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弹性体被应用于工业各领域主要是得益于其卓越的耐久性，这种耐久性在某种程度上是由于分子定向和这些大分子结晶造成的。在胶粘剂与橡胶产业，橡胶新材料的混合有着使混合物组份的性能结合在一起的潜力，从而扩展了其应用的范围。
在胶粘剂与橡胶产业，弹性体的混配不仅仅是利用其成本较低的优势，而且可提供其组份中单一弹性体所无法企及的性能。与众多普通橡胶化合物相比，氟橡胶（FKM）是一种具高温耐性、高化学耐性与高耐油性的新型合成橡胶。但FKM不利的加工性能以及低温耐性有限，加上成本高企，极大地限制了其应用。
因此，FKM与氯化丁腈胶（HNBR）的混合，应能用于更经济，并获得更佳平衡性能的特别应用场合。在混合中，每一种弹性体都起着其独特的角色，为终端应用提供其有益性能。这些有益性能诸如：柔韧性、定向性、强度改善、粘性增加、粘合开放时间、对不同物料的粘结以及耐冷耐热性等等。
对于橡胶混合物在粘合剂工业的实际应用，与结晶化与分子定向性一样，有关相形态的常识也是重要的。通常来说，弹性体在渗合时，系统的动态力学性能被认为是某种阶段性能的迭加作用。然而，也可理解为这种迭加不是简单的相加，而是取决于阶段中的形态、局部硬化与结晶化作用。
本文的目的是研究FKM与HNBR混合物在金属表面的分子定向与结晶作用，产生更具柔韧性的高性能粘合系统。同时也讨论这些弹性体定向与构象变化在粘合与系统粘结强度方面的实际影响。
实验
FKM和HNBR弹性体的复合物由混配填料与过氧化物进入橡胶混合物中而制成，在完全相同的条件下橡胶混合物使用（Vemay专利）加工助剂。采用来自神钢北南美集团（美国俄亥俄州哈德逊）的20英寸、滚筒直径10英寸的双辊混炼机来研磨混炼两种聚合物复合物，在室温下缓慢加入配料。探寻HNBR凝聚与粘附性能的影响，在复合材料中，除了HNBR外，FKM与其它所有混配料均保持恒定量。
每个复合物中硫化曲线或流变曲线通过测定对应时间的扭矩（力）值而获得，在温度180℃下，时间6分钟，使用2000型动模式流变仪（MDR），该流变仪由阿尔法技术有限公司提供（美国俄亥俄州亚克明市）。
这些复合物的玻璃化转变温度Tg与柔韧性采用德国Eplexor QC 100N型动态热力学分析仪（DMTA）测量。
为测量对钢铁基体的粘结强度，在180℃下，每个复合物的样品采用专门的压缩模模压到1英寸（25.4mm）宽的不锈钢基体上，模压复合物与基体之间的接触面是1平方英寸（6.45cm2）和0.25英寸（6mm）厚的模压橡胶。金属基体预先用甲苯/丁酮混合溶剂冲洗干净。采用英斯特朗5565拉力试验机（英斯特朗公司，美国马萨诸塞州诺伍德）测量橡胶与金属基体之间的搭接剪切强度。采用来自安捷伦科技公司（美国加利福尼亚圣克拉拉）的610型FTIR显微镜观测所有化合物样品的衰减全反射傅里叶红外光谱（ATR-FTIR）。
结果与讨论
在MDR硫化曲线中测量含有不同量HNBR的每种复合物的扭矩值，并在图1中标绘出来。这是样品剪切模量的直接展示（对剪切形变的抗性）。相较于FKM，这些曲线反映出使用过氧化物情况下，HNBR硫化非常慢，或许在缺乏FKM情况下，HNBR需要更多硫化剂和助剂实现硫化。但它仍可用于协助较低玻璃化转变温度复合物。 （图片）
图1、复合物中FKM/HNBR的 MDR（6，180℃） 图2a表明了含HNBR的FKM复合物在玻璃化转变温度时的存储模量E’，同时，在10HZ下采用动态热力分析测量材料的橡胶态弹性区。从图2a看出，弹性模量减少明显，其结果是在50%混配比下改善柔韧性。（图片）
图2a、根据HNBR百分比的FKM贮存模量E’，采用DMTA，拉伸模量在10Hz下测量 按照动态热力学分析，几个术语被用于确定玻璃化转变温度Tg。在玻璃化转变时的弹性或储存模量E’拐点（图2a）或者Tanδ峰值（图2b），也称为低温指导值。（图片）
图2b、根据HNBR百分比的tan δ或阻尼相位角，在拉伸模量10Hz下，采用DMTA测量 在阻尼Tanδ对温度曲线出现双峰，表明聚合物不可混合（图2b）。HNBR在混合系统中阻尼的影响是在一个更宽广的温度范围，有相对高的阻尼性能，但比FKM有较低峰值。图2b表明在-42℃,-13℃ 和34℃时，所有混合物融合时的阻尼tanδ。在这些点上，FKM与HNBR的阻尼性能是同样的，因此，混配比例将不影响阻尼性能，因为总阻尼仍然相同。
对不同配比HNBR橡胶的混合物进行剪切对照延伸测量，并绘制在图3中。从图3可看出，在复合物中HNBR百分比增加时，其在金属表面的粘接力也增加，然而，当混配物中HNBR百分比超过30%时，会导致复合物的内聚衰坏。在混配物中形态或相容性的变化可能促进失效模式的变化（图3）。（图片）
图3、根据HNBR百分比的FKM混合物的单接搭剪切力，在不锈钢基体模压下测量 我们分析的目标之一是在过氧化物硫化HNBR-FKM混合体系的复合物中HNBR的结构方面的性能。图4表明了HNBR在150℃和200℃温度下分别老化四个星期的FT-IR光谱图比较结果。在2927cm-1与2856cm-1两个频段区分别归属于CH2非对称与对称伸缩振动。这些红外活性频段虽然不太好理解，但可极大丰富复合物的结构资料。在1461 cm-1频段（氢化丁二烯的CH2基团）也易感觉到聚合物结构，例如，在复合物中聚合物结构上的构象变化。2236cm-1频段相当于HNBR的氰基。接近1727cm-1的锐峰频段显示了在商业HNBR中羰基团（C=O）的存在。羰基可能是在NBR的氢化过程时出现。在200℃炉中两个星期的期间，由于在高温下化学降解形成含氧基团，会出现几个新的频段。这些都是主要频段：羟基-OH的3300 cm-1、增加的羰基C=O的频段1727cm-1、羰酸根离子COO-的频段1588cm-1、酯类或醚基（C-O-C）的频段1000cm-1。另外， 如同这些提及的频段， 由于甲烯基（ C H 2） 弯折消失， 而出现1461cm-1频段。事实上，有理由假定羰基/亚甲基在频段中的比例与橡胶氧化作用相关。（图片）
图4、本研究使用的HNBR的ATR-FTIR光谱，在不同温度下老化 图5表明了HNBR-FKM复合物的ATR FT-IR光谱，图中HNBR百分比从0到50%变化，在150℃下老化。在老化样品中的羰基/亚甲基比例表明在混合物中高于30%HNBR被FKM良好保护，且在150℃下长达六星期都没有降解。（图片）
图5、含不同量HNBR的HNBR-FKM复合物的ATR-FTIR光谱，在150℃下老化六星期 总结
在一个粘合应用中低温柔韧性和高温耐性是必须的，在特定用途方面，JKM/HNBR混合物由于经济理由或者获得更佳的性能平衡而得到应用。我们的结果认为，在混合物中当氢化丁腈胶用量低于30%时，可维持混合物中FKM的高温耐热性能，并可保留HNBR的最大粘合强度性能。同时也帮助FKM获得更佳的低温柔韧性能。
我们已经提供一些证据，含有氢化丁腈胶（HNBR）的碳氟化合物弹性体（FKM），如果混配适当，可产生更高性能的粘合系统，该系统具有好的低温柔韧性能和高温耐热性能，还可改善材料经济性。
12/4/2015
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