環境下於一熱風循環烘箱內完成，其交聯溫度為攝氏215~230℃之間，而交聯時間為4~12小時之間。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱第1圖，為本發明低溫型氟彈性體組成物之製造方法之流程示意圖，由圖中可知，其步驟為： (1) 於室溫下將至少一種低溫型氟彈性體與至少一種通用型氟彈性體投入一開放式輥輪混練設備以形成共混膠、用以將該共混膠進行素練及軟化處理，其中該輥輪混練設備上係具有至少兩個輥輪，而將兩個輥輪之間的輥距縮小至1~3mm以進行薄通，並於薄通10次後將共混膠以包輥的方式留在輥輪上101； (2) 投入滑劑，並讓滑劑能夠與共混膠混合102； (3) 加入添加劑及交聯助劑，並進行混合，以使添加劑均勻分散於共混膠中，並以成卷進行全氟醚彈性體的混練103； (4) 加入交聯劑，並進行混合後形成混練膠104，再將輥距打厚，以利出片105； (5) 進行第一次交聯處理，以使製品初步定型106； (6) 最後，在真空環境下進行第二次交聯處理107，能夠使製品初步定型108，並使低分子物質逸出，以提高混練膠的交聯密度。

上述提及之材料、時間及參數資料列出如下： (1) 其中低溫型氟彈性體（主鏈結構含有全氟甲基乙烯基醚(PMVE)基團的氟彈性體）係為四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚或偏氟乙烯3元共聚物，且上述氟彈性體之氟含量在60%以上；上述低溫型氟彈性體可以使用科慕化學公司製的Viton®系列、大金工業株式會社製的Dai-EL®系列、蘇威公司製的Tecnoflon®系列、3M公司製的Dyneon®系列等市售產品；而該低溫型氟彈性體為5~95質量份（其中低溫型氟彈性體為5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95質量份）。 (2) 其中通用型氟彈性體係為偏氟乙烯/六氟丙烯2元共聚物、偏氟乙烯/六氟丙烯/四氟乙烯3元共聚物、乙烯/全氟甲基乙烯基醚/四氟乙烯3元共聚物、四氟乙烯/丙烯2元共聚物等；作為上述通用型氟彈性體可以使用科慕化學公司製的Viton®系列、大金工業株式會社製的Dai-EL®系列、蘇威公司製的Tecnoflon®系列、3M公司製的Dyneon®系列、旭硝子株式會社製的Aflas®系列等市售產品；而該通用型氟彈性體為5~95質量份（其中通用型氟彈性體為5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95質量份）。 (3) 其中滑劑係為巴西棕梠蠟，而該滑劑之混合量相對於共混膠100質量份為0.01~30質量份（其中混合量能夠為0.01、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30質量份）。 (4) 其中添加劑係為碳黑，而該添加劑之混合量相對於共混膠100質量份為10~150質量份（其中混合量能夠為10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145或150質量份）。 (5) 其中吸酸劑係為氧化鋅，而該吸酸劑之混合量相對於共混膠100質量份為2~20質量份（其中混合量能夠為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20質量份）。 (6) 其中交聯劑係為有機過氧化物，而該交聯劑之混合量相對於共混膠100質量份為0.01~10質量份（其中混合量能夠為0.01、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10質量份）。 (7) 其中交聯助劑係為三烯丙基異氰脲酸酯，該交聯助劑之混合量相對於共混膠100質量份為0.01~8質量份（其中混合量能夠為0.01、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7或8質量份）。 (8) 其中投入滑劑，並讓滑劑能夠與共混膠混合之處理時間為60秒。 (9) 其中進行全氟醚彈性體的混練之處理時間為180秒。 (10) 其中加入交聯劑，並進行混合後形成混練膠之處理時間為300秒。 (11) 其中將輥距打厚，以進行出片之處理時間為100秒。 (12) 其中第一次交聯之交聯溫度為攝氏160~180℃之間，而交連時間為800~1200秒之間。 (13) 其中第二次交聯係在真空環境下於一熱風循環烘箱內完成，其交聯溫度為攝氏215~230℃之間，而交聯時間為4~12小時之間。

詳細的製造過程如下，本實施所使用的開放式輥輪混練設備為開放式雙滾輪壓延機，首先必須先將開放式雙滾輪壓延機之兩個輥輪的輥距打到約2mm，再於室溫下將低溫型氟彈性體(LT-302)與通用型氟彈性體(G-801)同時投入滾輪上，將膠料打薄、打軟後，將輥距縮至1mm進行薄通，目的是要方便之後添加劑的加入；

而薄通的時間不可過長，次數也不可過多，以避免彈性體黏輥，因此薄通10次(約60秒)之後將膠料以包輥的方式留在輥輪上，隨即投入所需份數之滑劑，之後以連續左右切割搗合的手法讓滑劑能夠順利與彈性體混合，約180秒後，再加入所需份數之添加劑及交聯助劑；

而本發明所使用之交聯助劑為液狀，因此必須先利用添加劑吸附交聯助劑後，才能投入，之後再以同樣的手法混合約300sec，待添加劑均勻分散於彈性體中，隨即以成卷的手法進行彈性體的混練（成卷是指割斷包輥膠後，隨滾筒成卷，第一次膠片走完時，旋轉90度放入輥輪間，然後再成卷，如此反覆操作），之後再加入所需份數之交聯劑，再以同樣的手法混合約100sec，隨即將輥距打厚，準備下片。

隨著混練溫度的升高，容易造成膠料黏輥和焦燒，因此，於雙滾輪壓延機進行混練的時候，必須注意混練過程時溫度的變化，將膠料溫度控制在80℃以下，確保膠料溫度不至於上升，以避免黏輥。

另外，氟彈性體在混練及交聯過程中有低分子物質（如HF、HCl、H2O、CO2以及過氧化物分解產物等等）會析出，這些低分子物質將會對之後的交聯製程有影響，並使交聯膠的性能下降，進而導致設備或材料的腐蝕。因此，對氟彈性體製品除必須進行定型交聯的第一次交聯製程，尚須進行高溫開放系統的第二次交聯製程，以使低分子物質充分逸出，進一步提高製品性能；

因此進行第一次的交聯，是為了利用模型和熱壓成型機的壓力和溫度作用，使製品初步定型，獲得必要的形狀，在交聯時必須嚴格的控制壓力、溫度及時間(一般而言，氟彈性體的剛性較大、流動性差，應該採用較高的壓力進行。至於交聯溫度，一般都在170℃，提高交聯溫度，不僅可以縮短交聯時間，提高生產效率，而且對產品脫模也有好處。交聯時間部分，一般不超過1000sec為原則)。

而第二次交聯，除了能夠使低分子物質充分逸出外，更能夠進一步提高製品性能，並提高交聯膠的交聯密度，使其定伸應力增大，伸長率和永久壓縮變形量降低；由於第二次交聯是在常壓或減壓環境及熱風循環烘箱中進行的，因此必須注意控制升溫和恆溫條件（若是升溫速度過快將會造成產品氣泡、裂縫或變形）。

而本發明實施如下表一所示：

表一 實施結果列表 上述氟彈性體係使用LT-FKM/低溫型氟彈性體（Dai-EL LT-302）、FKM/通用型氟彈性體係使用Dai-EL G-801（FKM）、MT carbon black/碳黑（Thermax N-990）、 Carnauba wax/巴西棕梠蠟、Peroxide/過氧化物、TAIC/三烯丙基異氰脲酸酯（TAICROS）、ZnO/氧化鋅，而本實施透過上表可知，以四種不同比例搭配與兩種比較樣本進行比較，其中，Compare1為純低溫型氟彈性體（Dai-EL LT-302），而Compare2為通用型氟彈性體（Dai-EL G-801）；由上表可知，在共混膠的系統中，低溫型氟彈性體比例越多，TR₁₀ 越低，因此，可依照客戶的實際需求，調整低溫型與通用型氟彈性體的比例，以提供具有競爭優勢的產品。

本發明所提供之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，與其他習用技術相互比較時，其優點如下： (1) 本發明係使用低溫型氟彈性體與通用型氟彈性體進行共混，並配合混練、交聯、模壓技術來成型，由於本發明所施用之共混、混練與交聯技術皆是為了形成耐低溫之氟彈性體組成物所專門設計與調整，因此非常符合業界的需求。 (2) 本發明係於常壓或減壓環境下使用熱風循環烘箱進行第二次交聯，除了能夠使低分子物質充分逸出外，更能夠進一步提高製品性能，並提高交聯膠的交聯密度，使其定伸應力增大，伸長率和永久壓縮變形量降低。

本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

無

[第1圖]係本發明低溫型氟彈性體組成物之製造方法之流程示意圖。

Claims (10)

1. 一種低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其方法為： 於室溫下將至少一種低溫型氟彈性體與至少一種通用型氟彈性體投入一開放式輥輪混練設備以形成共混膠、用以將該共混膠進行素練及軟化處理，其中該輥輪混練設備上係具有至少兩個輥輪，而兩個輥輪之間的輥距能夠縮小以進行薄通，並於薄通數次後將共混膠以包輥的方式留在輥輪上； 投入滑劑，並讓滑劑能夠與共混膠混合； 加入添加劑及交聯助劑，並進行混合，以使添加劑均勻分散於該共混膠中，並以成卷方式進行氟彈性體的混練； 加入交聯劑，並進行混合後形成交聯膠，再將輥距打厚，以進行出片； 進行第一次交聯處理，以使製品初步定型； 最後，在真空環境下進行第二次交聯處理，以使低分子物質逸出，並提高交聯膠之交聯密度。
2. 如請求項1所述之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其中低溫型氟彈性體為主鏈結構含有全氟甲基乙烯基醚基團的氟彈性體，而該低溫型氟彈性體係為四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚或偏氟乙烯3元共聚物，且上述氟彈性體之氟含量在60%以上。
3. 如請求項1所述之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其中通用型氟彈性體係為偏氟乙烯/六氟丙烯2元共聚物、偏氟乙烯/六氟丙烯/四氟乙烯3元共聚物、乙烯/全氟甲基乙烯基醚/四氟乙烯3元共聚物、四氟乙烯/丙烯2元共聚物等。
4. 如請求項1所述之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其中滑劑係為巴西棕梠蠟，而該滑劑之混合量相對於共混膠100質量份為0.01~30質量份。
5. 如請求項1所述之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其中添加劑係為碳黑，而該添加劑之混合量相對於共混膠100質量份為10~150質量份。
6. 如請求項1所述之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其中吸酸劑係為氧化鋅，而該吸酸劑之混合量相對於共混膠100質量份為2~20質量份。
7. 如請求項1所述之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其中交聯劑係為有機過氧化物，而該交聯劑之混合量相對於共混膠100質量份為0.01~10質量份。
8. 如請求項1所述之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其中交聯助劑係為三烯丙基異氰脲酸酯，該交聯助劑之混合量相對於共混膠100質量份為0.01~8質量份。
9. 如請求項1所述之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其中第一次交聯之交聯溫度為攝氏160~180℃之間，而交連時間為800~1200秒之間。
10. 如請求項1所述之低溫型氟彈性體組成物之製造方法，其中第二次交聯係在真空環境下於一熱風循環烘箱內完成，其交聯溫度為攝氏215~230℃之間，而交聯時間為4~12小時之間。

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