登封氟橡胶热硫化胶水一桶能买吗
未来技术发展趋势
智能化方向:温致变色填料(如碘化汞)可实现硫化程度可视化监测;自修复型胶水通过Diels-Alder可逆键实现微裂纹自愈合。绿色化趋势:超临界CO2发泡技术可降低胶层密度20%且无VOCs排放。高性能化:石墨烯增强胶水的导热系数突破2W/m·K,适用于5G基站散热密封。工艺革新:微波选择性硫化技术可将能耗降低40%,时间缩短60%。这些创新将使氟橡胶热硫化胶水在保持核心性能优势的同时,向更高效、更环保的方向演进。
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引言
氟橡胶中含有氟原子,氟原子与碳原子组成的C-F键性能很高,同时氟原子有大的吸附效应,有赖于这种的分子结构,使得氟橡胶具有的耐热性、耐品性、耐溶剂性、耐氟化性、耐真空性、耐油性、耐老化等多种性能。氟橡胶早应用于航空领域,但应用广泛的是在汽车领域,占应用总量的60% ~ 70%。因此,从实际应用的角度出发,确保选择合适的氟橡胶是十分重要的。
1 分类[1-2]
FKM(美国)及FPM(欧洲)均为偏氟乙烯系氟橡胶的缩写,只因地域不同而有所差异,1956年首先由杜邦公司生产,商标为VITON。因为杜邦的度过高,很多人认为VITON就是FKM,但其实不然。氟橡胶的种类很多,性能也不尽相同。根据化学组成的不同,氟橡胶可大体上分为氟碳橡胶、氟硅橡胶、氟化磷腈橡胶。目前,比较常见的氟橡胶为以下几类:
1)氟橡胶23,国内俗称1号胶,为偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物;
2)氟橡胶26,国内俗称2号胶,杜邦牌号VITON A,为偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物,综合性能优于氟橡胶23;
3)氟橡胶246,国内俗称3号胶,杜邦牌号VITON B,为偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯三元共聚物,氟含量高于氟橡胶26,耐溶剂性能较好;
4)氟橡胶TP,国内俗称四丙氟橡胶FEPM,旭硝子牌号Aflas,为四氟乙烯和碳氢丙烯共聚物,耐水蒸气和耐碱性能;
5)偏氟醚橡胶,杜邦牌号VITON GLT,为偏氟乙烯、四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚、硫化点单体四元共聚物,低温性能;
6)全氟醚橡胶,简称FFKM,杜邦牌号Kalrez,低温性能,氟含量高,耐溶剂性能;
7)氟硅橡胶,低温性能,具有一定的耐溶剂性能。
2 性能分析与对比
2.1 机理分析
氟元素是已知的化学元素中电负性强的元素,C-F键能很高,如表1所示。氟原子半径很小,相当于C-C键长的一半,这使得氟原子能紧密的排列在碳原子的周围,形成了C-C键的保护屏障,这赋予了含氟高分子弹性体C-C键的化学惰性。
另外,由于氟原子的存在,在其强吸电子效应和对C-C键屏蔽保护作用下,使C-C键的键长缩短,键能增加。不仅如此,氟化了的碳原子与其他原子结合的键能也相应的有所提高,从而提高了含氟高分子弹性体的耐热性和耐腐蚀性,如表2。同时,氟原子也使含氟化合物化学键的自由旋转能大为增加,使氟碳弹性体分子的刚性增强,柔性和耐低温性能有所下降,如表3[3-4]。
2.2 试验结果对比
通过大量的对比试验,我们发现氟橡胶与其他类别相比,性能十分(见图1-4及表4)[3-4]。它的气体透过性较低,适用于高真空装置、隔断外界气体的用途;力学性能较好,但常温下弹性较差,其伸长率一般为150%~300%,撕裂强度20~40KN/n,拉伸强度10~25MPa;耐高温性能较好,氟橡胶26可在200~ 250℃范围内长期工作,或在300℃下短期工作,但耐低温性能一般,能保持弹性的限温度范围为-15~20℃。
从氟橡胶的生产工艺来看,它的配方一般包括生胶、硫化剂(交联剂)、催化剂、补强剂和助剂等几个方面。在满足所需交联度的条件下,硫化剂应尽量少用,虽然增加补强剂对机械强度的提高和电性能有利,但用量也不宜过多,否则对耐热性有很大影响。因此,生产工艺中氟含量、分子量、分子量分布、硫化剂浓度等系数的差异往往也是造成氟橡胶间特性差异的主要原因,如表5-9及图6所示[5-6]。
3 四丙氟橡胶FEPM、全氟醚橡胶FFKM与偏氟乙烯系氟橡胶FKM[7-8]
3.1 FEPM与FKM
FEPM与一般的FKM有很大区别,由于其不同的分子结构,它对碱、胺具有的耐久性能。同时具有耐热性以及电气缘性,由于耐蒸汽性较好,所以可用于其他FKM无法使用的用途中。具有偏氟乙烯单体的FKM对碱的耐久性相对较弱,相反,对汽油性的耐久性和低温柔软性都较好,图7是FEPM与FKM(二元系、三元系)的比较,我们由此也可以看出它们具有不同的特性,即使同属于氟橡胶,所擅长的领域也不同,因此,根据性能要求,需分开使用。
B Aflas(100系列)与FKM(二元系)的性能差异
3.2 FFKM与FKM
FFKM主要由四氟乙烯、全氟烷基乙烯基醚为主要单体,并与少量带硫化点的第三单体共聚而成。具有对高温及化学品及其稳定的结构,可抵抗1600多种化学品的腐蚀,其性有助于保持密封的完整性和性。这种突出的实用价值使它在工业上具有各种各样的应用。它的开发和应用代表了氟橡胶发展的高点。图8和表10是FFKM与FKM的比较,对比发现由于主链的四氟乙烯被氟化,性能发生了质的飞越。图9则是Kalrez常用牌号类型,可满足各种苛刻工况的要求。
图8 FFKM与FKM的比较
4 展望
氟橡胶因其的性能,已经得到了越来越广泛的应用,很好地解决了苛刻条件下的密封问题。随着人们对氟橡胶制造工艺的不断改进和应用的深入研究,未来,这一综合性能佳的密封材料势必在更多的领域得到推广应用。
参考文献
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作者不详 转载于 橡胶技术李秀权工作室公众号
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一、氟橡胶常用的硫化体系有三类:
①、胺类硫化体系:早的硫化体系1号、2号、3号硫化机都属于胺类。
②、双酚硫化体系:主流的硫化体系,主要为双酚AF,常配用促进剂BPP特点是脱模好,压缩永久变形好,强度稍低。
③、过氧化物硫化体系:高端的硫化体系,需生胶与助剂(OBSH发泡剂、促进剂)配合,普通生胶无法使用过氧化物硫化。特点是胶料强度高,耐化学介质性好,价格贵。
二、制作符合PAHS要求的氟橡胶注意事项
①、不能用双酚AF、BPP,直接用过氧化物硫化。
②、炭黑可以选择N990,Ca(OH)2可以不用。
③、食品级与符合PAHS是两个概念,这些原材料都满足不了食品级的要求。
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丙烯酸酯橡胶,氟橡胶并用操作要点及注意事项
1,丙烯酸酯橡胶(ACM)与氟橡胶(FPM)都是耐热耐油性能的特种橡胶,它们的相容性很好,可以任意比例共混并用.并用胶的性能大体相当于两种胶的加和值,据此可确定所用胶料的并用比例.
2,在氟橡胶中并入些ACM胶有两个好处,可以改善胶料的流动性,还可降低胶料的成本(单位体积的氟胶价约为ACM价的8倍).
3,并用操作可采用两种方式:生胶共混或用各自混炼胶共混.
4,生胶共混的混炼方法与氟胶基本相同,即把氟胶和ACM生胶按并用比例合在一起进行混炼.硫化体系宜采用3号硫化剂,硫化剂只能在胶料要使用前才能加入.加硫化剂时辊温和胶温不可过高(以不太烫手为宜),以防胶料焦烧.
加入硫化剂的胶料应在2天内用完为宜,尽量不要超过3天.
当氟胶需要用过氧化物作硫化剂时,并入的ACM宜选用AR-130型胶,因过氧化物对活性氯型ACM的硫化效果不是太好,并入较多可能会影响胶料的性能.
5,混炼胶共混并用方式是先把氟胶和ACM各自炼成混炼胶存放待用,在使用前按需要的并用比例把两种混炼胶都压成薄片,再均匀的混合在一起,存放一段时间(1-12小时)后返炼一次即可使用.
共混后的胶料*好在1天内用完,*多不要超过3天.过期易焦烧.
6,混炼胶共混并用所用的ACM胶可按下列配方进行配合:
(1),ACM 100
(2),硬脂酸 2
(3),防老剂TK100 3(2-5)
(4),氧化镁 3
(5),模得丽935P(可不加) (1.5)
(6),半补强碳黑 30(20-30)
(7),喷雾碳黑 25(20-40)
(8),硫黄 0.5
(9),3号硫化剂 2(2-3)
(10),防焦剂CTP(可不加) 0.5
混炼时不急用的胶料不能加入硫化剂,与氟橡胶共混前再加入.无硫化剂的混炼胶便于长时间存放.
7,并用胶如果发生焦烧,会在接头部位产生裂口和气泡,焦烧严重时会在胶面出现流痕,或表面粗糙不平,还会影响骨架的粘结.
8,参考资料:ACM/FPM并用胶的性能研究 特种橡胶制品 1995年期
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。
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)