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氟橡胶热硫化胶水的特性与优势
氟橡胶热硫化胶水是一种高性能粘接材料,专为氟橡胶(FKM)制品的硫化粘接设计。其主要优势在于出色的耐高温性(长期使用温度可达200℃以上)、优异的耐化学腐蚀性(可抵抗燃油、强酸、强碱等介质)以及卓越的耐老化性能。该胶水在硫化过程中能与氟橡胶基材形成化学键结合,粘接强度通常超过橡胶本身的撕裂强度。相比普通橡胶胶水,其分子结构中的氟碳键赋予更强的键能,特别适用于航空航天、汽车燃油系统和化工设备等严苛环境下的密封件粘接修复。
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正文:
一、氟橡胶的主要性能
物理性能 :氟橡胶 具有较好 的力学性能, 有较好的拉伸强度和硬度 , 但常态下的弹性较差。
耐热性: 氟橡 胶有很 好的耐 热性 , 26型氟橡胶可在 250 下长期工作 , 在 300 可短期工作。氟橡胶性能随温度的变化大于硅橡胶 , 其拉伸强度和硬度均随温度升高而明显下降 , 至250~ 260 时, 下降趋势减缓。
耐腐蚀性能 :氟橡胶有很高的化学稳定性, 是弹性体中耐介质的一种 ; 它对有机液体各种烃类有良好的抗耐性 , 仅仅不耐低分子的酯、醚、酮及部分胺类化合物。
耐过热水、蒸汽的性能 : 过氧化物硫化的氟胶优于胺类、酚类化合物硫化的氟橡胶。
抗压缩变形性能 : 据统计 , 50% 以上的氟橡胶用于密封制品 , 压缩变形是一个主要性能。美国杜邦公司一直致力于改进压缩变形性能。
耐寒性能 :26 型氟橡胶的 耐寒性能较差, 其保持弹性的限温度为 - 15~ - 20℃ 。美国杜邦公司开发的 Viton GLT, 其低温性能得到很好的改进 , 可适用于 - 54 ℃下的密封 ,是阿拉斯加油田用的低温密封材料。特定的温下的密封 , 有时也用氟橡胶。
气透性与真空性能 : 氟橡胶有很低的透气性 , 在高温、高真空条件下 , 具有小的气体挥发量 (失重 ) , 因此 , 它的耐高真空性能好。
耐侯、耐臭氧性能 : 氟橡胶对日光、臭氧和天候老化十分稳定。硫化胶经过 10 年的自然老化 , 还保持很好的性能。
耐燃性能 :氟橡胶与火接触能燃烧 , 但离开火后即熄灭 , 它属于自熄橡胶。氟橡胶的氧指数为 61~ 64。
二、氟橡胶配方 , 一般是由 生胶 、吸酸剂 、硫化剂、促进剂 、补强填充剂 、加工助剂等组成 。
1、生胶
国产氟橡胶和国外的氟橡胶的性能基本相同, 只是加工性能有些差异 , 国产胶的加工性能较差 , 主要是门尼粘度较高 , 相应影响胶料的加工流动性 。
国产氟橡胶 26 相当于美国杜邦公司的VitonA , 氟橡胶 246 相当于 VitonB , 国外的氟橡胶生胶中有不少已添加了硫化剂 , 美国 3M公司和日本大金公司供应的氟橡胶已经含有硫化剂。
2、硫化剂
硫化是使氟橡胶产生一定程度的交联, 使其具有良好的使用性能 。氟橡胶硫化可以采用亲核试剂的离子加成方式进行 , 也可以以过氧化物或射线以自由基方式进行 。用胺类化合物 (1# 、 3# 硫化剂 ) 硫化氟橡胶, 可以解决一般产品的要求 ; 采用 2# 硫化剂, 可以解决胶浆的加工 。
1 号:己二胺氨基甲酸盐
2 号:乙二胺氨基甲酸盐
3 号:N,N-二亚肉桂基六亚甲基己二胺
4 号:亚甲基(对氨基环己基甲烷)氨基甲酸盐
5 号:对苯二酚(氢醌)
在密封制品中 , 为使其具有较小的压缩变形值 , 应优先选用酚类化合物作为硫化剂 。如对苯二酚 、双酚 A 、 双酚 AF 等, 并配用相应的 促进剂APP ,以适应高层次的性能要求 。
在解决对腐蚀性介质的抗耐性方面 , 建议采用过 氧化物硫化氟橡胶 。
3、吸酸剂
吸酸剂也称为稳定剂 。它是为了解决氟橡胶加工过程中产生氟化氢对金属的腐蚀和污染 , 使硫化反应顺利进行 。一般采用 MgO 、CaO、ZnO、PbO、二盐基亚磷酸铅, 其用量一般在 5 份~ 10 份。它们的加入各有特点 ,MgO 耐热性好 、 PbO 耐酸性好 ;CaO 压缩变形小 ; 对消除气泡有利 ; ZnO 和二盐基亚磷酸铅可使胶料流动性得到改善 , 耐水性好 ; Ca(OH ) 2 压缩变
形小 , 加入 Ca( OH ) 2 和活性 MgO , 在酚类硫化体系中 ,可得到低压缩变形的胶料 。总之 , 要选择合适的吸酸剂 ,以满足实际性能的要求 。
4、补强填充剂
氟橡胶是一种自补强性的橡胶 。由于性能要求和用途的不同 , 需要通过补强 、填充体系进行调节 ,使其功能和成本适应用户的需要 。一般用量在 10 份~ 30 份之间 。目前常用的补强填充剂大致上有热裂法炭黑 ( N 990)、喷雾碳黑 、白炭黑 、碳酸钙 、硫酸钡 、氧化钙 、炭纤维等 。
采用从加拿大的 N 990 炭黑或喷雾碳黑 , 在黑制品中均可取得较好的加工工艺和相应的物理性能 。加入 20 份炭纤维的氟橡胶 , 其胶料流动性
好 , 复杂形状产品硫化之后 , 其外观优于添加N 990 和喷雾炭黑产品 , 表面光滑 。由于含炭纤维的胶料导热系数大 , 适合高速运动的橡胶件使用 。应该指明的是 , 加入炭纤维的产品成本高 , 伸长率低 。
彩氟橡胶制品可以使用白炭黑 、 钛白粉 、硅藻土、硅土、氟化钙 、碳酸钙等 , 并配合相应的颜即可制得相应的胶料 。但是 , 在加工压缩型密封制品时 ,选用彩原料要注意颜料对高温的抗耐性 。此外 , 还要控制胶料的压缩变形值 , 使产品适应压缩状态下的工作需要 。
5、加工助剂
加工助剂的应用是近年来氟橡胶加工的一大进步 ,它是在不影响胶料性能发挥的前提下 ,改善氟橡胶的混炼工艺 , 焦烧 , 改进胶料的流动性和压出性能 , 并能在加工中粘辊 、粘模 , 起到外脱模剂的作用 。
在氟橡胶的加工中 , 已出现过氟蜡 、低分子聚乙烯 、硬脂酸锌 、Ws 280、 棕榈蜡 、模特丽 935等新的加工助剂 , 为氟橡胶的加工和应用提供了新的手段 , 其加入量在 1-2 份。
6、骨架黏合
金属件可采用金属喷砂或盐酸浸泡 , 清洗干净 , 建议采用 CHEMLOK 5150 或首立公司PC 222 作为粘合剂 。
白的氟胶料比黑胶易与金属粘合 ; 酚类硫化的氟胶比胺类硫化胶易与金属粘合。过去惯用开姆洛克的 CH - 607 作为粘合剂, 近两年来 , 我们采用 CH- 5150, 使用效果很好 , 比 CH- 607 稳定、。
氟胶的加工过程和使用设备、加工方法,和一般橡胶相同。由于氟橡胶的结构特点,它的加工性能较差。
塑炼:生胶在辊距0.3~0.5mm的开炼机薄通10次,包辊即可加入配合剂。
混炼:氟橡胶的容量比合成胶还要小;辊温:一般控制在40-60℃;加料顺序:生胶→吸酸剂→加工助剂→填充剂→硫化促进剂。配合剂加完,均匀、薄通打三角包、打卷、后出然片。
氟胶硫化要分两次进行:一段硫化 165-170℃×10min;二段硫化230℃×24h(要逐步加温,到230℃ 后,恒温记时。
氟橡胶制品要有熟练的工人操作完成,操作过程中每个环节不能出现遗漏,否则会导致产品缺陷,造成无法弥补困境。
三、配方举例:
氟硅橡胶是在有机氟和有机硅两种材料基础上发展而来的新材料,其弥补了有机硅材料的耐油、耐化学腐蚀和耐端低温性能方面的不足,实现了有机硅材料和有机氟材料的优势互补。氟硅橡胶所用基础聚合物主要为聚三氟丙基甲基硅氧烷,其主链仍由硅氧键构成,但硅原子上的部分甲基被含氟有机基团(通常为三氟丙基)取代。
氟硅橡胶集合了高键能的硅氧键和对碳碳键具有屏蔽效应的碳氟键,表现出的耐高低温、耐环境老化、耐油和耐化学腐蚀等性能,一经研制成功便应用到航空领域。
一、氟硅橡胶的市场
目前,美国、德国、日本等国家的大型化工企业正积开展对氟硅橡胶的研究,氟硅橡胶年产量约为10kt。氟硅橡胶市场规模正以7.4%的复合年均增长率增长,预计到2026年,市场规模将增至3.28亿美元。
目前国内部分厂家已能工业化生产氟硅橡胶基础聚合物,但其RTV氟硅橡胶产品还在开发中。因氟硅橡胶单体及聚合物生产过程中的要求,以及原料价格、工艺难度等问题,氟硅橡胶基础聚合物成本偏高,具有价格优势的市场化产品尚未实现。
二、氟硅橡胶的介绍
氟硅橡胶的主链为—Si—O—键结构,侧链上引入性氟原子(如三氟丙基)后,形成—CH2CH2CF3结构,由于氟原子具有较大的吸电子效应,加上C—F键的键长较短,能对C-C键形成较好的屏蔽效应,大大提高了橡胶的耐油、耐溶剂性能,使其成为在-68℃~232℃温度下耐非性介质良好的弹性体。因此氟硅橡胶广泛应用于高端机车和军工航天的密封件领域。
三、氟硅橡胶的特性
FVMQ氟硅橡胶O型圈在维持有机硅材料的耐温性,抗寒性,耐高电压性,耐气侯脆化等出特性的基本上,因为含氟量酯基的导入,它又具备有机氟原材料出的耐氢类有机溶剂,耐酸碱,耐腐蚀性和更低的表面特性。
1、耐酸碱、耐水洗、耐化学品性
氟硅橡胶与羟基乙烯基硅橡胶对比,其耐酸碱、耐水洗、耐化学品性为;即便与氟胶对比,耐酸碱、耐水洗性也是优良的。在同样物质、溫度、時间下预浸后均显示信息出了的使用性能,可以说氟硅橡胶是唯一一种在-68℃~232℃下耐非性物质的聚氨酯弹性体。氟硅橡胶的耐含甲醇汽油性也比较好,即便在车用汽油/乙醇混和管理体系中,其硫化橡胶胶的强度、抗拉强度、容积转变都不大,经500h长期的预浸实验后,各类物理性能也基本上沒有转变。
2、耐温性
氟硅橡胶的高溫溶解与硅橡胶一样,即:主链空气氧化、主链断裂、主链分解反应和造成各种各样复合型反映。因为溶解物质也会造成主链断裂,因此耐温性一般比硅橡胶要差一些,在200℃的溫度下已刚开始空气氧化脆化。但根据加上铁、钛、希土类金属氧化物等小量的无卤阻燃剂便可使其得到明显的改进,即便在250℃高溫下也具备充足的耐温性。溫度对氟硅橡胶危害比硅橡胶大,但比氟胶小。海外还科学研究了氟硅橡胶在150℃×2000h、175℃×5000h、200℃×4000h标准下的使用期,其結果是仅次羟基乙烯基硅橡胶。
3、抗寒性
氟硅橡胶与一般硅橡胶一样,温特性优良。因为氟硅橡胶是以绵软的Si-O主导链组成的线形聚合物,因此温特点好于以C-C主导链的氟胶。在其中,氟硅橡胶(LS-2370U)的温特点更强,延性温度低达-89℃,而一般的氟胶约为-30℃。
4、电气性能、耐辐射源特性
氟硅橡胶的电气性能与一般硅橡胶相仿,但宝贵之处是在高溫、温、湿冷、油、有机溶剂、化学品、活性氧等严苛标准下的转变不大。氟硅橡胶的耐辐射源特性并不突显,但耐辐射源脆化特性好于羟基乙烯基硅橡胶。
5、物理性能
氟硅橡胶与一般硅橡胶一样,硫化橡胶胶的冲击韧性(是撕破抗压强度)较为低。因而,改进和提升氟硅橡胶的抗压强度也是一个关键的课题研究。
6、其他特点
氟硅橡胶的耐天候脆化性十分,即便曝露五年后,仍维持有优良的特性。活性氧是聚氨酯弹性体脆化时转化成数多的汽体之一,但氟硅橡胶根据动态性或静态数据实验后都未发觉有开裂或裂痕的状况。除此之外,氟硅橡胶的除霉性、生理学可塑性、抗凝血性也是十分优良的。
氟硅橡胶生产工艺注意点
由于氟硅橡胶价格昂贵,胶料容易污染,从而影响性能,所以对氟硅橡胶的生产操作工艺为严格。
1、保持生产环境、设备的清洁
在氟硅橡胶的保存和运输过程中,灰尘杂质与橡胶接触。
由于氟硅橡胶有静电吸灰的特点,所以生产环境需要净化无尘车间,生产工具为设备。工人进出操作需穿戴干净衣帽。
清洁好切割刀具、称量托盘和开炼机滚筒。 炼胶过程手套对胶料的污染。
2、混炼与硫化
开炼机辊筒温度为18℃~28℃时炼胶工艺性能较好。 对于长期停放的胶料的使用需要进行返炼,物料混合均匀。硫化模具采用表面镀铬处理。 氟硅橡胶要二段硫化,在电热鼓风箱中进行,一般为:200℃×4~6小时。
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通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触,主要是*分子间作用力产生永久的粘接。在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型:
(1) 离子键、(2) 共价键、(3) 金属键、(4) 范德华力
3、扩散理论
扩散理论认为,粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时,扩散理论基本是适用的。热塑性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。
4、静电理论
由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力,即相互分离的阻力。当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在,则是对该理论有力的实。
5、弱边界层理论
弱边界层理论认为,当粘接破坏被认为是界面破坏时,实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境,或三者之间任意组合。如果杂质集中在粘接界面附近,并与被粘物结合不牢,在胶粘剂和被粘物内部都可出现弱边界层。当发生破坏时,尽管多数发生在胶粘剂和被粘物界面,但实际上是弱边界层的破坏。
聚乙烯与金属氧化物的粘接便是弱边界层效应的实例,聚乙烯含有强度低的含氧杂质或低分子物,使其界面存在弱边界层所承受的破坏应力很少。如果采用表面处理方法除去低分子物或含氧杂质,则粘接强度获得很大的提高,事实业已明,界面上确存在弱边界层,致使粘接强度降低。
6、粘接的一般过程
在进行粘接之前,首先要对被粘表面进行适当的处理,然后将准备好的胶粘剂均匀地涂覆在被粘物表面上,接着便是胶粘剂润湿、流变、扩散、渗透、叠合之后,使之紧密接触。当胶粘剂的大分子与被粘物表面的距离小于0.5nm时,则会互相吸引,产生范德华力或形成氢键、配位键、共价键、离子键、金属键等,加上渗入孔隙中的胶粘剂,固化后生成无数的小"胶钩子",从而完成了粘接过程,于是获得了牢固的粘接。
一般来说,粘接过程就是表面处理、涂胶、叠合、固化、后处理等,是一复杂的物理和化学过程。
二、橡胶粘接设计考虑因素
橡胶弹性体包含:天然橡胶和许多合成橡胶。选择弹性体时应考虑零件的性能要求、是否容易混合、加工或硫化。
大部分硫化粘接零件使用:
天然橡胶(NR)
丁苯橡胶(SBR)
氯丁橡胶(CR)
丁腈橡胶(NBR)
其他常用的合成橡胶包括:
丁基橡胶(IIR)
异戊二烯橡胶(IR)
顺丁橡胶 (BR)
氯磺化聚乙烯(CSM)
聚丙烯酸酯(ACM)
乙烯-丙烯酸酯类 (AEM)
各种可浇注聚氨酯(AU或EU)
高性能和超高性能的弹性体于要求耐用性和端工作条件的场景。包括各种氟橡胶(FKM)和硅橡胶(MQ),以及氢化丁腈橡胶(HNBR)。
零件设计师开始在以缓冲为主要功能的组件中使用可熔融加工的弹性体或热塑性弹性体,包括各种聚烯烃(TPO)、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和热塑性聚氨酯。这些材料不需要硫化,因此并非典型的粘接组件,但易于加工,且产生的废物也可回收利用。用途一般要求在室温下使用。
配方体系的变化对粘接性能的影响
洛德技术服务实验室生成的数据,结合客户的输入,可以提供用于理解配方体系的变化对粘接性能的影响的相关信息。这些配方应用指南主要与非性二烯弹性体有关,如:EPDM、IIR和NR,也涉及一些更易粘接和性更强的类型,如:CR和NBR。
以下配方体系、固化系统、填料、增塑剂和抗降解剂在不同程度上影响“粘接性”。这些成分的效用如下所示:
硫磺含量—配方体系中的硫含量举足轻重:硫含量为1 p.h.r.或以上时,有利于粘接。配方体系含少量硫或无硫则很难粘接。
促进剂--常用促进剂中,MBT通常具备良好的粘接性。ZDMC和超促进剂(如TMTD)会降低粘接性,是在EV或半EV硫化体系中。防焦烧剂(PVI)通常添加到硫化的配方体系中,以提升加工性。但使用超促进剂时:NR配方中如存在高含量的PVI,则不利于粘接。PVI如低于0.15 p.h.r.,则粘接效果较好。
填料--填料的类型和数量是关键。炭黑含量为40至80 p.h.r.的橡胶比炭黑含量较低的橡胶更容易粘接。粘土和白炭黑等非黑填料也有利于粘接。
蜡和油--传递到硫化弹性体表面的蜡质或油质成分会降低粘接性能。包括低分子量聚烯烃助剂(即低熔点聚乙烯和聚丙烯加工助剂/润滑剂)、芳香油和脂肪酸酯(即蓖麻油酸酯)。环烷烃或石蜡油问题比较少。
邻苯二甲酸酯增塑剂--尽管经常推荐邻苯二甲酸二辛酯等增塑剂用于维持聚烯烃弹性体(EPDM和IIR)在低温、终端应用中的机械性能,但并不利于粘接。使用邻苯二甲酸酯会影响NBR材料的粘接性。但加入白炭黑等高表面积的无机填料,可中和邻苯二甲酸酯增塑剂的消影响。
抗臭氧剂 - 高性能的抗臭氧剂和某些抗氧化剂,是对苯二胺类,可能会减弱粘接性。
非二烯类弹性体--未使用硫磺和促进剂固化的弹性体,可加入高表面积的填料提升粘接性。与某些油、增塑剂和蜡混合时,粘接性会降低。
三、橡胶硫化粘接问题
粘接工艺上有很多需要注意的部分,如果出现问题,都需要查:
1、金属基材是不是变化了?
2、金属表面的处理是否出现问题,比如有灰尘、有油?
3、粘接剂是否过期?
4、涂刷在金属表面的粘接剂是否干透了?
5、硫化温度是否合理?
6、橡胶是否发生了变化?
硫化后粘接不好,你要看你涂的胶水是跟着橡胶还是跟着骨架!胶水跟着橡胶走,明你的金属件处理有问题。如果胶水跟着骨架走,明你的硫化工艺存在问题,还有一些问题需要去逐一排查的,是否胶水失效,橡胶是否存在问题,等等。有些问题找不到原因的时候,需要耐心的逐一排查。直到找到为止。
骨架的处理方式:高温除油——喷砂——磷化——烘烤——涂胶——固化
四、胶粘剂相关概念
1、胶黏剂的主要理化性能
操作时间
胶粘剂混合到待粘结件配对之间的大时间间隔
初固化时间
达到可搬卸强度时间,允许处理粘结件的强度,包括从夹具上移动零件
固化时间
胶粘剂混合后得到机械性能需要的时间
贮存期
在一定条件下,胶黏剂仍能保持其操作性能和规定强度的存放时间
粘接强度
在外力作用下,使胶粘件中的胶黏剂与被粘物界面或其邻近处发生破坏所需要的应力
剪切强度
剪切强度是指粘接件破坏时,单位粘接面所能承受的剪切力,其单位用MPa(N/mm2)表示
不均匀扯离强度
接头受到不均匀扯离力作用时所能承受的大载荷,因为载荷多集中于胶层的两个边缘或一个边缘上,固是单位长度而不是单位面积受力,单位是KN/m
拉伸强度
拉伸强度又称均匀扯离强度、正拉强度,是指粘接受力破坏时,单位面积所承受的拉伸力,单位用MPa(N/mm2)表示
剥离强度
剥离强度是在规定的剥离条件下,使粘接件分离时单位宽度所能承受的大载荷,其单位用KN/m表示
2、胶粘剂的常见检测项目
1.物理性能
常规性能:厚度;粘度;耐水性
机械测试:拉伸性能;剥离强度;拉伸剪切强度;压缩剪切强度;水平和垂直持粘性
燃烧性能:水平燃烧;垂直燃烧;灼热丝燃烧
电性能:缘材料表面和体积电阻率;防静电材料表面电阻率;介电强度、击穿电压;耐电压
2.老化测试
紫外老化;氙灯老化;耐温湿老化;盐雾老化 ;老化后外观及性能评价
3.成分分析
主成分定性分析;全成分定性分析;全成分定量分析;灰分含量
4.性
温湿循环;温度冲击;防水防尘;振动测试
3、胶黏剂的现行相关标准
GB 18581-2009室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量
GB/T 2791-1995胶黏剂T剥离强度试验方法 挠性材料对挠性材料
GB 18581-2009室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量
GB/T 27934.3-2011纸质印刷品覆膜过程控制及检测方法
GB/T 2794-2013胶黏剂黏度的测定 单圆筒旋转黏度计法
GB/T 16585-1996硫化橡胶人工气候老化(荧光紫外灯)试验方法
GB/T 7124-2008胶粘剂剪切强度
ASTM D 1781-1998胶黏剂滚筒剥离试验方
一年一度的橡胶交流盛会即将到来,2024年第十六届橡胶技术交流会定于 6月21日- 23日在常州举行。
会议由橡胶技术网主办,江苏赛捷新材料有限公司协办,以“分享知识,创造价值”为宗旨,邀请国内橡胶企业的专家老师,橡胶同仁前来交流学。
橡胶技术交流会内容实用,会议期间举办橡胶新材料、新设备、新产品发布会,橡胶订单供需对接会,橡胶技术沙龙、篮球友谊赛等活动。
【会议通知】2024年第十六届橡胶技术交流会将在常州举办(6月21-23日)