湘潭氟橡胶包尼龙胶水性价比高的厂家
九、硅橡胶:简称Q或MVQ
用途:主要用于军事与航空航天工业的密封减震、电缘材料和涂料,以及医疗卫生制品。
优点:柔顺性较好,耐高温耐严寒(-100至300℃),耐臭氧老化、耐热氧老化、耐光老化、耐天候老化的性能,电缘的性能良好。
缺点:常温下硫化胶的抗张强度、撕裂强度和耐磨耗性能低,成本高一些。
十、氟橡胶:简称FPM
用途:用于尖端技术与工业部门的耐高温、耐油、耐腐蚀、耐高真空、耐辐射的密封与防护的制品。
优点:耐热性、耐臭氧、耐化学腐蚀、耐油性良好,气密性好。
缺点:耐寒性差。
十一、聚氨酯橡胶:简称PU
用途:用于高强度、高耐磨、耐油的制品,比如轮胎、胶辊、胶带、缓冲减震制品、耐辐射制品。
优点:机械强度高,弹性高、硬度高,耐寒性、耐油性、耐氧化、耐臭氧的性能好。
缺点:耐热性差,耐水性差,不耐酸碱腐蚀,动态生热量大。
十二、聚硫橡胶:简称T
用途:用于各种耐油制品和密封材料。液态聚硫橡胶可用于固体燃料推进剂的粘合剂。
优点:耐油性能好。
缺点:耐热性很差,价格较贵。
十三、丙烯酸酯橡胶:简称ACM
用途:用于耐油、耐热的橡胶零部件,比如汽车油封以及与油接触的电缘部件。
优点:耐氧化、耐臭氧、耐油性、耐热性良好。
缺点:耐寒性、耐水性的性能差。
十四、氯醚橡胶:也称为氯醇橡胶。比如,均聚物氯醚橡胶(简称CHR或CO)、共聚物氯醚橡胶(简称CHC或ECO),就是常见的氯醚橡胶。
用途:用于汽车、飞机、仪器仪表的配件。
优点:耐油性、耐寒性、耐热性、耐臭氧性良好,气密性良好,粘着力佳。
缺点:耐磨性较差。
十五、丁吡橡胶:简称PBR
用途:用于高级耐油橡胶制品。其胶乳常用于帘布增粘性浸渍液。
优点:耐油性、耐寒性、耐酯类溶剂的性能,粘着性能良好。
缺点:在空气中耐高温性能差;与其他橡胶并用。
十六、氯磺化聚乙烯橡胶:简称CSR或CSPE
用途:用于耐热、耐油、耐化学腐蚀的工业密封垫圈、衬里、涂层和胶管,电线、电缆的外包皮,以及耐燃、耐天候制品。
优点:耐臭氧、耐天候、耐热等老化性能良好;物理机械性能良好,耐磨性能好;耐化学腐蚀、耐热性、耐油性良好;工艺加工性能好。
缺点:低温弹性差,压缩永久变形较大,自粘和互粘性差。
上述各种橡胶的优缺点是相对的,可以通过添加各种配合剂,或改性等办法,来减少甚至避免某些缺点,提高橡胶制品的性能。
热硫化工艺参数对粘接性能的影响
氟橡胶热硫化胶水的最终性能高度依赖工艺控制。典型硫化温度范围为160-180℃,压力需保持在0.5-2MPa之间,时间根据制品厚度通常为10-30分钟。温度过低会导致交联密度不足,过高则可能引起胶水分解;压力不足易产生气泡,过高则可能造成胶层过薄。预热处理(80-100℃预热5分钟)能显著改善胶水流动性和浸润性。特殊配方胶水可采用分段硫化工艺,如先低温定型后高温强化,这对复杂几何形状零件的粘接尤为重要。
胶接是通过具有黏附能力的物质,把同种或不同种材料牢固地连接在起的方法。具有黏附能力的物质称为胶粘剂或黏合剂,被胶接的物体称为被粘物,胶粘剂和被黏物构成的组件称为胶接接头。其主要优点是操作简单、生产率高;工艺灵活、、简便;接头、牢固、美观产品结构和加工工艺简单;省材、省力、成本低、变形小。容易实现修旧利废接技术可以有效地应用于不同种类的金属或非金属之间的联接等。
胶粘剂的组成
一
胶粘剂的组成
现在使用的胶粘剂均是采用多种组分合成树脂胶粘剂,单一组分的胶粘剂已不能满足使用中的要求。合成胶粘剂由主剂和助剂组成,主剂又称为主料、基料或粘料;助剂有固化剂、稀释剂、增塑剂、填料、偶联剂、引发剂、增稠剂、防老剂、阻聚剂、稳定剂、络合剂、乳化剂等,根据要求与用途还可以包括阻燃剂、发泡剂、消泡剂、着剂和防霉剂等成分。1.主剂主剂是胶粘剂的主要成分,主导胶粘剂粘接性能,同时也是区别胶粘剂类别的重要标志。主剂一般由一种或两种,甚至三种高聚物构成,要求具有良好的粘附性和润湿性等。通常用的粘料有:·天然高分子化合物如蛋白质、皮胶、鱼胶、松香、桃胶、骨胶等。2)合成高分子化合物①热固性树脂,如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、脲醛树脂、有机硅树脂等。②热塑性树脂,如聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇及缩醛类树脂、聚苯乙烯等。③弹性材料,如丁腈胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶等。④各种合成树脂、合成橡胶的混合体或接枝、镶嵌和共聚体等。
2.助剂为了满足特定的物理化学特性,加入的各种辅助组分称为助剂,例如:为了使主体粘料形成网型或体型结构,增加胶层内聚强度而加入固化剂(它们与主体粘料反应并产生交联作用);为了加速固化、降低反应温度而加入固化促进剂或催化剂;为了提高耐大气老化、热老化、电弧老化、臭氧老化等性能而加入防老剂;为了赋予胶粘剂某些特定性质、降低成本而加入填料;为降低胶层刚性、增加韧性而加入增韧剂;为了改善工艺性降低粘度、延长使用寿命加入稀释剂等。包括:1)固化剂固化剂又称硬化剂,是促使黏结物质通过化学反应加快固化的组分,它是胶粘剂中主要的配合材料。它的作用是直接或通过催化剂与主体聚合物进行反应,固化后把固化剂分子引进树脂中,使原来是热塑性的线型主体聚合物变成坚韧和坚硬的体形网状结构。固化剂的种类很多,不同的树脂、不同要求采用不同的固化剂。胶接的工艺性和其使用性能是由加人的固化剂的性能和数量来决定的。2)增韧剂
增韧剂的活性基团直接参与胶粘剂的固化反应,并进入到固化产物形成的一个大分子的链结构中。没有加入增韧剂的胶粘剂固化后,其性能较脆,易开裂,实用性差。加入增韧剂的胶接剂,均有较好的抗冲击强度和抗剥离性。不同的增韧剂还可不同程度地降低其内应力、固化收缩率,提高低温性能。
常用的增韧剂有聚酰胺树脂、合成橡胶、缩醛树脂、聚砜树脂等。
3)稀释剂稀释剂又称溶剂,主要作用是降低胶粘剂粘度,增加胶粘剂的浸润能力,改善工艺性能。有的能降低胶粘剂的活性,从而延长使用期。但加入量过多,会降低胶粘剂的胶接强度、耐热性、耐介质性能。常用的稀释剂有丙酮、漆料等多种与粘料相容的溶剂。4)填料填料一般在胶黏剂中不发生化学反应,使用填料可以提高胶接接头的强度、抗冲击韧性、耐磨性、耐老化性、硬度、高使用温度和耐热性,降低线膨胀系数、固化收缩率和成本等。常用的填料有氧化铜、氧化镁、银粉、瓷粉、云母粉、石棉粉、滑石粉等。5)改性剂改性剂是为了改善胶黏剂的某一方面性能,以满足要求而加入的一些组分,如为增加胶接强度,可加入偶联剂,还可以加入防腐剂、防霉剂、阻燃剂和稳定剂等。
二
胶粘剂的分类
按成分来分类
胶粘剂种类很多,比较普遍的有:脲醛树脂胶粘剂、聚醋酸乙烯胶粘剂、聚丙烯酸树脂胶粘剂,聚丙烯酸树脂、聚氨酯胶粘剂、热熔胶粘剂、环氧树脂胶粘剂、合成胶粘剂等等。
1、有机硅胶粘剂
是一种密封胶粘剂,具有耐寒、耐热、耐老化、防水、防潮、伸缩疲劳强度高、永久变形小、等特点。近年来,此类胶粘剂在国内发展迅速,但目前我国有机硅胶粘剂的原料部分依靠。
2、聚氨酯胶粘剂
能粘接多种材料,粘接后在低温或温时仍能保持材料理化性质,主要应用于制鞋、包装、汽车、磁性记录材料等领域。
3、聚丙烯酸树脂
主要用于生产压敏胶粘剂,也用于纺织和建筑领域。
建筑用胶粘剂:主要用于建筑工程装饰、密封或结构之间的粘接。
4、 热熔胶粘剂
根据原料不同,可分为EVA热熔胶、聚酰胺热熔胶、聚酯热熔胶、聚烯烃热熔胶等。目前国内主要生产和使用的是EVA热熔胶。聚烯烃系列胶粘剂主要原料是乙烯系列、SBS、SIS共聚体。
5、环氧树脂胶粘剂
可对金属与大多数非金属材料之间进行粘接,广泛用于建筑、汽车、电子、电器及日常家庭用品方面
6、脲醛树脂、酚醛、三聚氰胺-甲醛胶粘剂
主要用于木材加工行业,使用后的甲醛释放量高于标准。
木材加工用胶粘剂:用于中密度纤维板、石膏板、胶合板和刨花板等
7、合成胶粘剂
主要用于木材加工、建筑、装饰、汽车、制鞋、包装、纺织、电子、印刷装订等领域。目前,我国每年合成胶粘剂近20万吨,品种包括热熔胶粘剂、有机硅密封胶粘剂、聚丙烯酸胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、汽车用聚氯乙烯可塑胶粘剂等。同时,每年出口合成胶粘剂约2万吨,主要是聚醋酸乙烯、聚乙烯酸缩甲醛及压敏胶粘剂。
按用途来分类
1、密封胶粘剂
主要用于门、窗及装配式房屋预制件的连接处。高档密封胶粘剂为有机硅及聚氨酯胶粘剂,中档的为氯丁橡胶类胶粘剂、聚丙烯酸等。在我国,建筑用胶粘剂市场上,有机硅胶粘剂、聚氨酯密封胶粘剂应是今后发展的方向,目前其占据建筑密封胶粘剂的销售量为30%左右。
2、建筑结构用胶粘剂
主要用于结构单元之间的联接。如钢筋混凝土结构外部修补,金属补强固定以及建筑现场施工,一般考虑采用环氧树脂系列胶粘剂。
3、汽车用胶粘剂
分为4种,即车体用、车内装饰用、挡风玻璃用以及车体底盘用胶粘剂。
目前我国汽车用胶粘剂年消耗量约为4万吨,其中使用量大的是聚氯乙烯可塑胶粘剂、氯丁橡胶胶粘剂及沥青系列胶粘剂。
4、包装用胶粘剂
主要是用于制作压敏胶带与压敏标签,对纸、塑料、金属等包装材料表面进行粘合。纸的包装材料用胶粘剂为聚醋酸乙烯乳液。塑料与金属包装材料用胶粘剂为聚丙烯酸乳液、VAE乳液、聚氨酯胶粘剂及氰基丙烯酸酯胶粘剂。
5、电子用胶粘剂
消耗量较少,目前每年不到1万吨,大部分用于集成电路及电子产品,现主要用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅胶粘剂。用于5微米厚电子元件的封端胶粘剂我们可以自己供给,但3微米厚电子元件用胶粘剂需从国外。
6、制鞋用胶粘剂
年消费量约为12.5万吨,其中氯丁橡胶类胶粘剂需要11万吨,聚氨酯胶粘剂约1.5万吨。由于氯丁橡胶类胶粘剂需用苯类作溶剂,而苯类对人体有害,应限制发展,为满足制鞋业发展需求,采用聚氨酯系列胶粘剂将是方向。
按物理形态来分类
1、密封胶
1.1 按密封胶硫化方法分类
(1)湿空气硫化型密封胶
此类密封胶系列用空气中的水分进行硫化。它主要包括单组分的聚氨酯、硅橡胶和聚硫橡胶等。其聚合物基料中含有活性基团,能同空气中的水发生反应,形成交联键,使密封胶硫化成网状结构。
(2)化学硫化型密封胶
双组分的聚氨酯、硅橡胶、聚硫橡胶、氯丁橡胶和环氧树脂密封胶都属于这一类,一般在室温条件下完成硫化。某些单组分的氯磺化聚乙烯和氯丁橡胶密封胶以及聚氯乙烯溶胶糊状密封胶则须在加热条件下经化学反应完成硫化。
(3)热转变型密封胶
用增塑剂分散的聚氯乙烯树脂和含有沥青的橡胶并用的密封胶是两个不同类型的热转变体系。乙烯基树脂增塑体在室温下是液态悬浮体,通过加热转化为固体而硬化;而橡胶-沥青并用密封胶则为热熔性的。
(4)氧化硬化型密封胶
表面干燥的嵌逢或安装玻璃用密封胶主要以干性或半干性植物油或动物油为基料,这类油料可以是精制聚合的、吹制的或化学改性的。
(5)溶剂挥发凝固型密封胶
这是以溶剂挥发后无粘性高聚物为基料的密封胶。这一类密封胶主要有丁基橡胶、高分子量聚异丁烯、一定聚合程度的丙烯酸酯、氯磺化聚乙烯以及氯丁橡胶等密封胶。
1.2 按密封胶形态分类
(1)膏状密封胶
此类密封胶基本上用于静态接缝中,使用期一般为2年或2年以上。通常采用3种主体材料:油和树脂、聚丁烯、沥青。
(2)液态弹性体密封胶
此类密封胶包括经硫化可形成真正弹性状态的液体聚合物,它们具有承受重复的接缝变形能力。弹性体密封胶所使用的聚合物弹性体包括液体聚硫橡胶、巯端基聚丙烯醚、液体聚氨酯、室温硫化硅橡胶和低分子丁基橡胶等。该类密封胶通常配合成两个组分,使用时将两个组分混合。
(3)热熔密封胶
热熔密封胶又叫热施工型密封胶。指以弹性体同热塑性树脂掺合物为基料的密封胶。这类密封胶通常在加热(150~200℃)情况下经一定口型模型直接挤出到接缝中。热施工可改进密封胶对被粘基料的湿润能力,因此对大多数被粘基料具有良好的粘接力。一经放入适当位置,就冷却成型或成膜,成为收缩性很小的坚固的弹性体。热施工密封胶的主体材料主要是异丁烯类聚合物、三元乙丙橡胶和热塑性的苯乙烯嵌段共聚物。它们通常同热塑性树脂如EVA、EEA、聚乙烯、聚酰胺、聚酯等掺合。
(4)液体密封胶
该类密封胶主要用于机械接合面的密封,用以代替固体密封材料即固体垫圈以机械内部流体从接合面泄漏。该类密封胶通常以高分子材料例如橡胶、树脂等为主体材料,再配以填料及其它组分制成。液体密封胶通常分不干性粘着型、半干性粘弹性、干性附着型和干性可剥型等4类。根据具体使用部位及要求选择。
1.3 按密封胶施工后性能分类
(1)固化型密封胶
固化型密封胶可分成刚性密封胶和柔性密封胶两种类型:a)刚性密封胶硫化或凝固后形成坚硬的固体,很少具有弹性;此类密封胶有的品种既起密封作用又起胶接作用,其代表性密封胶是以环氧树脂、聚酯树脂、聚丙烯酸酯、聚酰胺和聚乙酸乙烯酯等树脂为基料的密封胶。b)柔性密封胶在硫化后保持柔软性。它们一般以橡胶弹性体为基料。柔性变化幅度大,硬度(邵尔A)在10~80范围内。这类密封胶中有些品种是纯橡胶,大多数具有良好胶粘剂的性能。
(2)非固化型密封胶
这类密封胶是软质凝固性的密封胶,施工之后仍保持不干性状态。通常为膏状,可用刮刀或刷子用到接缝中,可以配合出许多不同粘度和不同性能的密封胶。
2、按胶粘剂硬化方法分类
低温硬化代号为a;常温硬化代号为b;加温硬化代号为c;适合多种温度区域硬化代号为d;与水反应固化代号为e;厌氧固化代号为f;辐射(光、电子束、放射线)固化代号为g;热熔冷硬化代号为h;压敏粘接代号为i;混凝或凝聚代号为j,其他代号为k。
3、按胶粘剂被粘物分类
多类材料代号为A;木材代号为B;纸代号为C;天然纤维代号为D;合成纤维代号为E;聚烯烃纤维(不含E类)代号为F;金属及合金代号为G;难粘金属(金、银、铜等)代号为H;金属纤维代号为I,无机纤维代号为J;透明无机材料(玻璃、宝石等)代号为K;不透明无机材料代号为L;天然橡胶代号为M;合成橡胶代号为N;难粘橡胶(硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶)代号为O,硬质塑料代号为P,塑料薄膜代号为Q;皮革、合成革代号为R,泡沫塑料代号为S; 难粘塑料及薄膜(氟塑料、聚乙烯、聚丙烯等)代号为T;生物体组织骨骼及齿质材料代号为U;其他代号为V。
4、胶水状态
无溶剂液体代号为1;2有机溶剂液体代号为2;3水基液体代号为3,4膏状、糊状代号为4,5粉状、粒状、块状代号为5;6片状、膜状、网状、带状代号为6;7丝状、条状、棒状代号为7。
5、其它胶粘剂: (不常用到)
金属结构胶、聚合物结构胶、光敏密封结构胶、其它复合型结构胶
热固性高分子胶:环氧树脂胶、聚氨酯(PU)胶、氨基树脂胶、酚醛树脂胶、丙烯酸树脂胶、呋喃树脂胶、间笨二酚-甲醛树脂胶、二甲笨-甲醛树脂胶、不饱和聚酯胶、复合型树脂胶、聚酰亚胺胶、脲醛树脂胶、其它高分子胶
密封胶粘剂:室温硫化硅橡胶、环氧树脂密封胶、聚氨酯密封胶、不饱和聚酯类、丙烯酸酯类、密封腻子、氯丁橡胶类密封胶、弹性体密封胶、液体密封垫料、聚硫橡胶密封胶、其它密封胶
热熔胶:热熔胶条、胶粒、胶粉、EVA热熔胶、橡胶热熔胶、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚胺酯热熔胶、苯乙烯类热熔胶、新型热熔胶、聚乙烯及乙烯共聚物热熔胶、其他热熔胶
水基胶粘剂:丙烯酸乳液、醋酸乙烯基乳液、聚乙烯醇缩醛胶、乳液胶、其它水基胶
压敏胶(不干胶):胶水、胶粘带、无溶剂压敏胶、溶剂压敏胶、固化压敏胶、橡胶压敏胶、丙烯酸酯压敏胶、其它压敏胶
溶剂型胶:树脂溶液胶、橡胶溶液胶、其它溶剂胶
无机胶粘剂:热熔无机胶、自然干无机胶、化学反应无机胶、水硬无机胶、其它无机胶
热塑性高分子胶粘剂:固体高分子胶、溶液高分子胶、乳液高分子胶、单体高分子胶、其它热塑性高分子胶
天然胶粘剂:蛋白质胶、碳水化合物胶粘剂、其他天然胶
橡胶粘合剂:硅橡胶粘合剂、氯丁橡胶粘合剂、丁腈橡胶粘合剂、改性天然橡胶粘合剂、氯磺化聚乙烯粘合剂、聚硫橡胶粘合剂羧基橡胶粘合剂、聚异丁烯、丁基橡胶粘合剂、其它橡胶粘合剂
耐高温胶:有机硅胶、无机胶、高温模具树脂胶、金属高温粘合剂、其它耐高温胶
聚合物胶粘剂:丁腈聚合物胶、聚硫橡胶粘合剂、聚氯乙烯胶粘剂、聚丁二烯胶、过氯乙烯胶粘剂、其它聚合物胶
修补剂:金属修补剂、高温修补剂、紧急修补剂、耐磨修补剂、耐腐蚀修补剂、塑胶修补剂、其它修补剂
医用胶、纸品用胶、导磁胶、防磁胶、防火胶、防淬火胶、防淬裂胶、动物胶、植物胶、矿物胶、食品级胶粘剂、其它胶水。
固晶胶水
一、什么是固晶?
通过胶体(对于LED来说一般是导电胶或缘胶)把晶片粘结在支架的指定区域,形成热通路或电通路,为后序的打线连接提供条件的工序。
(一)、条件需求
材料
1、支架
2、固晶胶
固晶胶的种类:导电胶(银胶),缘胶(透明胶)。
固晶胶的用途:具有粘附性,导电性(银胶),导热性,以及反光性能(添加银粉形状)。
3、LED芯片
设备
固晶机,烘箱。
(二)、工艺流程
点胶
将碗杯内部点入固晶胶。
装片
在已点胶的碗杯内部放入LED芯片。
二、LED生产流程
三、固晶胶水的种类
根据工艺需求的不同,LED固晶胶一般可分为缘胶、导热白胶和导电银胶三类,其中以缘胶的应用为广泛。根据材料体系的不同可分为环氧固晶胶和有机硅固晶胶两大类,环氧固晶胶粘结力强,但耐热性差,易黄变,光衰严重,只能用于小功率低端产品;而有机硅固晶胶耐温性和耐候性好,不易黄变,适用范围更广。
四、固晶胶水工艺的技术要求
固晶无论是何种技术方案,归结到生产中的具体要求,主要有以下四点:点是精度,基于芯片微缩化、pitch超小、芯片巨量转移,平面度和超大尺寸等特点,需要die bond设备更高精度和稳定;第二点是效率,无论是背光和显示,都需要大量LED芯片以及锡膏的时效性,此外量产的成本都推动die bond设备转移效率的提高;第三点是差,由于芯片制造工艺、LED封装工艺、驱动IC和电路控制以及基板的制作工艺都会导致显示效果的差异,因而die bond具备混打功能;一点便是良率,无论是背光还是直显,都面临修补的问题,尤其是直显,成品需要达到99.999%, die bond设备良率越高,自然就减少修补成本。
五、固晶锡膏与固晶银胶的比较
LED 热管理设计一直是热门话题,也是影响 LED 发光性能及性的关键技术之一。对于 LED 器件来说,主要的散热路径是 LED 芯片产生的热量通过固晶层再到热沉,如果固晶质量不控制好,则固晶层的热阻将是散热路径的瓶颈所在,从而引起结温升高。常见的几种固晶方式以及相应的固晶材料。LED芯片主要有正装及倒装两种结构,而正装又分为垂直和水平结构。对于垂直LED芯片,常见固晶采用银胶,主要是为了导电、散热、固定芯片,存在的缺点是银胶会吸光;对于水平结构的LED芯片,常见固晶采用透明缘胶,主要是为了缘并提高亮度,因为它可以发挥反射杯的反射率,从这方面来说,对于小功率LED器件,一般缘胶可比银胶提高亮度。但是银胶的热导率比缘胶较高,目前市面上银胶热导率可高达40 W / (m*k),因此,大功率LED大多数采用银胶固晶。还有一种应用于功率型LED 器件的固晶材料——固晶锡膏,固晶锡膏是以热导率为 60 W / m*k 左右的锡、银、铜等金属合金作基体的键合材料。但目前固晶锡膏很多是应用在倒装芯片的固晶上,倒装芯片可实现高功率密度,因为其固晶层较接近发光层,热阻可大大降低,而且没有焊线可以缩小固晶间距。
常见的倒装芯片固晶有两种,一种是芯片底部有固晶金属层,即带有一层纯锡或金锡共晶合金作接触面镀层,可实现与有镀金或银的基板的粘合。还有一种是倒装芯片底部没有固晶金属层,可使用固晶锡膏实现两个电与基板之间的粘合。另外,固晶锡膏通过回流炉焊接只需 5-7 min,相对于通用银胶的 30-90 min,固晶速度快,但是导电银胶的基体树脂是一种胶黏剂, 可以选择适宜的固化温度进行粘接, 如环氧树脂胶黏剂可以在室温至 150℃ 固化, 远低于锡铅焊接的 200℃ 以上的焊接温度, 这就避免了焊接高温可能导致的材料变形、电子器件的热损伤和内应力的形成。而且固晶锡膏常有空洞率的问题,因此,固晶方式和固晶材料之间的选择要综合应用场合及成本考虑。
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3 M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。
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,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5~10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10~30 份之间。目前常用的补强填充剂大致上有热裂法炭黑(N-990)、喷雾炭黑、白炭黑、碳酸钙、硫酸钡、氧化钙、碳纤维等。
采用从加拿大的N-990 炭黑或喷雾炭黑,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份碳纤维的氟橡胶,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。由于含碳纤维的胶料热导率大,适合高速运动的橡胶件使用。应该指明的是,加入碳纤维的产品成本高,伸长率低。
彩氟橡胶制品可以使用白炭黑、钛白粉、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、Ws280、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。
早的氟橡胶为1948 年美国DuPont 公司试制出的聚-2-氟代-1,3-丁二烯及其与苯乙烯、丙烯等的共聚体,其性能并不比氯丁橡胶、丁橡胶突出,而且价格昂贵,没有实际工业价值。20世纪50 年代后期,美国Thiokol 公司开发了一种低温性能好、耐强氧化剂(N2O4)的二元亚硝基氟橡胶。氟橡胶开始进入实际工业应用。中国从1958 年开始也开发了多种氟橡胶,主要为聚烯烃类氟橡胶,如23 型、26 型、246 型以及亚硝基类氟橡胶;随后又发展了较新品种的四丙氟橡胶、全氟醚橡胶、氟化磷橡胶。这些氟橡胶品种都首先以航空、航天等国防军工配套需要出发,逐步推广应用到民用工业部门,已应用于现代航空、导弹、火箭、宇宙航行、舰艇、原子能等尖端技术及汽车、造船、化学、石油、电讯、仪器、机械等工业领域。
氟橡胶在日常生活中的应用领域广泛,譬如在汽车配件、航空与航天领域、机械密封、泵、反应器、搅拌器、压缩机外壳、阀、各类仪表和其它设备上用作阀座、阀杆的填料,隔膜和垫片,以及在橡胶板行业、半导体制造行业和食品与制等行业都很发挥其作用。
随着无铅汽油和电喷装置等在汽车上使用,燃油胶管的结构和材料变化很大,内胶层已用氟橡胶来代替丁腈橡胶,为了降低燃油渗透和进一步改进耐热性,内胶层多采用复合结构,即由氟橡胶和氯醇橡胶或丙烯酸酯橡胶组成,由于氟橡胶价格比较昂贵,因此氟橡胶层比较薄,厚度约为0.2~0.7 mm。这种结构燃油胶管已成为国外的主流产品。我国也已开发出这种氟橡胶为内层的胶管,并在桑塔纳、奥迪、捷达、富康等型号的轿车上使用。在技术含量较高的汽车发动机、变速箱、汽门油封方面,所选用的材料主要是氟橡胶、氢化丁腈橡胶等。氟橡胶和硅橡胶复合油封已成为常用的发动机曲轴油封。装卸车液压系统和大型装卸车液压系统连续工作时间长,油温及机件温度上升很快,普通橡胶不能满足其工作要求,而氟橡胶制品凭其优良的耐温性能,能满足各种苛刻的技术要求。伴随着汽车工业对性、性等要求的不断提升,氟橡胶在汽车行业中的需求量也呈现出迅速增长趋势。除汽车工业应用以外,氟橡胶密封件被应用在钻井机械、炼油设备、天然气以及电厂脱硫装置上,可以同时承受高温、高压、油类和强腐蚀介质等苛刻条件;在化工生产中氟橡胶密封件被用在泵、设备容器之中,用于密封无机酸、有机物等化学物质。在石油和化学工业中氟橡胶密封产品用于机械密封、泵、反应器、搅拌器、压缩机外壳、阀、各类仪表和其它设备上,如通常用作阀座、阀杆的填料,隔膜和垫片。氟橡胶更是现代航空、导弹、火箭、宇宙航行、舰艇、原子能等尖端科学技术不可缺少的高性能材料之一,近些年在航空和航天领域中,氟橡胶新产品不断地开发出来。
2· 氟橡胶的主要性能
氟橡胶具有的性能,其硫化胶各项性能分别叙述如下。
(1)耐腐蚀性性能:氟橡胶具有的耐腐蚀性能。一般说来它对有机液体(燃料油、溶剂、液压介质等)、浓酸(硝酸、硫酸、盐酸)、高浓度过氧化氢和其他强氧化剂作用的稳定性方面,均优于其他各种橡胶。
(2)耐溶胀性能:氟橡胶具有高度的化学稳定性,是目前弹性体中耐介质性能好的一种。26 型氟橡胶耐石油基油类、双酯类油、硅醚类油、硅酸类油,耐无机酸,耐多数的有机、无机溶剂、品等,仅不耐低分子的酮、醚、酯,不耐胺、氨、氢氟酸、氯磺酸、磷酸类液压油。23 型氟胶的介质性能与26 型相似,且更有之处,它耐强氧化性的无机酸如发烟硝酸、浓硫酸性能比26 型好,在室温下98%的HNO3中浸渍27 天它的体积膨胀仅为13%~15%。
(3)耐热和耐高温性能:在耐老化方面氟橡胶可以和硅橡胶相媲美,优于其他橡胶。26 型氟橡胶可在250 ℃下长期工作,在300 ℃下短期工作,23 型氟橡胶经200 ℃×1 000 h 老化后仍具有较高的,也能承受250 ℃短期高温的作用。四丙氟橡胶的热分解温度在400 ℃以上,能在230 ℃下长期工作。氟橡胶在不同温度下性能变化大于硅橡胶和通用的丁基橡胶,其拉伸强度和硬度均随温度的升高而明显下降,其中拉伸强度的变化特点是:在150 ℃以下,随温度的升高而迅速降低,在150~260 ℃之间,则随温度的升高而下降较慢。
氟橡胶的耐高温性能和硅橡胶一样,可以说是目前弹性体中好的。26-41 氟胶在250 ℃下可长期使用,300 ℃下短期使用;246 氟胶耐热比26-41 还好。在300 ℃×100 h 空气热老化后的26-41 的物性与300 ℃×100 h 热空气老化后246 型的性能相当,其扯断伸长率可保持在100%左右,硬度90~95 度。246 型在350 ℃热空气老化16 h之后保持良好弹性,在400 ℃热空气老化110 min之后保持良好弹性,在400 ℃热空气老化110 min之后,含有喷雾炭黑、热裂法炭黑或碳纤维的胶料伸长率上升约1 /2~1 /3,强度下降1 /2 左右,仍保持良好的弹性。23-11 型氟胶可以在200 ℃下长期使用,250 ℃下短期使用。
(4)耐低温性能:氟橡胶的低温性能不好,这是由于其本身的化学结构所致,如23-11 型的Tg >0 ℃。实际使用的氟橡胶低温性能通常用脆性温度及压缩耐寒系数来表示。胶料的配方以及产品的形状(如厚度)对脆性温度影响都比较大,如配方中填料量增加则脆性温度敏感地变坏,制品的厚度增加,脆性混同度也敏感地变坏。氟橡胶的耐低温性能一般它能保持弹性的限温度为-15~20 ℃。随着温度的降低,它的拉伸强度变大,在低温下显得强韧。当用作密封件时,往往会出现低温密封渗漏问题。其脆性温度随试样厚度而变化。例如26 型氟橡胶在厚度为1.87 mm时,其脆性温度是-45 ℃,厚度为0.63 mm 时是-53 ℃,厚度为0.25 mm 时是-69 ℃。它的标准试样26 型氟橡胶的脆性温度是-25~-30 ℃,246 型氟橡胶的脆性温度为-30~-40 ℃,23 型氟橡胶的脆性温度为-45~-60 ℃。
(5)耐过热水与蒸汽的性能:氟橡胶对热水作用的稳定性不仅取决于本体材料,而且决定于胶料的配合。对氟橡胶来说,这种性能主要取决于它的硫化体系。过氧化物硫化体系比胺类、双酚AF 类硫化体系为佳。26 型氟橡胶采用胺类硫化体系的胶料性能较一般合成橡胶如乙丙橡胶、丁基橡胶还差。
(6)压缩永久变形性能:氟橡胶用于高温下的密封中压缩变形是它的关键性能。维通型氟橡胶所以得到其广泛的应用是与它的压缩变形的改进分不开的。它是作为密封制品控制的一个重要性能。26 型氟橡胶的压缩永久变形性能较其他氟橡胶都好,这是它之所以获得广泛应用的原因之一。在200~300 ℃的温度范围内其压缩永久变形显得很大。但在20 世纪70 年代美国DuPont 公司对其进行了改进,发展了一种低压缩永久变形胶料(Viton E-60C),它是从生胶品种(Viton A 改进为Viton E-60)和硫化体系选择上(从胺类硫化改进为双酚AF 硫化)进行改进的,这就使氟橡胶在200 ℃高温下长期密封时的压缩永久变形性较好,氟橡胶在149 ℃长期存放的条件下,其密封保持率在各类橡胶中处于领先的。
(7)耐气候老化和耐臭氧性能:氟橡胶具有好的耐天候老化性,耐臭氧性能。据报道,DuPont 开发的VitonA 在自然存放10 年之后性能仍然令人满意,在臭氧体积分数为0.01%的空气中经45 天作用没有明显龟裂。23 型氟橡胶的耐天候老化、耐臭氧性能也好。
(8)机械性能:氟橡胶一般具有较高的拉伸强度和硬度,但弹性较差。26 型氟橡胶一般配合的在10~20 MPa 之间,扯断伸长率在150~350%之间,抗撕裂强度在3~4 kN /m 之间。23 型氟橡胶在15.0~25 MPa 之间,伸长率在200%~600%,抗撕裂强度在2~7 MPa 之间。一般地,氟橡胶在高温下的压缩永久变形大,但是如果以相同条件比较,如从150 ℃下的同等时间的压缩永久变形来看,丁和氯丁橡胶均比26 型氟胶要大,26 型氟橡胶在200 ℃×24 h 下的压缩变形相当于丁橡胶在150 ℃×24 h 的压缩变形。
(9)电性能:氟橡胶的电缘性能不是太好,只适于低频低压下使用。温度对它的电性能影响很大,从24 ℃升到184 ℃时,其缘电阻下降35 000 倍。26 型氟橡胶的电缘性能不是太好,只适于低频,低电压场合应用。温度对其电性能影响很大,即随温度升高,缘电阻明显下降,因此,氟橡胶不能作为高温下使用的缘材。填料种类和用量对电性能影响较大,沉淀碳酸钙赋予硫化胶较高的电性能,其他填料则稍差,填料的用量增加,电性能则随之下降。
(10)耐高真空性能:氟橡胶具有佳的耐真空性能。这是由于氟橡胶在高温、高真空条件下具有较小的放气率和小的气体挥发量。26 型、246 型氟橡胶能够应用于133×l0-9~133×10-10 Pa 的超高真空场合,是宇宙飞行器中的重要橡胶材料。氟橡胶的气透性是橡胶中较低的,与丁基橡胶、丁腈橡胶相近。填料的加入能使硫化胶的气透性变小,其中硫酸钡的效果较中粒子热裂法炭黑(MT)显著。氟橡胶的气透性随温度升高而增大,气体在氟橡胶中的溶解度较大,但扩散速度则很小,这有利于在真空条件下应用。氟橡胶对气体的溶解度比较大,但扩散速度却比较小,所以总体表现出来的透气性也小。据报道,26 型氟橡胶在30 ℃下对于氧、氮、氦、二氧化碳气体的透气性和丁基橡胶、丁橡胶相当,比氯丁胶、天然橡胶要好。在氟橡胶中,填料的加入,充填了橡胶内部的空隙,从而使硫化胶的气透性变小,这对于真空密封是很有利的。
(11)耐燃性能:橡胶的耐燃性取决于分子结构中卤素的含量。卤素含量愈多,耐燃性愈好。氟橡胶与火焰接触能够燃烧,但离开火焰后就自动熄灭,所以氟橡胶属于自熄型橡胶。
(12)耐辐射性能:氟橡胶是属于耐中等剂量辐射的材料。高能射线的辐射作用能引起氟橡胶产生裂解和结构化。氟橡胶的耐辐射性能是弹性体中比较差的一种,26 型橡胶辐射作用后表现为交联效应,23 型氟橡胶则表现为裂解效应。246 型氟橡胶在空气中常温辐射在5×107 仑的剂量下性能剧烈变化,在1×107 仑条件下硬度增加1~3,强度下降20%以下,伸长率下降30%~50%。所以,一般认为246 型氟橡胶可以耐1×107 仑,限为5×107 仑。
3· 氟橡胶的加工技术
高分子合成材料的氟橡胶合成技术并不是难的,关键之处在于氟橡胶的改性和加工技术。随着科技发展,国内外开发多种类型的氟橡胶,主要是通过改变聚合单体来实现氟橡胶的不同组成和性能。除单体组成外,加工过程中的硫化体系是决定氟橡胶物理性能的关键因素之一。目前已开发出的硫化体系有3 种:分子中含有2 个氨基的二胺化合物、含有2 个羟基的多元醇化合物、过氧化物及多官能化合物。其中,使用为广泛的是多元醇硫化体系,所使用的多元醇只限于双酚AF。与传统的二胺硫化体系相比,多元醇体系具有压缩永久变形小和抗焦烧性高两大优点。过氧化物硫化体系中的交联点含有更稳定的C—C键,因此其硫化胶的耐化学品的腐蚀性能更加。此外,含有醚的单体耐寒级氟橡胶,由于要从偏氟乙烯键上脱除氟化氢,所以采用过氧化物来进行硫化。
(1)氟橡胶的配方一般是由生胶、吸酸剂、硫化剂、促进剂、补强填充剂、加工助剂等组成。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,主要是穆尼粘度较高,影响胶料加工流动性。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,有不少已加好了硫化剂,美国3M 公司和日本大金公司供应的氟橡胶已经加好了硫化剂。
(2)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机理进行,也可以以过氧化物或射线以自由基机理进行。胺类化合物(1 号、3 号硫化剂)硫化氟橡胶,可以解决一般产品的要求;采用2 号硫化剂,可以解决胶浆的加工。在密封制品中,为使其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,以适合高层次的性能要求。在解决腐蚀介质的抗耐性上,建议采用过氧化物硫化氟橡胶。
(3)吸酸剂也称为稳定剂,是为了解决氟橡胶加工过程产生氟化氢对金属的腐蚀和污染,使硫化反应顺利进行。Ca(OH)2等。一般采用MgO、CaO、ZnO、PbO、二盐基亚磷酸铅,其用量一般在5~10 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,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)氟橡胶是一种自补强性能的橡胶。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10~30 份之间。目前常用的补强填充剂大致上有热裂法炭黑、喷雾碳黑、白炭黑、硫酸钙、硫酸钡、氧化钙、炭纤维等。用加拿大的N990 炭黑或喷雾碳黑,在黑制品中均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,胶料流动性好,加工硫化复杂形状产品之后,其外观好于N-990 和喷雾碳黑,表面光滑。由于炭纤维的胶料导热系数大,适合高速运动橡胶件的使用。应该指明的是,加入碳纤维的成本高,其伸长率低。彩氟橡胶制品可以使用白炭黑、钛白、氟化钙、碳酸钙等,并配用相应的颜料即可得到相应的胶料。但在加工压缩型密封制品时,在选用彩原料时,要注意颜料与高温的合理匹配,还要控制胶料的压缩变形值,以使产品适应压缩下的工作需要。
(5)加工助剂是近年来氟橡胶加工的一大进步。它是在不影响胶料发挥的前提下,能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、Ws280、棕榈蜡、模特丽935P 等新的加工助剂,为氟橡胶的加工和应用提供了新的手段。它的加入量一般只有1~2 份。
硫化剂加入量及其作用因为硫化体系、氟橡胶类型不同而有所不同,目前国内外主要采用多元醇硫化体系。增塑剂,国内通常使用硬脂酸盐或低相对分子质量氟橡胶。当胶料用量大,自动化程度高的挤出或注塑模压过程中,容易发生焦烧,同时需添加一定量的防焦剂。通常选用对硝基苯酚、对硝基苯甲酸、邻羟基苯甲酸和防焦剂NA。促进剂,使用多元醇硫化体系要求促进剂既要在混炼和加工阶段有较好的焦烧性能,又要具有较快的硫化速率。
(6)改性。尽管氟橡胶具有许多的性能,但也存在模压流动性差、易压缩变形、生胶加工工艺性能和硫化胶的物理性能不好等不足。为了解决氟橡胶的流动性,可以采用高相对分子质量和低相对分子质量氟橡胶合用,也可通过工艺调整,生产出宽相对分子质量分布的氟橡胶。为解决氟橡胶的压缩永久变形性能,可通过添加硫化的交联剂、促进剂和耐热助剂的方法使氟橡胶获得低的压缩永久变形性,从而解决并提高氟橡胶的物理机械性能。另外,还有采取添加无机填料的方式来对氟橡胶进行改性。
丙烯酸酯橡胶是氟橡胶或丙烯酸酯橡胶与丙烯酸酯塑料共混形成的新型热塑性弹性体。丙烯酸酯橡胶主要用于汽车工业而被称之为“汽车胶”。氟橡胶也主要应用于汽车。因此将氟橡胶与价格相对较低的丙烯酸酯橡胶共混,可以在性能不下降的前提下显著降低生产成本。含环氧化物硫化点的丙烯酸酯橡胶通过偶-偶相互作用,与氟橡胶形成可混溶的共混胶,从而改善了共混胶的力学性能。
4· 应用实例
4.1 耐油FKM 混合料
氟橡胶材料密封件适用于要求高热温和高化学稳定性的环境。针对高添加剂、润滑剂等环境,MOK 研制出了的FKM 混合物。在选择密封件适用材料时,除考虑密封件所处温度范围外,还需考虑与之接触的液体或气体性质。弹性体的膨胀或收缩以及化学稳定性都是影响密封件稳定性的重要因素。
这些材料可以耐受高达200 ℃的温度,取决于聚合物结构和交联作用系统。二胺、双酚或过氧化物会产生交联作用。氟含量决定化学稳定性,氟含量越高,FKM 材料就越能够耐受高度侵蚀性的环境。
对于公共车辆和移动式机械,密封材料需要满足对温度和周围介质为苛刻的应用条件。由于高机油添加剂含量以及工作温度的日益升高,温度和化学稳定性的要求越来越严格。MOK 为动力应用研制的低温混合剂70FKM8086和70FKM2010122具有良好的膨胀特性、抗磨蚀度和缓冲性能。材料70FKM2010122 适用于生物柴油或低粘度润滑剂。发动机和驱动器的新一代长寿油可将使用寿命延长一千多小时。这类油液主要是矿物油,胺添加剂含量高。
4.2 耐碱FKM 材料
耐碱型FKM 材料用于轴和驱动器的标准FKM材料采用双酚交联共聚物或三聚物,会受到这些高添加剂油的化学损伤腐蚀。正是基于这一原因,耐碱型(BRE)FKM 材料面世了。这种材料在高添加剂油中具有高度稳定性。将材料75FKM2010128在150 ℃高温下与侵蚀性CastrolSAF XO 机油接触168 h 后,其机械特性只发生了轻微变化,而标准FKM 材料在同一条件下断裂点延长率降低50%以上,大大影响了密封件的功能性。新型高性能材料75FKM2010128 在侵蚀性长寿机油中试运行即使超过1 000 h,仍能保持良好的密封性。因此,新型BRE-FKM 材料在侵蚀性润滑剂中具有好的耐久性以及更长的使用寿命。MOK 生产多个FKM 材料系列,从标准型号到具有高耐化学性的改性混合材料,一直到适用于动力应用的低温弹性材料,以及优化后具有长寿耐磨特性的75FKM2010129 材料。
由于氟橡胶的技术性能,因而其应用领域不断拓展,制品类型越来越多,主要制品有胶布、胶带、胶管、薄膜和浸渍制品用氟橡胶制造各种胶管及复合胶管,用于输油管、耐高温和高压的液压胶管、空气导管和热液体导管以及各种密封材料。用氟橡胶制造胶膜作耐腐蚀介质的泵、阀中的隔膜,广泛用于的领域。用氟橡胶的浆料涂于玻璃纤维布、聚酯纤维布和其他纺织品上,可制成耐燃容器、耐高温垫片、不燃性胶布、防护衣及防护手套等。缘材料主要用作耐高温、耐油和耐压的电缆和电线护套。制造石棉纸的泊板氟橡胶可取代其他橡胶制造石棉纸泊板,具有耐高温和耐高压性能,还可用作物料管的法兰垫片,广泛应用于化工、轻工和机器制造等领域。
4.3 氟橡胶制品及应用
密封材料用氟橡胶可以制成多种用途的垫圈、阀门密封垫圈、○型密封圈、V 型密封圈、皮碗、油封和波纹连接管等。这些制品能耐200 ℃以上的温度,在各类油介质的环境下不变形。氟橡胶密封材料在国内主要应用于汽车和航空航天领域,目前国内汽车零部件用氟橡胶材料的主要制品有发动机的曲轴前油封、曲轴后油封、气门缸油封、发动机膜片、发动机缸套阻水圈、加油软管、燃油软管、机油滤清器单问阀、加油口盖○型环、变速箱及减速器的油封等等。氟橡胶、硅橡胶和丙烯酸酯橡胶及耐热弹性体成为未来汽车用橡胶材料的发展趋势和主流,许多汽车零部件采用性能更为的氟橡胶来替代传统的材料。
氟橡胶密封件用于汽车发动机的密封时,可在200 ℃~250 ℃下长期工作,工作寿命可与发动机返修寿命相同;用于化学工业时,可密封无机酸(如140 ℃下的67%的硫酸、70 ℃的浓盐酸,90 ℃下30%的硝酸),有机溶剂(如氯代烃、苯、高芳烃汽油)及其它有机物(如丁二烯、苯乙烯、丙烯、苯酚、275 ℃下的脂肪酸等);用于深井采油时,可承受149 ℃和420 个大气压的苛刻工作条件;用于过热蒸汽密封件时,可在160~170 ℃的蒸汽介质中长期工作。在单晶硅的生产中,常用氟橡胶密封件以密封高温(300 ℃)下的介质—三氯氢硅、四氯化硅、砷化镓、三氯化磷、三氯乙烯以及120 ℃的盐酸等。
用氟橡胶制造的胶管适用于耐高温、耐油及耐特种介质场合。用氟橡胶制成的电线电缆屈挠性好,且有良好的缘性。氟橡胶制作的玻璃纤维胶布,能耐300 ℃的高温和耐化学腐蚀。芳纶布涂氟胶后,可以制作石油化工厂耐高温、耐酸碱类储罐间的连接伸缩管,可承受高压力、高温度和介质腐蚀,并对两罐的变形伸缩起缓冲减震连接作用。尼龙布涂氟胶后制成的胶布密封袋,作为炼油厂的内浮顶贮罐用软密封件,起到密封、减少油液面的挥发损失等作用。
23 型、四丙型氟橡胶主要用作耐酸、耐化学品的腐蚀性密封场合。羟基亚硝基氟橡胶主要用作防护制品和密封制品,以溶液形式作为不燃性涂料,应用于防火电子元件及纯氧中工作的部件。其溶液和液体橡胶可用喷涂、浇注等方法制造许多制品,如宇宙服、手套、管带、球等。也可用作玻璃、金属” 濑性体、织物的胶粘剂,制造海绵及接触火箭推进剂(N2O4)的垫圈、○型圈、胶囊、阀尹畴各类密封件等。G 型系列氟橡胶制作的密封件具有使用VitonA、B、E 等氟橡胶无法达到的耐高温蒸汽性、耐甲醇汽油或含高芳香烃汽油的性能;GLT 型氟橡胶、氯化磷橡胶、全氟醚橡胶等更具有宽广的使用温度范围,低温柔软性、弹性密封性等。全氟醚橡胶还具有突出的耐介质腐蚀性,在军工尖端技术中得到广泛应用。用氟橡胶制成的密封剂———腻子,耐燃料油性能突出,可在200 ℃左右的油中使用,被用作飞机整体油箱的密封材料。用氟橡胶制得的闭孔海绵,具有耐酸、耐油、宽广使用温度范围和良好的缘性,可用作火箭燃料、溶剂、液压油、润滑油及油膏的密封和火箭、导弹的减震材料,耐温达204 ℃,浸渍氟胶乳液的石棉纤维布,可制成石棉胶板,用于耐高温、耐燃烧和耐化学腐蚀性的场合。
5· 氟橡胶技术开发进程和发展趋势
自从氟橡胶问世以来,新产品开发层出不穷,目前新开发的氟橡胶品种很多,主要有聚烯烃类氟橡胶、亚硝基类氟橡胶、全氟醚橡胶和氟化磷腈橡胶等,并向高含氟、耐低温和耐碱方向发展。目前世界氟橡胶产量的60%以上用于汽车工业,氟橡胶正以优良的性能不断扩大应用领域。
5.1 新氟橡胶品种
目前,新开发的氟橡胶品种很多,主要有聚烯烃类氟橡胶、亚硝基类氟橡胶、全氟醚橡胶和氟化磷腈橡胶等,并向高含氟、耐低温和耐碱方向发展。近年来,开发的性能的品种主要有以下几种。
(1)全氟醚橡胶:是由全氟甲基乙烯基醚、四氟乙烯与全氟烯丙基醚三元共聚得到的一类弹性体,全氟醚橡胶在300 ℃的高温下也能保持橡胶的弹性特征;在耐化学性方面,一般氟化橡胶无法适用的醚类、胺基化合物、酮类、氧化剂、有机溶剂、燃料、酸、碱等环境中,全氟醚橡胶显示出其的稳定性,几乎对化学品都具有的耐受性。能耐除氟溶剂外的一切溶剂,接触过热蒸气的时间可长达1 年,在碱液中能使用3 000 h,能在260~290 ℃的温度下连续工作很长时间,是目前耐热性能好的橡胶。除了的耐化学性、耐热性,产品具有均质性,表面没有渗透、开裂和针孔等困扰。全氟醚橡胶密封零部件的长期功效,可以提高生产效益和减少维修费用,这些特征可以提高密封性能,延长运行周期,有效降低维护成本。
(2)偏氟乙烯系橡胶:偏氟乙烯在大于它的临界温度和临界压力时能发生高放热的聚合反应。偏氟乙烯树脂主要作为加工性能好的耐蚀材料,用于对防蚀有要求的装置、机器的防腐,有效地利用其物理和化学特性,作为装置零部件甚至整个工厂的工业材料,所做出的成绩遍及各个行业。因为其加工性能佳,以容易成型、熔接涂装、衬里获得好评。偏氟乙烯系橡胶耐热性能,耐候性、耐臭氧性、耐油性和耐化学性能均很好,主要用于苛刻条件下的○型密封圈、密封材料和垫片等工业用零件。
(3)聚氟代烷氧基磷腈弹性体(简称磷腈氟橡胶):含氟量低(30%~40%),对许多化学介质有的耐受能力,可以在170 ℃温度下长期工作,并具有良好的物理机械性能和宽广的使用温度范围,的耐低温性能,温度可达-230 ℃,性能类似于硅橡胶和其他氟橡胶,但能弥补硅橡胶机械强度低和氟橡胶耐低温性能差的特点,其拉伸强度为7~14 MPa,较耐磨,是一种新型具有好低温挠性的耐溶剂聚合物。
(4)四丙氟橡胶:由四氟乙烯与丙烯共聚得到的弹性体。具有的耐高温(200 ℃以上)和耐油性能。四丙氟橡胶是四氟乙烯与丙烯通过乳液聚合生成的共聚物。四丙氟橡胶可在200 ℃下连续使用,高使用温度可达230 ℃。四丙氟橡胶在200 ℃下连续使用寿命可达2 年。它具有耐高温和耐腐蚀性能,使用寿命较长,主要用于制造各种密封制品,如轴封、密封圈、○型密封圈,隔膜和防腐蚀衬里。
(5)不需硫化的氟化橡胶:具有氟橡胶的弹性和氟树脂优良的耐介质性能,在加热的情况下,与塑料加工工艺相同,可进行熔融、挤出、注射及模压加工,加工十分方便。高含氟橡胶适用于钢铁加工业用的耐溶剂洗涤辊、化工的挠性管接头、热交换器的密封材料、○型密封圈和燃料电池密封件等。G-555 适用于汽车燃料管、排气管,也可挤出成胶绳、胶条或胶片硫化后再进行裁断、粘接成大型○形密封圈及衬垫。
(6)高纯氟橡胶:污染小,主要用于液晶半导体制造。普通级产品耐磨性能,低磨擦产品具有较好的耐磨擦性能,具有的纯度和耐等离子性能。液体氟弹性体由日本的信越公司开发,品牌主要有两类,可在150 ℃下加工,具有优良的耐油、耐溶剂和耐低温性能(在-40 ℃下仍有弹性)。
5.2 氟橡胶技术开发趋势
大限度提高单体纯度是提高聚合物性能的重要手段。通过采用新工艺技术,偏氟乙烯、全氟丙烯和四氟乙烯单体纯度得到大提高。为改善氟橡胶的耐低温性、耐介质以及和加工性能,采用含全氟烷基烯醚、硅氧烷、亚硝基、含溴氟醚等改性基团的单体,开发出多种新型聚合单体,从而制得多种高性能特种氟橡胶产品。
氟橡胶生产技术发展趋势为改进间歇单釜聚合为连续双釜聚合,产量大,工艺和产品质量稳定。采用的相对分子质量分布控制技术,改变多年来的较宽相对分子质量分布为双峰分布;控制相对分子质量大小,降低生胶穆尼粘度值,满足挤出加工和复杂制件的浇铸成型的需要。近年来,杜邦和苏威公司开发了由可控聚合反应代替了常规的随机官能团共聚反应的新聚合工艺。
根据工艺类型,可控性聚合反应用来改进和控制聚合物结构,从而取代通过常规官能团聚合反应生成的共聚物。
国外大多数商用氟橡胶的供应采用预混胶形式,采用双酚硫化体系可降低制品的压缩永久变形。过氧化物硫化体系可以提高制品的耐油、耐水蒸汽性能。生产用过氧化硫化的氟橡胶时,可在聚合物主链上加入一种带硫化点的单体,改善其加工性能,以达到的要求。针对氟橡胶工艺复杂,技术难度大的特点,各生产厂商竞相提高装备自动化水平,采用现代检测技术,实现单体制备、聚合生产和炼胶等工艺参数的微机控制,做到密闭化、连续化,产品质量优良。
在实际应用中,针对苛刻的环境,开发了耐高低温性能范围更宽的、耐热水(水蒸汽)、耐含醇燃料、耐化学品性好的氟橡胶新品种,满足了工况的需要。氟橡胶发展至今已经形成系列多品种的特种橡胶。目前新型高性能的氟橡胶产品仍不断被开发出来。
6 ·结束语
中国氟橡胶企业不能继续走简单扩产而不重视提高产品技术含量和品质的老路。大力发展氟橡胶产业关系到国计民生、国家,提高氟橡胶的自给能力已是当务之急。
中国企业作为技术跟随者,在引进生产线和生产技术的基础上,应当做好消化吸收工作,积进行专利回输;分析外国公司的专利布状况,充分利用其无权专利和无效专利,避开其有效专利的技术封锁;借鉴国外企业的专利布经验,在自己的优势领域或者对方的弱势领域及技术空白点上构建结构合理的专利群,形成具有自身特的专利组合,运用专利策略保护自己的市场利益。
我国氟橡胶合成技术领域的研发实力和技术水平与美国、日本、欧洲的企业相比差距较大,存在较大的上升和提高空间,因此应重点扶持企业在部分技术上形成突破。国内氟橡胶生产企业应在提高生产技术水平和产品质量与应用上下功夫,加大特种单体、合成技术工艺、硫化工艺、硫化体系、产品形态开发的力度,加快开发耐低温氟橡胶、耐高温氟橡胶、宽温域氟橡胶等新的氟橡胶品种,提升综合竞争力。