一种氟橡胶及热膨胀成型方法技术

本发明专利技术提出一种氟橡胶及热膨胀成型方法，包括如下组分及质量份数，氟橡胶胶料100，短切纤维0～10，低聚物5～25，硫化剂适量；低聚物为在氟橡胶体系硫化温度下稳定，且不会与氟橡胶其他组分发生化学反应，在氟橡胶体系工作温度下分解成小分子的物质。本发明专利技术氟橡胶中增加低聚物，在高温下能分解出小分子，有效解决了氟橡胶在高温条件下不能产生足够的膨胀力的问题，在氟橡胶高温条件下提供稳定均匀的热膨胀压力，为耐高温树脂基复合材料的成型提供可靠的工艺方法。

A fluororubber and its thermal expansion molding method

【技术实现步骤摘要】
一种氟橡胶及热膨胀成型方法
本专利技术涉及一种氟橡胶及热膨胀成型方法，属于复合材料成型

技术介绍
热膨胀工艺是指复合材料预浸料在闭合刚性阴模中通过硅橡胶芯模的热膨胀来实现对复台材料加工固化的成型方法。传统热膨胀工艺的芯模主要采用硅橡胶，其芯模能产生各个方向的膨胀压力，无需外压源，特别适用于结构复杂的复合材料构件的成型。但随着复合材料的固化温度不断提高，传统硅橡胶芯模在高温环境下会迅速老化，表面产生微裂纹且变硬发脆，无法有效地提供热膨胀压力。因此，对于高温固化成型的复合材料，采用更高使用温度的橡胶种类制作热膨胀芯模是一条解决现有问题的方法，氟橡胶具有良好耐高温性能，能满足复合材料固化成型高温。但现有的氟橡胶流动性比较差，模压硫化时容易产生流痕、缺料等现象。采用传统硫化工艺不能制造满足尺寸和型面满足要求的芯模，无法在高温条件下产生足够的膨胀力，从而实现对高温复合材料均匀加压。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种具有良好流动性、在高温下能产生满足工艺要求膨胀力的氟橡胶及热膨胀成型方法。本专利技术的技术解决方案：一种氟橡胶，包括如下组分及质量份数，所述的低聚物为在氟橡胶体系硫化温度下稳定，且不会与氟橡胶其他组分发生化学反应，在氟橡胶体系工作温度下分解成小分子的物质。一种氟橡胶制备方法，通过以下步骤：将硫化剂、低聚物、短切纤维按比例添加到氟橡胶胶料中，混炼均匀，得到混炼胶；混炼胶硫化。一种氟橡胶用于热膨胀成型工艺芯模。一种热膨胀成型方法，通过以下步骤实现：第一步，制备氟橡胶芯模，A1.1、将硫化剂、低聚物、短切纤维按比例添加到氟橡胶胶料中，混炼均匀；A1.2、将经步骤A1.1混炼胶倒入氟橡胶芯模成型模具中硫化；第二步，在第一步制备的氟橡胶芯模上铺覆预浸料；第三步，将铺覆了预浸料的氟橡胶芯模置于阴模中合模，热膨胀成型。本专利技术与现有技术相比的有益效果：(1)本专利技术氟橡胶中增加低聚物，在高温下能分解出小分子，有效解决了氟橡胶在高温条件下不能产生足够的膨胀力的问题，在氟橡胶高温条件下提供稳定均匀的热膨胀压力，为耐高温树脂基复合材料的成型提供可靠的工艺方法；(2)本专利技术特殊的氟橡胶，成型中流动性好；(3)本专利技术工艺可在加压范围内产生全方位、多角度的足够压力，适用于多腔体整体耐高温复合材料制件的共固化成型；(4)本专利技术无需外部压力源，加热设备采用烘箱加热，设备投资少，制造成本低。附图说明图1为本专利技术流程图；图2为本专利技术实施例制品结构示意图。具体实施方式下面结合具体实例及附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种氟橡胶，包括如下组分及质量份数，低聚物为在氟橡胶体系硫化温度下稳定，且不会与氟橡胶其他组分发生化学反应，在氟橡胶体系工作温度下分解成小分子的物质。本专利技术为了解决现有氟橡胶体系在高温条件下不能产生足够的膨胀力的问题，在体系中增加了低聚物，这类低聚物能够在氟橡胶芯模工作温度下(一般在300℃左右或更高温度)能分解成小分子，且不会与氟橡胶其他组分发生化学反应，从而提高氟橡胶作为芯模的膨胀力。对低聚物的种类没有特殊限制，只要满足上述条件即可，如可采用甲基丙烯酸甲酯或聚氧化丙烯等低聚物。低聚物的添加量不能太多，否则会抑制交联反应，低聚物会成为“杂质”阻碍硫化剂发挥作用，不能使氟橡胶硫化完全，添加量不超过氟橡胶胶料质量的25％；添加量也不能太少，否则分解反应不剧烈，分解出的小分子数量不足，不能提供足够的膨胀力，添加量不低于氟橡胶胶料质量的5％。添加量在10％～20％范围内，氟橡胶综合性能最优，相同条件下，在此优选添加量范围内，添加量越多，提高氟橡胶芯模的膨胀力效果越好。本专利技术为改善氟橡胶成型过程中流动性差这一特性，在氟橡胶体系中使用短切纤维，短切纤维的流动速率远大于炭黑，且导热系数很高，既提高流动性，又增加交联密度。短切纤维长度要适中，长度太长，氟橡胶不能完全包覆碳纤维，连续长纤维会阻碍氟橡胶的流动，界面结合不牢，导致氟橡胶流动性降低，一般不超过10mm；长度太短，纤维太过分散，会导致氟橡胶流动性分布不均，一般不低于0.5mm。短切纤维长度优选在1～2mm范围内，在此长度范围内，对氟橡胶成型过程中流动性改善作用最佳。本专利技术中氟橡胶流动性改善效果随短切纤维的添加量增加呈二次函数曲线变化，添加量在5％～6％范围内达到峰值，添加量不能太高，否则会对流动性造成相反效果，因此，不能超过10％。本专利技术对短切纤维的种类没有特殊要求，根据氟橡胶工作温度确定满足耐温等级的纤维种类即可，可以是碳纤维、氧化铝纤维、石英纤维等一种或多种混合。在相同条件下，碳纤维的润滑性最佳，对氟橡胶流动性的改善效果最佳。本专利技术中硫化剂的种类没有特殊限制，可借鉴本领域公知的氟橡胶常用种类和添加量。为进一步改善氟橡胶流动性，优选硫化速度快，且能改善流动性的硫化体系，如硫化剂优选为在低温下(80℃以下)就可以与氟橡胶进行交联反应的过氧化物，常用的有过氧化二异丙苯、过氧化双(2，4－二氯苯甲酰)、过氧化二苯甲酰、双叔丁过氧异丙基苯、三烯丙基异氰酸酯等。硫化剂的添加量一般不低于氟橡胶胶料质量百分比的5％，添加量太少，氟橡胶硫化程度过低，在后期共固化过程中，氟橡胶硫化不完全，影响热膨胀性能；硫化剂的添加量一般不高于氟橡胶胶料质量百分比的15％，添加量越多，氟橡胶在一定温度下混炼过程中硫化度越高，在高温及多硫化剂状态下易导致硫化过程反应过于剧烈甚至会发生焦烧现象，硫化剂添加量过高或混炼温度过高，氟橡胶硫化程度增加，导致很难成型为合适的厚度，氟橡胶化学惰性较强，同时后期很难与纤维载体及结构胶膜复合粘结。硫化剂的添加量优选为7％～10％，在此范围内，热膨胀性能最佳。本专利技术对氟橡胶种类没有限制，但为了得到好的流动性，氟橡胶优选低粘度氟橡胶，如VitonA-100、A-201C、A-361C等，粘度优选不超过10pa·s。进一步，本专利技术提供一种氟橡胶制备方法，通过以下步骤：将硫化剂、低聚物、短切纤维按比例添加到氟橡胶胶料中，混炼均匀，得到混炼胶；混炼胶硫化。本步骤的硫化为本领域公知技术，根据氟橡胶体系不同选择硫化工艺。为进一步改善氟橡胶成型过程中流动性，在混炼前，将氟橡胶胶料进行若干次薄通。此本步骤可以增加氟橡胶的塑性，有助于硫化剂的分散。实验表明，采用0.8毫米左右辊距薄通10次，流动性增加1～2倍。进一步，将混炼胶薄通若干次，可以提高氟橡胶体系在模具内的流动性，减少废品率。本专利技术提供的氟橡胶用于热膨胀成型工艺芯模。如图1所示，本专利技术提供一种热膨胀成型方法，通过以下步骤实现：第一步，制备氟橡胶芯模，A1.1、将硫化剂、低聚物、短切纤维按比例添加到氟橡胶胶料中，混炼均匀；A1.2、将经步骤A1.1混炼胶倒入氟橡胶芯模成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氟橡胶，其特征在于：包括如下组分及质量份数，/n

【技术特征摘要】
1.一种氟橡胶，其特征在于：包括如下组分及质量份数，



所述的低聚物为在氟橡胶体系硫化温度下稳定，且不会与氟橡胶其他组分发生化学反应，在氟橡胶体系工作温度下分解成小分子的物质。


2.根据权利要求1所述的一种氟橡胶，其特征在于：所述的低聚物质量份数为10～20。


3.根据权利要求1所述的一种氟橡胶，其特征在于：所述的短切纤维长度0.5mm～10mm。


4.根据权利要求3所述的一种氟橡胶，其特征在于：所述的短切纤维长度1～2mm，质量份数为5～6。


5.一种制备权利要求1至4任一所述的氟橡胶方法，其特征在于，通过以下步骤：
将硫化剂、低聚物、短切纤维按比例添加到氟橡胶胶料中，混炼均匀，得到混炼胶；
混炼胶硫化。


6.根据权利要求5所述的一种氟橡胶制备方法，其特征在于：所述氟橡胶胶料在混炼前，进行若干次薄通。


7.根据权利要求5所述的一种氟橡胶制备方法，其特征在于：所述混炼胶硫化前进行若干次薄通。


8.根据权利要求5所述的一种氟橡胶制备方法，其特征在于：所述硫化的时间不低于60min。


9.根据权利要求8所述的一种氟橡胶制备方法，其特征在于：所述硫化的时间通过以下步骤确定，
(1)根据公式P＝kα·(T-T0)确定kα值，其中k为氟橡胶的拉伸弹性模量，α为氟橡胶的体胀系数，T为采用热膨胀成型的树脂的固化温度，T0为环境温度，P为氟橡胶芯模所需提供的树脂成型压力；
(2)测试不同硫化时间下，氟橡胶的拉伸弹性模量和体胀系数，得到不同硫化时间对...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝自清，柯红军，鲍凯，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11