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特殊环境下的应用挑战
航天领域要求胶水在-55℃至230℃极端温度循环（100次）后仍保持密封性；深海设备需耐受70MPa静水压且防微生物附着；核电站用胶水要抗γ射线辐照（累计剂量>100kGy）。这些场景推动特种配方发展:添加聚酰亚胺纤维可提高高温尺寸稳定性；含氟硅烷的配方能抵抗高压渗透；苯基氟橡胶基胶水具有最优的耐辐照性。此类特种胶水价格可达常规品10倍以上，但能解决关键设备的"卡脖子"密封问题。
的主要性能及应用从主链结构上看，氟橡胶可以分为三种基本类型:即氟碳橡胶、、氟化磷腈橡胶。其中以氟碳橡胶为主，而其中又以偏氟乙烯与三氟氯乙烯共聚（1#胶）、偏氟乙烯和六氟丙烯共聚（2#胶）、偏氟乙烯和六氟丙烯及四氟乙烯三元共聚（3#胶）为主。（1）1#氟橡胶具有良好的物理机械性能及化学稳定性，能在200℃之下长期使用，250℃之下短期使用；脆点为-20℃~ -40℃；优良的耐介质性能，对有机溶剂、无机酸、氧化剂作用的稳定性优良，尤其耐酸性；有好的耐气候、耐臭氧性能，在大气中暴露数年后，物理机械性能变化甚微，对微生物的作用亦较稳定。1#氟橡胶目前国内仅晨光院生产。主要用于制备耐热、耐油、耐酸的橡胶制品。如密封件、胶管、胶垫、胶布、胶带、簿膜、油箱和浸渍制品等也可用作导线的外护套及设备防腐衬里等，广泛应用于航空工业、石油工业、汽车工业、化学工业等领域。（2）2#氟橡胶2#氟橡胶是用量*大的氟橡胶品种。具有良好的贮存稳定性、电缘性和抗辐射性；优良的耐油、耐介质性；好的真空性能，可满足场合的需要；耐热性好，通常可在250℃下长期使用，300℃下短期使用。26型氟橡胶主要用于耐热、耐油、耐酸的橡胶制品制备。如密封件、胶管、胶垫等。产品可在250℃下长期使用，300℃下短期使用，它耐油性优于其它品种氟橡胶，可用于需耐油的场合的部件。举例如下:用作“○”形圈，V型密封圈，带金属骨架的油封皮碗、阀门密封垫等。这些密封材料可在200～250℃温度下长期工作和300℃短期工作。在石油工业中:F26胶密封件被用在钻井机械炼油设备、天然气脱硫装置上，可同时承受高温、高压、油类和强腐蚀介质等苛刻条件中使用。在化学工业中:F26密封件被用在泵、管接头、设备容器之中，以密封无机酸、有机物等化学物质。在建筑材料制造方面:F26可作水泥单仓泵密封胶圈，比天然橡胶做的密封圈使用寿命延长了10倍左右。（3）3#氟橡胶具有突出的耐高温性能、耐油、是耐双酯油类、耐化学品以及良好的物理机械性能、满意的介电性能、不燃性、耐候性及的真空性能、耐辐射性；通常可在275℃下长期使用，在320℃下短期使用；耐油、耐酸性优于1#胶；耐气候、耐臭氧、耐辐射性、透气性及电性能和耐燃性能与2#胶相近。广泛地应用于宇航、汽车、机械、石油化工等领域。例如用作飞机的液压系统和润滑系统的动静密封材料；用作油田的密封材料，油田用的电缆输油管道以及钻井设备上；化工行业用作设备、管道柔性连接、泵等的衬里或作耐腐蚀的密封材料，制成管道，用以输送或有机溶剂或其他有腐蚀性的介质等等。
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一 什么是氟硅胶
氟硅胶是一种集硅橡胶、氟橡胶优点的新型弹性体。以二甲基聚硅氧烷为代表的硅橡胶具有的高-低温性能、电性能和弹性性能,但这种橡胶的耐饱和蒸汽性、耐油性和耐溶剂性较差,使得它的应用受到了很大的限制:而在硅橡胶的碳链上引入含氟基团(如三氟丙基)形成氟硅橡胶后,由于氟原子具有大的吸电子效应,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、耐溶剂性能因此氟硅橡胶在保持了硅橡胶的耐热性、耐寒性、压缩复原性、回弹性、电气特性、脱模性等一系列优良性能的同时,兼具有氟橡胶的耐油、耐溶剂性，堪称有机硅弹性体中的“油斗士”。
以下为氟硅胶的结构简式:
二 氟硅胶的的性能特点
1、耐油、耐溶剂、耐化学品性
氟硅橡胶与甲基乙烯基硅橡胶相比，其耐油、耐溶剂、耐化学品性其优良；即使与氟橡胶相比，耐油、耐溶剂性也是良好的。在相同介质、温度、时间下浸渍后均显示出了优良的耐久性，可以说氟硅橡胶是唯一一种在-68℃～232℃下耐非性介质的弹性体。
氟硅橡胶的耐含甲醇汽油性也比较好，即使在汽油/甲醇（85vol% / 15vol%）混合体系中，其硫化胶的硬度、拉伸强度、体积变化都很小，经500h长时间的浸渍试验后，各项物性也几乎没有变化。
2、耐热性
氟硅橡胶的高温分解与硅橡胶一样，即:侧链氧化、主链断裂、侧链热分解和引起各种复合反应。由于分解产物也会引起主链断裂，所以耐热性通常比硅橡胶要差一些，在200℃的温度下已开始氧化老化。但通过添加铁、钛、稀土类氧化物等少量的热稳定剂便可使其获得显著的改善，即使在250℃高温下也具有的耐热性。
温度对氟硅橡胶影响比硅橡胶大，但比氟橡胶小。国外还研究了氟硅橡胶在150℃×2000h、175℃×5000h、200℃×4000h条件下的使用寿命，其结果是仅次于甲基乙烯基硅橡胶。
3、耐寒性
氟硅橡胶与普通硅橡胶一样，低温性能良好。由于氟硅橡胶是以柔软的Si-O为主链构成的线型高聚物，所以低温特性优于以C-C为主链的氟橡胶。其中，氟硅胶的低温特性，脆性温度低达-89℃，而一般的氟橡胶约为-30℃。
4、电性能、耐辐射性能
氟硅橡胶的电性能与普通硅橡胶相近，但可贵之处是在高温、低温、潮湿、油、溶剂、化学品、臭氧等苛刻条件下的变化很小。
氟硅橡胶的耐辐射性能并不突出，但耐辐射老化性能优于甲基乙烯基硅橡胶。
5、物理机械性能
氟硅橡胶与普通硅橡胶一样，硫化胶的机械强度（是撕裂强度）比较低。因此，改善和提高氟硅橡胶的强度也是一个重要的研究课题。
6、其他特性
氟硅橡胶的耐天候老化性优良，即使暴露5年后，仍保持有良好的性能。臭氧是弹性体老化时生成多的气体之一，但氟硅橡胶通过动态或静态试验后都未发现有龟裂或裂纹的现象。
三 氟硅橡胶的主要用途:
氟硅橡胶一般用于制备各类机车、航空航天器和石油化工上耐燃油和耐溶剂的密封件、密封环、油封、膜片、导管、阀门衬、胶管、整体油箱密封、O形圈和垫片,并用于电力、电子工业的连接部件和电缆、输送带、织物等的表面涂覆,是国防工业、航空航天领域重要的一种橡胶材料。
四 氟硅胶的加工生产注意事项以及建议
由于氟硅橡胶价格昂贵，另一方面由于氟硅橡胶吸电子效应等特点，对周围粉尘有很强吸附作用，从而影响性能，所以对氟硅橡胶的生产操作工艺为严格。以下部分生产过程控制做简要分享。
1、氟硅橡胶的运输和保存:在氟硅橡胶的保存和运输过程中，采用隔离纸和塑料袋将氟硅橡胶包好，以灰尘和杂质与橡胶接触而吸附。
2、氟硅橡胶的裁切:在取材，裁切，氟硅橡胶的过程中，首先要对采用的工具剪刀或者油灰刀进行清洗，采用酒精擦洗刀具表面，待其干净后方可裁切氟硅橡胶，在裁切过程中尽量避免手，皮肤与橡胶的接触，但不能带手套，以免手套纤维或者皮肤油脂对氟硅橡胶的污染。
3、混炼与硫化:混炼前，用酒精擦洗开炼机辊筒和挡板，确保没有杂质沾染。混炼时应注意控制辊筒温度，当辊筒温度为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。
4、氟硅胶生产环境:由于氟硅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。
五 安徽善信氟硅胶牌号推荐
FS2200U系列，低压变
FS8200U系列，适合挤出产品
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在橡胶中,硅橡胶的工作温度范围广阔(-100～350℃)。例如,经过适当配合的乙烯基硅橡胶或低苯基硅橡胶,经250℃数千小时或300℃数百小时热空气老化后仍能保持弹性;低苯基硅橡胶硫化胶经350℃数十小时热空气老化后仍能保持弹性,它的玻璃化温度为-140℃,其硫化胶在-70～100℃的温度下仍具有弹性。硅橡胶用于火箭喷管内壁防热涂层时,能耐瞬时数千度的高温。硅橡胶在高温下连续使用寿命见表1。
(2)耐臭氧老化、耐氧老化、耐光老化和耐候老化性能
硅橡胶硫化胶在自由状态下置于室外曝晒数年后,性能无显著变化。硅橡胶与其它橡胶的耐臭氧老化性能比较见表2。
(3)电缘性能
硅橡胶硫化胶的电缘性能在受潮、频率变化或温度升高时变化较小,燃烧后生成的二氧化硅仍为缘体。此外,硅橡胶分子结构中碳原子少,而且不用炭黑作填料,因此在电弧放电时不易发生焦烧,在高压场合使用十分。它的耐电晕性和耐电弧性好,耐电晕寿命是聚四氟乙烯的1000倍,耐电弧寿命是氟橡胶的20倍。
(4)的表面性能和生理惰性
硅橡胶的表面能比大多数有机材料小,具有低吸湿性,长期浸于水中吸水率仅为1%左右,物理性能不下降,防霉性能良好,与许多材料不发生粘合,可起隔离作用。硅橡胶、,对人体无不良影响,与机体组织反应轻微,具有优良生理惰性和生理老化性。
(5)高透气性
硅橡胶和其它高分子材料相比,具有良好的透气性,室温下对氮气、氧气和空气的透过量比NR高30～40倍;对气体渗透具有选择性,如对二氧化碳透过性为氧气的5倍左右。
(6)生物医学性能
硅橡胶分子结构的特性使它具有优良的生物医学性能,大量动物和人体试验的成功应用明了这一点。
2、热硫化型硅橡胶
热硫化型硅橡胶是指相对分子质量高(40万～60万)的硅橡胶。采用有机过氧化物作硫化剂,经过加热使有机过氧化物分解产生游离基,并与橡胶的有机侧基形成交联,从而获得硫化胶。
2.1品种及特性
热硫化型硅橡胶是应用早的一类橡胶,发展至今已有许多品种,按化学组成不同分为以下7种:
(1)二甲基硅橡胶
二甲基硅橡胶(polydimethylsiloxanerubber)简称甲基硅橡胶,是硅橡胶中老的品种。
在-60～250℃温度范围内能保持良好弹性。由于存在硫化活性低、工艺性能差、厚壁制品在二段硫化时易发泡、高温压缩变形大等缺点,目前除少量用于织物涂覆外,已被甲基乙烯基硅橡胶替代。
(2)甲基乙烯基硅橡胶
甲基乙烯基硅橡胶(methylvinylpolysiloxanerubber)简称乙烯基硅橡胶,是由二甲基硅氧烷与少量乙烯基硅氧烷共聚而成,乙烯基摩尔分数一般为0.001～0.003。少量不饱和乙烯基的引入使其硫化工艺及成品性能,是耐热老化性和高温抗压缩变形有很大改善。在硅橡胶生产中,甲基乙烯基硅橡胶产量大、应用广、品种牌号多,除大量应用的通用型胶料外,各种型硅橡胶和具有加工特性的硅橡胶(如高强度硅橡胶、低压缩永久变形硅橡胶、导电硅橡胶、导热硅橡胶以及不用二段硫化硅橡胶、颗粒硅橡胶等)也都以其为基础进行加工配合。
(3)甲基乙烯基苯基硅橡胶
甲基乙烯基苯基硅橡胶(methylvinylphenylpolysiloxanerubber)简称苯基硅橡胶,是在乙烯基硅橡胶的分子链中引入二苯基硅氧烷链节(或甲基苯基硅氧烷链节)而制成的。当苯基摩尔分数为0.05～0.10时,统称为低苯基硅橡胶,此时,橡胶的硬化温度降到值(-115℃),使其具有佳的耐低温性能,在-100℃以下仍具有弹性。随着苯基摩尔分数的增大,分子链的刚性也增大,其结晶温度反而上升。
苯基摩尔分数在0.15～0.25时统称为中苯基硅橡胶,具有耐燃特点。苯基摩尔分数在0130以上时,统称为高苯基硅橡胶,具有优良的耐辐射性能。苯基硅橡胶应用在要求耐低温、耐烧蚀、耐高能辐射、隔热等场合。中苯基和高苯基硅橡胶由于加工困难,物理性能较差,生产和应用受到一定限制。
(4)甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶
甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶(methylvinylrtrifluoropropylpolysiloxanerubber)简称氟硅橡胶(fluorosilicorubber),是在乙烯基硅橡胶的分子链中引入氟代烷基(一般为三氟丙基),具有优良的耐油、耐溶剂性能。例如,对于脂肪族、芳香族和氯化烃类溶剂,石油基的各种燃料油、润滑油、液压油以及某些合成油,其工作温度范围为-50～250℃,在常温和高温下稳定性较好。
(5)亚苯基硅橡胶和亚苯醚基硅橡胶
亚苯基硅橡胶和亚苯醚基硅橡胶(phenylenepolysiloxanerubberandphenylatylenesiliconerubber)是在分子链中含有亚苯基或苯醚基链节的新品种硅橡胶,是为适应核动力装置和导航技术的要求而发展起来的,其主要特性是拉伸强度较高,耐γ射线、耐高温(300℃以上),但耐寒性不如低苯基硅橡胶。
(6)腈硅橡胶
腈硅橡胶(nitrilsiliconerubber)主要是在分子链中引入含有甲基-β-腈乙基硅氧链节或甲基-γ-腈丙基硅氧链节的一种弹性体,其主要特点与氟硅橡胶相似,即耐油、耐溶剂并具有良好的耐低温性能。但由于在聚合条件下存在引起腈基水解的因素,因此生胶的重复性差,其应用发展受到一定限制。
(7)硅硼橡胶
硅硼橡胶(boronsiliconerubber)是在分子主链上含有十硼烷笼形结构的一类新型硅橡胶,具有高度的耐热老化性,可在400℃下长期工作,在420～480℃下可连续工作几小时,而在-54℃下仍能保持弹性。适于在高速飞机及宇宙飞船中作密封材料。美国在60年代末已有硅硼橡胶商品系列牌号,但70年代以后很少报道,其主要原因可能是胶料的工艺性能和硫化胶的弹性都很差,而且碳硼的合成十分复杂,毒性大,成本昂贵。
热硫化型硅橡胶以生胶或硫化胶形式出售,一般配制成具有各种特性的胶料供用户选择,按特性不同可分成下列几类:
(1)通用型(一般强度型)。由乙烯基硅橡胶与补强剂等组成,硫化胶物理性能属中等,是用量大、通用性强的一类胶料。
(2)高强度型。采用乙烯基硅橡胶或低苯基硅橡胶,以比表面积较大的气相法白炭黑或经过改性处理的白炭黑作补强剂,并通过加入适宜的加工助剂和添加剂等综合性配合改进措施,改进交联结构,提高撕裂强度。
(3)耐高温型。采用乙烯基硅橡胶或低苯基硅橡胶,补强剂的种类和耐热添加剂经适当选择,可制得耐300～350℃高温的硅橡胶。
(4)低温型。采用低苯基硅橡胶,脆性温度达-120℃,在-90℃下仍具有弹性。
(5)低压缩永久变形型。主要采用乙烯基硅橡胶,以乙烯基的有机过氧化物作硫化剂,当压缩率为30%时,在150℃下压缩24～72h后的永久变形为7.0%～15%(普通硅橡胶为20%～30%)。
(6)电线、电缆型。主要采用乙烯基硅橡胶,选用电缘性能良好的气相法白炭黑为补强剂,具有良好的挤出工艺性能。
(7)耐油、耐溶剂型。主要采用氨硅橡胶,一般分为通用型和高强度型两大类。
(8)阻燃型。采用乙烯基硅橡胶,添加含卤或铂化合物作阻燃剂组成的胶料,具有良好的抗燃性。
(9)导电型。采用乙烯基硅橡胶,以乙炔炭黑或金属粉末作填料,选择高温硫化或加成型硫化方法,可得到体积电阻率为2.0～100Ω·cm的硅橡胶。
(10)热收缩型。乙烯基硅橡胶中加入具有一定熔融温度或软化温度的热塑性材料,硅橡胶胶料的热收缩率可达35%～50%。
不用二段硫化型。采用乙烯基质量分数较高的乙烯基硅橡胶,通过控制生胶和配合剂的pH值,加入添加剂制得。
(11)海绵型。在乙烯基硅橡胶中加入亚硝基化合物、偶氮和重氮化合物等有机发泡剂,可制得发泡均匀的海绵。
除此之外,国外尚有导热型硅橡胶、荧光型硅橡胶及医用级混炼胶等品种出售。
随着硅橡胶用途的不断开发,胶料的品种牌号日渐增多,过多的牌号会造成生产、贮运和销售工作的混乱。有些厂已相应地将多个品种分成几种典型的基础胶和几种特性添加剂(包括颜料、硫化剂等)出售,使用者根据需要,按一定配方和混合技术分别配伍,即得产品。
这种方法不但使品种简单明了,而且生产批量大,质量稳定,成本降低,也提高了竞争性。
2.2配合
热硫化型硅橡胶的配合剂主要包括补强剂、硫化剂和某些的助剂,一般只需有5～6个组分即可组成实用配方。配方设计应考虑以下几点:
(1)硅橡胶为饱和度高的生胶,通常不能用硫黄硫化,应采用有机过氧化物作硫化剂,因此胶料中不得含有能与过氧化物分解产物发生作用的活性物质(如槽法炭黑、某些有机促进剂和防老剂等),否则会影响硫化。
(2)硅橡胶制品一般在高温下使用,其配合剂应在高温下保持稳定,通常选用无机氧化物作为补强剂。
(3)硅橡胶在微量酸或碱等化学试剂的作用下易引起硅氧烷键的裂解和重排,导致硅橡胶耐热性的降低。因此在选用配合剂时考虑其酸碱性及过氧化物分解产物的酸性,以免影响硫化胶的性能。
2.2.1生胶的选择
对于使用温度要求一般(-70～250℃)的硅橡胶制品,都可采用乙烯基硅橡胶;当对制品的使用温度要求较高(-90～300℃)时,可采用低苯基硅橡胶;当制品要求耐高低温又需耐燃油或溶剂时,则应当采用氟硅橡胶。
2.2.2硫化剂和硫化机理
(1)硫化剂
用于热硫化硅橡胶的硫化剂主要包括有机过氧化物、脂肪族偶氮化合物、无机化合物和高能射线等,其中常用的是有机过氧化物。这是因为有机过氧化物一般在室温下比较稳定,但在较高的硫化温度下能迅速分解产生自由基,从而使硅橡胶产生交联。硅橡胶常用硫化剂如表3所示。
这些过氧化物按其活性高低可以分为两类:一类是通用型,活性较高,对各种硅橡胶均能起硫化作用;另一类是乙烯基型,因其活性较低,仅能够对含乙烯基的硅橡胶起硫化作用。
过氧化物的用量受生胶品种、填料类型和用量、加工工艺等多种因素的影响,只要能达到所需的交联度,应尽量少用硫化剂。对于乙烯基硅橡胶(乙烯基摩尔分数为0.0015)模压制品用胶料来说,各种过氧化物常用用量范围如下(以100份生胶计):BP 0.5～1份;DCBP 1～2份;DTBP 1～2份;DCP 0.5～1份;DBPMH 0.5～1份;TBPB 0.5～1份。
随着乙烯基质量分数的增大,过氧化物用量应减小。胶浆、挤出制品胶料及胶粘剂用胶料中过氧化物用量应比模压用胶料中的大。某些场合下采用两种过氧化物并用,可减小硫化剂用量,并可适当降低硫化温度,提高硫化效应。
(2)硫化机理
硅橡胶以过氧化物硫化时,过氧化物对硅橡胶的交联是在两个活化的甲基或乙烯基之间通过自由基反应进行的。二甲基硅橡胶的交联按下列反应式进行:
乙烯基硅橡胶的交联按下列反应式进行:
硅橡胶除常用上述过氧化物硫化外,还可用高能射线进行辐射硫化。辐射硫化也是按自由基机理进行的,当生胶中的乙烯基摩尔分数较高(0.01)或与其它橡胶并用时,也可以用硫黄硫化,但性能差。
2.2.3补强剂及相关的机理
未经补强的硅橡胶硫化胶很低,只有0.3MPa左右,没有实际使用价值。加入适当的补强剂可使硅橡胶硫化胶的强度达到3.9～9.8MPa,这对提高硅橡胶的性能,延长制品的使用寿命是其重要的。硅橡胶补强填充剂的选择要考虑到硅橡胶的高温使用及用过氧化物硫化(是用有酸碱性的物质)对硅橡胶的不利影响。
硅橡胶用的补强填充剂按其补强效果的不同可分为补强性填充剂和弱补强性填充剂,前者的粒径为10～50nm,比表面积为70～400m2·g-1,补强效果较好;后者粒径为300～1000nm,比表面积在30m2·g-1以下,补强效果较差。
(1)补强填充剂
硅橡胶的补强填充剂主要是指合成二氧化硅,又称白炭黑。白炭黑可分为气相法白炭黑和沉淀法白炭黑。气相法白炭黑为硅橡胶常用的补强剂之一,由它补强的胶料其硫化胶的机械强度高、电性能好,并可与其它补强剂或弱补强剂并用,制备不同使用要求的胶料。
与用气相法白炭黑补强的硅橡胶胶料相比,用沉淀法白炭黑补强的胶料机械强度稍低,介电性能(是受潮后的介电性能)较差,但耐热老化性能较好,混炼胶的成本低。对制品的机械强度要求不高时,可单独使用沉淀法白炭黑或与气相法白炭黑并用。
用处理过的白炭黑作补强剂,胶料的机械强度较高,混炼和返炼工艺性能好,硫化胶的透明度也好,因此广泛用在医用制品中。此外,这种胶料的粘合性好,溶解性优良,可用于粘着和制作胶浆。
(2)弱补强填充剂
弱补强填充剂也可称作惰性填料,对硅橡胶补强作用很小,它们在硅橡胶中一般不单独使用,而是与白炭黑并用,以调节硅橡胶的硬度,改善胶料的工艺性能和硫化胶的耐油性能及耐溶剂性能,降低胶料的成本。常用的弱补强剂有硅藻土、石英粉、氧化锌、三氧化二铁、二氧化钛、硅酸锆和碳酸钙等。
硅橡胶常用补强剂的用量和物理性能如表4所示。
2.2.4助剂
(1)结构控制剂
采用气相法白炭黑补强的硅橡胶胶料贮存过程中会变硬,塑性值下降,逐渐失去加工工艺性能,这种现象称作“结构化”效应。为和减弱这种“结构化”倾向而加入的配合剂称为“结构控制剂”。结构控制剂通常为含有羟基或硼原子的低分子有机硅化合物,常用的有二苯基硅二醇、甲基苯基二乙氧基硅烷、四甲基亚乙基二氧二甲基硅烷、低分子羟基硅油及硅氮烷等。
(2)耐热添加剂
加入某些金属氧化物或其盐以及某些元素的有机化合物,可大大改善硅橡胶的热空气老化性能,其中常用的为三氧化二铁,一般用量为3～5份;其它如锰、锌、镍和铜等金属氧化物也有类似的效果。加入少量(少于1份)的喷雾炭黑也能起到提高耐热性的作用。通常在250～300℃的温度范围内进行热空气老化,才能显示出这些添加剂的作用。
(3)着剂
硅橡胶常用着剂如下:
氧化铁(三氧化二铁) 红
镉黄(二氧化镉) 黄
铬绿(三氧化二铬) 绿
炭黑 黑
钛白(二氧化钛) 白
群青 蓝
(4)其它
在制备硅橡胶海绵制品时加入发泡剂,硅橡胶常用的发泡剂有N,N2二亚硝基五亚甲基四胺和偶氮二甲酰胺等。橡胶胶料中加入少量(一般少于1份)四氟乙烯粉,可改善胶料的压延工艺性能及成膜性,提高硫化胶的撕裂强度。硼酸酯和含硼化合物能使硅橡胶硫化胶具有自粘性。采用比表面积较大的气相法白炭黑补强时,加入少量(3～5份,乙烯基质量分数一般为0.10左右)高乙烯基硅油,胶料经硫化后,抗撕裂性能可提高至30～50kN·m-1。常用乙烯基硅橡胶和氟橡胶配方及物理性能见表5。
2.3加工
硅橡胶可采用普通橡胶加工设备进行加工,但应注意:①加工过程保持清洁,不能混有其它橡胶、油污或杂质,否则会影响硅橡胶的硫化及性能;②硅橡胶制品需在烘箱中进行较长时间热空气二段硫化,以改善硫化胶的性能。
2.3.1混炼
硅橡胶生胶比较柔软,具有一定的可塑性,可不经塑炼而直接采用开炼机或密炼机进行混炼。混炼方法可有以下几种:
(1)开炼机混炼
双辊开炼机辊筒速比以(1.2～1.4)∶1为宜,快辊在后,较高的速比导致较快的混炼,低速比可使胶片光滑。辊筒通有冷却水,混炼温度宜在40℃以下,以焦烧或硫化剂的挥发损失。混炼时开始辊距较小(1～5mm),然后逐步增大。加料和操作顺序:生胶(包辊)-补强填充剂-结构控制剂-耐热助剂-着剂-薄通5次-下料,烘箱热处理-返炼-硫化剂-薄通-停放过夜-返炼-出片。胶料也可不经烘箱热处理,在加入耐热助剂后,加入硫化剂再薄通,停放过夜返炼,然后再停放数天返炼出片使用。混炼时间为20～40min。
硅橡胶在加入炼胶机时包慢辊(前辊),混炼时则很快包快辊(后辊),炼胶时能两面操作。由于硅橡胶胶料比较软,混炼时可用普通腻子刀操作,薄通时不能像普通橡胶那样拉下薄片,而采用钢、尼龙或耐磨塑料刮刀刮下。
为便于清理和润滑油漏入胶内,应采用活动胶板。气相法白炭黑易飞扬,对人体有害,应采取相应的保护措施。如果在混炼时直接使用粉状过氧化物,采取防爆措施,好使用膏状过氧化物。
(2)密炼机混炼
用实验室2L密炼机混炼时,混炼时间为6～16min。混炼无困难。当装料系数为0.74时,采用Φ160mm开炼机混炼也能正常进行。排料温度与补强填充剂的类型有关,当采用弱补强性填充剂和沉淀法白炭黑时,排胶温度在50℃以下;当使用气相法白炭黑时排胶温度为70℃左右。
(3)胶料停放和返炼
硅橡胶胶料混炼结束后,停放时间应不少于24h,以使各种配合剂(是结构控制剂)能与生胶充分起作用。停放后胶料变硬,塑性值下降,使用前进行返炼。返炼采用开炼机,开始时辊距较大(3～5mm),此时胶料较硬,表面呈皱纹状,包在前辊上。随着返炼时间的延长,胶料逐渐变软;慢慢缩小辊距(0.25～0.5mm),胶料很快包在后辊上。待胶料变软,表面光滑平整后,即可下料出片。返炼不足,胶片表面有皱纹;返炼过度,则胶料发粘而粘辊。返炼温度一般控制在室温。
2.3.2挤出
硅橡胶一般比较柔软,挤出效果较好,易于操作,可挤出各种不同形状和尺寸的制品,其加工设备和工具基本上与普通橡胶相似。
出机一般是用Φ30或Φ65mm的单螺纹螺杆,长径比为(10～12)∶1效果较好。挤出时尽量保持低温,以不超过40℃为宜,故机筒和螺杆均须通冷却水。对质量要求较高的产品可在靠近机头部分加装80～140目滤网,以除去胶料中的杂质,改善挤出质量。
硅橡胶挤出半成品柔软而易变形,因此立即进行硫化。常用的方法是热空气连续硫化;电线、电缆工业通常用高压蒸汽连续硫化。如在挤出后不能连续硫化,为变形,挤出后应立即用圆盘、圆鼓或输送带接取,用滑石粉隔离以免相互粘结。若发现胶料过软而不适于挤出时,可在胶料中再混入3～5份气相法白炭黑。
用于挤出的胶料配方,其硫化剂用量应比模压制品的适当增大,硅橡胶的挤出速度低于其它橡胶,当要求与其它橡胶达到相同挤出速度时,应采用较高的螺杆转速。
2.3.3压延
压延机一般采用立式三辊压延机。用于生产胶片时,中辊是固定的,中辊转速比上辊比为(1.1～1.4)∶1,下辊的转速和中辊相同。当压延机开动时,上辊温度为50℃,中辊应保持为室温,下辊用冷却水冷却。压延速度一般为60～300cm·min-1,不宜过快,先以低速调整辊距(中、下辊),以一定的压延厚度,然后再提高至正常速度进行连续操作。
当三辊压延机用于硅橡胶贴胶和擦胶时,织物替代了垫布(聚酯薄膜)在中辊和下辊之间通过。三辊压延机只适用于单面覆胶,长期生产时应采用四辊压延机。
用于压延的胶料正确控制其返炼程度,好在炼胶机上先不充分返炼,以期在压延过程中获得返炼,这样可以避免胶料在压延过程中因返炼过度而粘辊。胶料配方对压延也有一定的影响,采用补强性填充剂的胶料压延工艺性能较好。
2.3.4涂胶
涂胶是指把硅橡胶胶浆用浸浆或刮浆的方法均匀分布在织物上用以改进薄膜制品的和屈挠性能,使织物耐潮,以制造耐高温的电缘材料等。
(1)胶浆制备
供制胶浆用的硅橡胶胶料其硫化剂多采用过氧化二苯甲酰(BP),用量比一般模型制品稍大。补强填充剂若采用气相法白炭黑,用量不宜超过40份,并适当增大结构控制剂的用量,采用甲苯或二甲苯等挥发性溶剂。
混炼胶经充分返炼后下薄片,然后剪成小块,置于溶剂中浸泡过夜,采用搅拌机或混合器进行搅拌,制成固形物质量分数为0.15～0.25的胶浆。胶浆应保存在40℃以下的环境中。
(2)织物预处理
硅橡胶涂胶用的底层织物一般采用玻璃布、尼龙和聚酯等。其中玻璃布因具有耐热性好、强度高和吸湿性低等特点应用较多。玻璃纤维在拉丝过程中薄膜涂有石蜡润滑剂(占织物质量的0.2%～0.5%),在硫化温度下易挥发,影响胶料与织物的结合,在涂胶前进行脱蜡。尼龙和聚酯的热变形较大,影响橡胶和织物的结合,为此在涂胶前须进行热定型,即将织物在一定牵伸下,进行短时间热处理,尼龙的处理温度为170～175℃,聚酯处理温度为215～220℃。
(3)涂胶
织物经预处理后,还要进行表面胶粘剂处理,然后才可涂胶。胶粘剂是一种由烷氧基硅烷、硼酸酯、硫化剂和溶剂(乙酸乙酯或乙醇)组成的溶液。
织物经胶粘剂表面处理后,即可用涂胶机将胶浆均匀涂在织物上,然后经干燥、硫化即成。硫化一般分两段进行:一段温度为120～130℃,二段温度为230℃。涂层的厚度可以通过改变胶液的粘度或调节织物通过涂胶槽的速度来控制。
2.3.5粘合
硅橡胶能与很多材料,包括金属、塑料、陶瓷、纤维、硅橡胶本身以及其它一些橡胶粘合,采用能与硅橡胶本身同时硫化的胶粘剂可使硅橡胶与被涂层之间获得好粘合。
硅橡胶硫化胶之间的粘合一般采用胶粘剂。常用胶粘剂配方举例如下:乙烯基硅橡胶 100;气相法白炭黑 35;三氧化二铁 5;硼酸正丁酯 3;膏状硫化剂DCBP 3。
2.3.6硫化
硅橡胶硫化工艺不是一次完成,而是分两个阶段进行的,胶料在加压下(如模压硫化、硫化罐直接蒸汽硫化等)或常压下(如热空气连续硫化)进行加热定型,称为一段硫化(或定型硫化);在烘箱中高温硫化,以进一步稳定硫化胶各项物理性能,称为二段硫化(或后硫化)。
(1)一段硫化
①模型制品硫化。可采用平板硫化、传递模压硫化和注压硫化。硫化条件如表6所示。
硅橡胶制品硫化时,一般不使用脱模剂,应迅速装料、合模、加压,否则容易焦烧,是含有硫化剂BP和DCBP的胶料。传递模压硫化是一种加工硅橡胶胶料应用较广泛的工艺,与每模单孔的平板硫化比较,其优点是加工周期短,并能硫化复杂的是带有插入物和销钉的橡胶件。与注压硫化比较,设备成本较低。
注压硫化模制品,可提高劳动生产率,降低劳动强度,同时还可以减小过氧化物的用量,提高制品的抗撕裂性能,改善压缩永久变形性能,但制品收缩率较大。
②挤出制品的硫化。可采用蒸汽加压硫化、热空气连续硫化、液体硫化槽连续硫化、鼓式硫化和辐射硫化等方法。前3种方法较常用。
(2)二段硫化
硅橡胶制品经过一段硫化后,有些低分子物质存在于硫化胶中,影响制品性能。例如,采用通用型硫化剂(如硫化剂BP或DCBP)的胶料,经过一段硫化后,其硫化剂分解的酸性物质量,将增大海绵孔的孔度,降低密度;增大硫化剂的用量将缩小海绵孔的孔度,增大密度,产生较厚的孔壁。此外,硫化温度对海绵的发孔情况也有很大影响。
2.3.7发泡
在硅橡胶胶料中加入发泡剂,然后在受压状态下加热硫化使橡胶发泡,可制得硅橡胶海绵。但注意以下几个问题。
(1)应选用其分解产物不影响硅橡胶耐热性的发泡剂。一般采用有机发泡剂如发泡剂BN、尿素等,其分解产物在二段硫化中除去。
(2)适当控制硫化剂和发泡剂的用量,以使发泡速度与硫化速度相匹配。增大发泡剂的用量,将增大海绵孔的孔度,降低密度;增大硫化剂的用量将缩小海绵孔的孔度,增大密度,产生较厚的孔壁。此外,硫化温度对海绵的发孔情况也有很大影响。
(3)硫化剂适当并用可较好地控制海绵孔度和密度。通常硫化剂DBPMH与BP或TBPB与DCBP并用效果较好。
(4)可采用2号气相法白炭黑或2号气相法白炭黑与沉淀法白炭黑并用作补强剂。应严格控制胶料的塑性值,塑性值过大,发孔时易造成过度膨胀,形成粗燥的开孔结构,甚至很多孔破裂;塑性值过小,则发孔不足,产品较硬。采用弱补强性填充剂的胶料比较容易控制塑性值,返炼的胶料好当天使用。
(5)发泡剂应均匀分散于胶料中。一般发泡剂粒子易结团,分散,可先制成生胶/发泡剂母炼胶配比(1∶1),再进行混炼,以提高分散效果。
(6)采用模压工艺的胶料,应注意去除胶料中的气泡,破坏海绵结构。
用于模压海绵制品的胶料,经混炼出片后,应根据模具规格进行裁料,并在表面涂隔离剂,以备入模硫化。一般用滑石粉作隔离剂,也可用白炭黑。
硅橡胶海绵模型制品的定型硫化有两种方法:一种是一步法,即胶料在模具中一次发孔成一定形状和尺寸的海绵,二段硫化发孔;另一种是两步法,即先使胶料在模具中进行短时间硫化,使其初步发孔并恰好形成一层表面,然后置于烘箱中再发孔成一定形状和尺寸。对海绵薄板来说,前一种的硫化时间通常为15～20min,后一种的硫化时间一般在5min之内。
3、室温硫化型硅橡胶
室温硫化(亦称缩合硫化型)硅橡胶(roomtemperaturevulcanizedsiliconerubber),是指不需要加热在室温下就能硫化的硅橡胶。其分子结构特点是在分子主链的两端含有羟基或乙酰氧基等活性官能团,在一定条件下,这些官能团发生缩合反应,形成交联结构而成为弹性体。
3.1品种和特性
室温硫化硅橡胶相对分子质量较低,通常为粘稠状液体,按其硫化机理和使用工艺,可分为单组分室温硫化硅橡胶和双组分室温硫化硅橡胶。
3.1.1单组分室温硫化硅橡胶
单组分室温硫化硅橡胶是以羟基封端的低相对分子质量硅橡胶与补强剂混合,干燥去水,然后加入交联剂(含有能水解的多官能团硅氧烷),此时,混炼胶已成为含有多官能团端基的聚合物,封装于密闭容器内,挤出时与空气中水分相接触,使胶料中的官能团水解形成不稳定羟基,然后缩合交联成弹性体。
单组分室温硫化硅橡胶随交联剂类型不同,可分为脱酸型和非脱酸型。前者使用较为广泛,所用交联剂为乙酰氧基类硅氧烷(例如甲基三乙酰氧基硅烷或甲氧基三乙酰氧基硅烷),在硫化过程中放出副产物乙酸,对金属有腐蚀作用。非脱酸缩合硫化型种类较多,其中有以烷氧基(例如甲基三乙氧基硅烷)为交联剂的脱醇缩合硫化型,此反应仅靠空气中的水分作用,硫化缓慢,需加入烷基钛酸酯类的硫化促进剂,硫化时放出醇类,无腐蚀作用,适合作电气缘制品。此外,尚有以硅氮烷为交联剂的脱胺缩合硫化(硫化时放出有机胺,有臭味,对铜有腐蚀)以及以丙酮肟、丁酮肟为交联剂的脱肟硫化、脱酰胺硫化和硫化速度快的脱酮硫化型等。
按产品模量高低可分为低模量(脱酰胺型)、中模量(适于作建筑密封胶)和高模量(脱醇型);根据产品实用性能,可以分为通用类和类两大品种,其中类型包括阻燃型、表面可涂装型、防霉型和耐污染型。
单组分室温硫化硅橡胶对多种材料(如金属、玻璃、陶瓷等)有良好的粘结性,使用时方便,一般不需称量、搅拌、除泡等操作。硫化是从表面开始,逐渐向深处进行。单组分室温硫化硅橡胶主要用作胶粘剂,在建筑工业中作为密封填隙材料使用。
3.1.2双组分室温硫化硅橡胶
此类橡胶的硫化是由生胶的羟基在催化剂(有机锡盐,如二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡等)作用下与交联剂(烷氧基硅烷类,如正硅酸乙酯或其部分水解物)上的硅氧基缩合反应而成,可分为脱乙醇缩合硫化、脱氢缩合硫化、脱水缩合硫化和脱羟胺缩合硫化等,以脱醇型为常见。双组分室温硫化硅橡胶通常是将生胶、填料与交联剂混为一个组分,生胶、填料与催化剂混成另一组分,使用时再将两个组分经过计量进行混合。双组分的硫化时间主要取决于催化剂用量,用量大,硫化快。此外,环境温度越高,硫化也越快;硫化时无内应力,不收缩,不膨胀,硫化时缩合反应在内部和表面同时进行,不存在厚制品深部硫化困难问题。它对其它材料无粘合性,与其它材料粘合时需采用表面处理剂作底涂。双组分室温硫化硅橡胶可作制模、灌封材料等使用。
室温硫化型硅橡胶可根据使用要求制成不同粘度的胶料,一般有流体级、中等稠度级和稠度级。流体级胶料具有流动性,适宜浇注、喷枪操作;如果要求更低粘度胶料(灌注狭小缝隙时),可在胶料中渗入甲基三乙氧基硅烷或它的低聚体,也可用甲基硅油201进行稀释。中等稠度的胶料其粘度正好能充分流动,而不致淌下来,可获得表面平滑的制品,适于涂胶和浸胶用。稠度级胶料具有油灰状稠度,可用手、刮板或嵌缝刀操作,也可用压延法将它涂覆在各种织物上。
近年来,室温硫化硅橡胶在改进研究方面活跃,随着应用面的扩大,出现了高粘结性、高强度、高伸长、低模量、阻燃型、耐油型以及固化型等新品种。
3.2配合
3.2.1硫化剂
单组分室温硫化硅橡胶主要依赖空气中的水分进行交联反应,胶料在使用前应密闭贮存;在双组分室温硫化硅橡胶中(除加成反应系统),含端羟基的硅橡胶常用的硫化剂为硅酸酯(如正硅酸乙酯)和钛酸酯类(如钛酸正丁酯)等;催化剂主要使用有机锡盐,如二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡等。调节硫化剂和催化剂的用量可改变硫化速度。硫化剂的用量一般为1～10份;催化剂的用量一般为0.5～5份。试验明,催化剂二丁基二月桂酸锡对铜有腐蚀作用,采用氧化二丁基锡[(C4H9)2SnO]或氧化二辛基锡[(C8H17)2SnO]与正硅酸乙酯[Si(OC2H5)4]的回流产物作硫化体系,硫化胶与铜接触存放1年未发现腐蚀。
3.2.2补强填充剂
室温硫化硅橡胶也加白炭黑作为补强剂,否则强度比热硫化型的更低。其配合方法同热硫化型。
3.3加工
3.3.1单组分室温硫化硅橡胶
单组分室温硫化硅橡胶贮存在与水和空气隔的密闭容器内,一般在几个月内能使用。使用时无需添加催化剂,只要将胶料从密闭容器内挤出接触空即可,因此使用方便;可用模压、挤出或其它方法进行短时间加工,然后暴露于空气中经一定时间即由膏状物硫化而成为弹性体。
单组分室温硫化型硅橡胶是一种胶粘剂。
用于粘合时,不用表面处理剂,即对玻璃、陶瓷、金属、木材、塑料和硫化硅橡胶等具有良好的粘合性能。因为这种橡胶是在室温下接触空气中的湿气从表面开始硫化,然后通过水分的扩散而向内逐渐硫化。过厚的制品其内部硫化需要很长的时间,因此对制品的厚度(或密封的深度)有一定的限制。厚度一般不宜超过10mm。
如需要超过10mm时可采用多次施工的方法。
空气的湿度对硫化速度有决定性的影响,湿度越大,硫化越快。当气候比较干燥,湿度很小时,可喷水增大空气中的水分,使之达到实际需要的硫化速度。
3.3.2双组分室温硫化硅橡胶
双组分室温硫化硅橡胶宜贮存在阴凉干燥处,避免阳光直晒,贮存时间如超过4个月,应进行检验,性能不变方可继续使用。
(1)催化剂的加入
在液体或中等稠度的室温硫化硅橡胶胶料中加入催化剂,用手工搅拌使之分散,待混合均匀后,将胶料置于密闭容器中抽真空,在0.67～2.67kPa下维持3～5min,以排除气泡。当使用稠厚级橡胶时,可采用炼胶机、捏合机或调浆机将催化剂混入胶料。催化剂可用称量法或容量法量取。由于催化剂用量一般只有0.5～5份,因此应注意混合均匀。室温硫化型硅橡胶混入催化剂后即逐渐交联而固化,因此应根据需要量配制。如有剩余,可存放于低温处(如冰箱中),延长使用时间。
(2)织物的涂覆
室温硫化硅橡胶可按下列方法加入催化剂,用涂胶或压延的方法涂覆在各种织物上,不必用溶剂稀释制成胶浆。
涂胶时催化剂的加入方法有:①在涂胶之前加入胶料中;②加在涂胶织物的另一面,让催化剂渗过布层使橡胶交联;③在涂胶之前加在织物要涂胶的面上。种方法限定操作时间在胶料适用期内,否则将固化而不能应用;后两种方法操作时间不受胶料适用期的限制。
(3)胶料的溶解
可用普通芳香族溶剂,如甲苯或二甲苯来溶解胶料,制备成室温硫化二甲基硅橡胶胶浆。
这种胶浆可用普遍浸渍法浸涂到织物上。
(4)粘合
室温硫化型硅橡胶可制成胶粘剂,用来粘结各种材料。当用于各种硫化的硅橡胶及其与金属或非金属(如玻璃、玻璃钢、聚乙烯、聚酯等)之间的粘合时,胶粘剂由甲、乙两组分配制而成。甲组分为含有适量补强填充剂、少量钛白粉和氧化铁的糊状室温硫化型硅橡胶,乙组分为硫化体系,由多种硫化剂(正硅酸乙酯、钛酸丁酯等)和催化剂(二丁基二月桂酸锡等)组成。使用前将两组分按质量比9∶1充分混合均匀即成。该胶粘剂的活性期为40min(20℃,相对湿度为65%)。如欲延长活性期,可减小催化剂用量,但用量不得小于1份,否则粘合性变差。催化剂用量过多,会导致硫化胶耐热性能降低。
粘合工艺在常温下加压或不加压完成。被粘合物表面应去除污垢,并用丙酮或甲苯等清洗;然后在金属或非金属表面先涂上一层表面处理剂,在室温下干燥1～2h(具体时间应视当时的温度和湿度而定)后,即可涂胶粘剂进行粘合。采用表面处理剂处理的表面,在1周内涂胶时不影响粘合效果。
(5)硫化
双组分室温硫化硅橡胶的硫化是靠加入液体催化剂来实现的。固化时间随硫化剂和催化剂的用量而变,从十几分到24h;升高或降低温度也可缩短或延长固化时间。
室温硫化型硅橡胶制品一般不需要在烘箱内进行二段硫化,但由于硫化过程中会产生微量挥发性物质(如乙醇),当厚制品硫化时挥发性物质不易逸出,为此可采用多次硫化法,即每次浇注或填充10～15mm厚度,待失去流动性后放置30min,再继续浇注或填充。若厚制品的使用温度高于150℃时,好在室温硫化后再经100℃热处理,以驱除挥发性物质,提高制品的耐热性。
4、加成硫化型硅橡胶
加成硫化型硅橡胶是指官能度为2的含乙烯基端基的二甲基硅氧烷在铂化合物的催化作用下,与多官能度的含氢硅烷起加成反应,从而发生链增长和链交联的一种硅橡胶。生胶一般为液态,聚合度为1000以上,通常称液态硅橡胶(LSR)。
4.1特点
液态硅橡胶制品除保持了硅橡胶固有的许多典型的特性,如的电缘性、使用温度范围广和在恶劣环境下的长期耐候老化性等外,还有如下的特点:
(1)清洁、稳定
液态硅橡胶不含溶剂和水分,对环境;胶料以两组分供应,均经过滤、排气处理;两组分混合料在正常室温下可存放24h以上,冷却放置甚至可达2d以上,不需要再行洁化。
(2)工艺简便、快捷
①两组分胶料以1∶1混合,配料工艺简便;②对于模压制品,从配料到成品,原则上可以说是一步的,这就简化了工艺;③硫化速度快。例如,对于用多孔模制造的模压制品(每孔约用7g胶料),其硫化周期为20～30s,约为普通橡胶(硫化周期4～10min)的1/12～1/20;④除非要求制品具有特低的耐压缩永久变形性,一般不需要后硫化;⑤收缩率较低,一般在千分之几以下;⑥制品着工艺简便;⑦一般情况下成品无需修边。
(3)
据DowCorning公司估计,由于工艺的简化和硫化方法的改变,能耗可降低约75%。
(4)成本低
液态硅橡胶的加工生产一般只需1人进行。据DowCorning公司计算,每件约6g的模压制品,由于人力的减少,可降低成本42%,还不包括上述的能耗降低和生产空间的减少这两个因素在内。
(5)固定投资少
无论模压制品还是挤出制品,均可以轻型机械替代重型机械,厂房面积也可大大减小。
4.2配合和加工
4.2.1配合
液态硅橡胶的配合简单,由生胶、填充剂、交联剂、催化剂、反应抑制剂以及必要的添加剂等组成,现简述如下。
(1)生胶。采用官能度为2(或2以上)的含乙烯基端基的聚硅氧烷,聚合度为1000以上。结构式为:
(2)填充剂。填充剂主要是采用气相法白炭黑,并以三甲基封端的聚硅氧烷作表面处理剂。经表面处相法白炭黑的加入,除用以补强外,还可以增大粘度,这种粘度的增强比较稳定,较少受时间的影响而变化。
(3)交联剂。交联剂实际上是液态硅橡胶双组分中另一组分的主要成分,由氢端基官能度至少为2以上的聚硅氧烷组成,它与乙烯基基团发生加成反应,形成交联结构,而使胶料固化。其用量不能过大,否则其耐热性会降低。
(4)催化剂。催化剂主要为有机铂的络合物,较新的发展是导入含乙烯基的低分子聚硅氧烷的配位化合物,其用量小。
(5)反应抑制剂。反应抑制剂用于调整活性期,延长贮存稳定性。一般为炔类化合物,也可利用含胺、锡、磷等化合物。
(6)其它的添加剂。其它添加剂包括着剂、脱模剂等。
上述包括生胶在内的各种配合剂都是分成两个组分供应的,使用时将两个组分混合,在一定的条件下硫化成型,这一点与缩合型硫化硅橡胶的制备相同。
4.2.2加工
(1)计量配合
虽然在配合胶料中已经加入了适当的反应抑制剂,如果存放条件不妥当,仍有可能导致室温下部分橡胶产生硫化。因此,通常都是把胶料分成两个配合组分。一种含有催化剂,另一种含有交联剂,以1∶1配合。
(2)硫化
液态硅橡胶的硫化反应属于加成型,反应式如下:
一部分在侧链的乙烯基则可能发生与乙烯基硅橡胶类似的交联反应。
液态硅橡胶能在高温下以很快的速度进行硫化,而又不致焦烧。液态硅橡胶硫化的大特点就是高温。据DowCorning公司的资料,一个7g制件的多孔模,在连续作业中,整个进模、硫化及出模的时间仅需20～30s,是一般橡胶的所谓硫化的1/10～1/20。
(3)注射模压
液态硅橡胶的注射模压既不同于普通硅橡胶,也不同于塑料。与其它橡胶注压相比,在注压前液态硅橡胶不需要塑化,粘度低得多,而硫化快。与塑料相比,液态硅橡胶的粘度和塑料的“熔融”粘度相近,但它是热固性的,而不是热塑性的。
从工艺上看,液态硅橡胶主要应用在注压、挤出和涂覆方面。主要的挤出制品是电线、电缆;涂覆制品是以各种材料为底衬的硅橡胶布或以纺织品补强的薄膜;注压则为各种模型制品。由于其流动性能好,强度高,更适宜制作模具和浇注仿古艺术品。因为硫化中没有交联剂等副产品溢出,生胶的纯度很高且生产过程中洁净卫生,液态硅橡胶尤其适合制造要求高的医用制品。
5、硅橡胶的再生
硅橡胶具有很多的性能,但价格较高,因此废胶的再生利用,对节约原材料、降低生产成本具有经济意义。
硅橡胶再生工艺过程包括精选、切块、裂解、精制和配料。即首先将废胶进行清洗,去除垃圾和杂质,然后进行挑选和分类,切成小块,送往裂解。裂解的方法很多,有机械轧炼裂解、直接蒸汽热裂解、干热裂解和化学裂解等。其中以前两种较为常用和简便,着重介绍如下。
(1)机械轧炼裂解
机械轧炼裂解可在普通轧炼机上进行。即将切成小块的废胶放在炼胶机上轧炼,开始时辊距要大些,待胶料包辊后,减小辊距。当扎得较细碎时,即可薄通。待逐渐形成连续带状后,就可下片存放。该法的缺点是采用气相法白炭黑的废胶不易轧碎,轧炼时间长。为了缩短轧炼时间,提高轧炼再生效率和再生胶质量,可在轧炼过程中适当(10%左右)加入沉淀法白炭黑,使软硬不同的胶料轧碎混合,缩短再生时间。
(2)直接蒸汽热裂解
直接蒸汽热裂解是将废胶料小块放入压力约0.5MPa(温度150～160℃)的蒸汽硫化罐中处理3～4h。如果废橡胶硬度较高,可适当延长处理时间,但不宜过长,以免废橡胶过度降解,性能变差。经热处理的废橡胶再在炼胶机上充分轧碎,待包辊后再薄通出片。在轧碎时一般可加入少量酒精,使其增加机械摩擦,提高轧炼效率。若遇粘辊可加一些白炭黑或其它无机填料。该法制得的再生胶质量均匀,塑性大,缺点是加工处理时间长,存放后很难返炼。如果在胶料中加入结构控制剂,如二苯基硅二醇或羟基硅油,则较易返炼。
再生胶性能一般比生胶差,拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度和抗压缩永久变形性能均较低,硬度较大。其拉伸强度一般为2.9～3.8
MPa,扯断伸长率为100%～150%。随填料用量增大,硬度增大,扯断伸长率降低。当单用再生胶时,除加入补强剂白炭黑外,还可加入弱补强性填充剂(如二氧化钛或氧化锌50～100份),以降低成本。并应加入适量的硫化剂(比一般生胶增加约1倍),以便使硫化胶保持一定的硬度。当生胶中掺用30%～50%再生胶时,其硫化胶的物理性能变化不大(仅拉伸强度和扯断伸长率稍低),能耐250～300℃的高温老化。再生胶高掺用量可达70%～80%。再生胶可单独用于制造胶板,不宜单独用作挤出制品。若再生胶经过过滤后与生胶并用,则可用来制造挤出制品。
6、应用
硅橡胶具有的综合性能,尤其是硅橡胶的生物相容性更是一种关键的特性,它已成功地用于其它橡胶用之无效的场合,解决了许多技术问题,满足了现代工业和日常生活的各种需要。与其它橡胶一样,硅橡胶可加工成各种型材、胶管、胶条、胶辊、胶布等制品;室温硫化型硅橡胶可就地大面积施工,使用方便。
(1)汽车工业
硅橡胶在汽车工业中的应用增长速度很快,硅橡胶(是具有各种特性的硅橡胶)可耐燃油、润滑油的侵蚀,提高汽车各部件的使用性能,降低维修费用。可用于汽车点火线、火花塞保护罩、加热及散热器用软管、消声器衬里、蓄电池接头以及用氟硅橡胶制的加油泵等。随着车辆电子电气化的发展,室温硫化硅橡胶广泛用于电子零件、电气装配件的灌封料、风挡玻璃、车体四周密封及反射镜等处的粘接密封剂。
(2)电子、电气工业
电子、电气工业是硅橡胶作为缘材料使用早,需求量较大的一个领域。硅橡胶主要用于电视机阳罩、高压保护罩、高压引出线、冰箱除霜器电线、功率或讯号传递用电线和电缆等。用硅橡胶制造的缘子将替代陶瓷制品广泛用于输电线路,是超高压线路。导电硅橡胶用于电子计算机、电话等仪器的电接点件及液晶显示触点件。阻燃和耐辐射硅橡胶制造的电线、电缆广泛用于原子能发电站。硅橡胶加热片、加热带用于控制多种精密仪表和输油管道的工作温度,在医疗上作理疗热敷器用的加热毯。室温硫化型硅橡胶可作为防水、防潮和防震用灌封材料。
硅橡胶因具有耐热洗涤液性能,目前已广泛用于洗碗机和洗衣机的泵用密封上。硅橡胶适于用作咖啡锅、电气油炸锅和蒸汽熨斗等用具上的垫圈。立体声耳机耳部和头部的衬垫改用硅橡胶,能排除外界杂音,且柔软舒适。
(3)宇航工业
硅橡胶是宇航工业中不可缺少的高性能材料,它能承受太空的超冷和返回大气层的灼热,延长飞机零件寿命,降低检修保养费用,减少意外事故。主要用于飞机机体孔穴密封件、电接头、密封开关、防尘和防水罩、垫圈垫片、喷气式引擎和液压装置的“O”型密封环、氧气面罩、调控膜片、热空气导管和雷达无线减震器等。耐烧灼硅橡胶适用于作火箭燃油阀门、动力源电缆和火箭发射井盖涂层,以免受火箭喷射流的烧灼。室温硫化硅橡胶可作为机体气密性密封、窗框密封和防震、防潮灌封材料。
(4)建筑工业
硅橡胶具有良好的耐候性和施工性,作为粘接密封剂在建筑工业中得到了广泛应用,超过了其它类型的密封剂。近年来,又开发了低模量高伸长型双组分密封剂,它用于接缝移动大的混凝土预制件和幕墙等大型构件。室温硫化硅橡胶还用于石棉水泥板连接处的密封、浴室砖缝和盥洗用具的密封。随着今后橡胶价格的下降,将进一步扩大应用范围,如在公路接缝的应用中替代沥青和氯丁橡胶。高温硫化型硅橡胶海绵条用作建筑物的门窗密封嵌条。
(5)医疗领域
硅橡胶具有良好的生物相容性,对机体反应小,性能稳定,血凝性低,能承受高温高压多次蒸煮,而且能加工成各种形状的制品,如薄膜、海绵、气囊,是目前医学上应用广的一种材料。
(6)其它领域
除了上述各种应用外,硅橡胶在纺织、印刷、机械、塑料、化学、造纸及食品和化妆等领域的应用也明显增加。典型的产品是用硅橡胶制成的辊筒,用作织物、塑料的热定型、压纹、压延和复印机的定影。硅橡胶薄膜制成的气调窗已用于贮存果品蔬菜。此外,硅橡胶在纺织高温设备以及在碱、次氯酸钠和双氧水浓度较高的设备上作密封材料也取得良好的效果。
7、硅橡胶研究的新进展
硅橡胶具有的耐高低温、耐臭氧、耐氧、耐光和耐候老化性能,优良的电缘性能,的表面性能和生理惰性以及高透气性,应用范围广泛。但硅橡胶的拉伸强度和撕裂强度偏低,耐酸碱性较差,制造复杂产品时加工工艺性能也较差,近年来世界各国为此进行了许多改进研究工作,并取得了一些成果。
(1)利用有机硅与其它单体或聚合物的共聚(共混),获得了新的聚合(共混)物。例如,有机硅与聚碳酸酯的嵌段共聚物可作为选择性透气膜;有机硅与乙丙橡胶共混物的特性介于硅橡胶与乙丙橡胶之间;将硅橡胶与EVA共混,制得的共混物具有优良的物理性能、电性能、耐高温老化性能和热收缩性,经过适当配合可赋予优良的阻燃性能。利用耐高温的硅橡胶与高拉伸强度的PMMA制造互穿聚合物网格,改善了硅橡胶的强度和PMMA的耐热性,通过合成聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚苯乙烯(PS)互穿聚合物网络,提高了有机硅网络的力学和弹性性能。
(2)通过改进配合技术,研制出高强度、高抗撕裂、低压缩变形等性能良好以及耐高温、耐温、阻燃、导热和热收缩硅橡胶等各种性强的新品种。
纯硅橡胶不具备大多数应用所要求的机械强度,因此需要增强。传统的增强方法是在硅橡胶固化之前加入补强填料,然后进行混炼、硫化等工艺。但耗时、耗能,污染环境,而且控制填料在胶料中的分散和聚集的程度。研究表明,沉淀法白炭黑、沉淀法二氧化钛和铁氧体、沸石和氧化铝等填料对硅橡胶有较好的增强作用。
(3)在改善加工性能方面,研制了不需二段硫化的硅橡胶、颗粒硅橡胶(又称粉末橡胶) 以及基于含乙烯基聚硅氧烷和含氢硅氧烷之间的催化加成反应,发展了硅橡胶液体注射成型系统。采用加成型双组分体系,研制成触变性好、施工性能和使用方便的腻子型制模硅橡胶。
氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种合成高分子弹性体。这种橡胶具有耐高温、耐寒、耐油、耐老化、耐候、耐臭氧、耐中等剂量辐射、耐多种化学品侵蚀、耐过热水与蒸汽、耐燃性、气透性能较低、耐高真空性能、压缩永久变形性能、较高的拉伸强度和硬度等特性，是现代航空、导弹、火箭、宇宙航行等类端科学技术及其他工业方面不可缺少的材料。
氟橡胶一般由生胶、硫化体系、酸接受剂、补强体系组成各种实用配方，增塑剂和防焦剂仅在个别情况下采用。
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1、硫化体系
氟橡胶是高度饱和的含氟高聚物，一般不能用硫黄进行硫化。采用有机过氧化物、有机胺类及其衍生物、二羟基化合物及辐射硫化。工业常用前三种方法，辐射硫化较少选用。
1.1、有机过氧化物体系
有机过氧化物分解出来的游离基可引发氟碳化合物发生交联聚合。20世纪70年代，美国DuPont公司研发的G型系列氟橡胶，采用有机过氧化物作硫化体系，硫化胶在高温下的压缩永久变形性能及在高温蒸汽中的性能。2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己炔-3及其相似物2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷分别与三异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)共硫化耐焦烧性好。过氧化苯甲酰适用于薄型制品，在厚制品的场合易发泡形成多孔质，且不能配用炭黑，因干扰交联。过氧化二异丙苯在四丙氟橡胶中与TAIC并用，耐多种化学品侵蚀。双(叔丁基过氧)间或对二异丙基苯硫化四丙氟橡胶耐化学品性也很好。过氧化双环戊二烯硫化羧基亚硝基氟橡胶效果较好。六亚甲基-N，N'-双(叔丁基过氧化碳酸酯)可直接用于VitonGF。氟硅橡胶的压出、压延成型常压热空气硫化选用2，4-二氯过氧化苯甲酰。
1.2、单胺、二胺及其衍生物体系
单胺、二胺及其衍生物体系是继过氧化苯甲酰后早用于Viton型氟橡胶的硫化剂，以亲核离子加成反应机理形成硫化胶，其C-N键具有较好的稳定性。对于双组分型氟橡胶密封剂(腻子)，采用一元胺或多元胺作室温硫化剂，常用的是六亚甲基二胺或三亚乙基四胺，使用三亚乙基四胺效果，硫化速度快，但在普通氟橡胶不能单用。对于单组分氟橡胶密封剂，采用酮胺类室温硫化剂。己二胺氨基甲酸盐硫化氟橡胶压缩永久变形大，一般用于胶布制品。N，N'-双水杨叉1，2-丙二胺单用情况较少，用量过大引起氟橡胶热老化性能下降。N，N'-双肉桂叉-1，6-己二胺适用范围广，为氟橡胶常用硫化剂，压缩永久变形中等，模压制品外观好。N，N'-双呋喃甲叉-1，6-己二胺与N，N'-双肉桂叉-1，-己二胺性能相同，但硫化速度较慢。双(4-氨基环己基)甲烷氨基甲酸盐用于246型氟橡胶中，国内未获应用。对苯二胺硫化氟橡胶可制得低压缩永久变形胶料，单用时定型硫化温度高，时间长，二段制品起泡，与三亚乙基四胺并用可得制品胶料。乙二胺氨基甲酸盐用于高黏度氟橡胶的加工。
1.3、二元酚和促进剂并用体系
20世纪60年代初期，美国对以二元酚作Viton型氟橡胶的硫化剂开展研究。起初，选定对苯二酚和2-十二烷基-1，1，3，3-四甲基胍的硫化体系，混炼胶的焦烧性和硫化胶的高温压缩永久变形都有较明显的改进。以后，双酚AF和季胺盐(或季磷盐)促进剂的硫化系，与活性氧化镁和氢氧化钙并用，组成了氟橡胶的低压缩永久变形的硫化体系。双酚A硫化氟橡胶可得低压缩永久变形胶料，硫化速度较双酚AF为迟。双酚A二钾盐适宜作压出制品硫化剂，压出的半成品表面光滑，缩性小，可用直接蒸汽硫化，但硫化胶耐热性较差。
2、酸接受剂
酸接受剂亦称吸酸剂或缚酸剂，是能有效地中和氟橡胶硫化过程中析出氟化氢的一类物质。酸接受剂还能提高氟橡胶交联密度，并赋予硫化胶较好的热稳定性，又被称作活化剂或热稳定剂。酸接受剂主要是金属氧化物及某些盐类，碱性越强所得硫化胶的交联密度愈高，表现为拉伸强度较高、伸长率和压缩永久变形较小;同时碱性越强，加工性愈差(易焦烧)。
常用酸接受剂为氧化镁和氧化锌。应用氧化锌时，往往和二碱式亚磷酸铅等量并用于耐水性胶料。氧化镁用于高耐热、无耐酸要求胶料。氧化铅常用于耐酸胶料。氧化钙或氧化钙与氧化镁并用作低压缩变形胶料酸接受剂。氢氧化钙和活性氧化镁并用，在VitonE-60c中是主要吸酸剂，用于双酚AF与苄基三苯基氯化磷硫化系统胶料制得低压缩永久变形的硫化胶。
3、补强体系
氟橡胶属于自补强型橡胶，本身强度高，补强填充剂主要用于改进工艺性能，降低成本和提高制品的硬度、耐热性和压缩永久变形性等。氟橡胶常用的补强填充剂主要有炭黑、浅填料和新型填料。
3.1、炭黑
中粒子热裂法炭黑、快压出炉黑、高耐磨炉黑和喷雾炭黑对胺类硫化剂有促进作用，使胶料混炼、压出和模压的性能较好，用量少于30份;否则对胶料硬度、耐高低温和压缩永久变形性能带来不利影响。Austriw炭黑(以沥青为原料制成)，可改进胶料工艺性能与压缩永久变形性能。
3.2、浅填料
3.3、新型填料
碳纤维和硅酸镁纤维(针状滑石粉)是用于氟橡胶的新型填料，均能提高氟橡胶的高温强度和耐热老化性能，但在工艺性能方面较中粒子热裂法炭黑稍差。应用硅酸镁纤维或碳纤维和喷雾炭黑并用，可获得较好的效果。
补强效果好的碳纤维是在惰性气体保护或减压条件下，由人造丝经1100℃高温炭化而得到的产品。商品牌号如CarbonWool3BI(美国)、а型和б型(前苏联)碳纤维。填充碳纤维的另一重要作用是提高硫化胶的导热性，使氟橡胶密封制品与金属接触处的摩擦生热及时导出，从而降低接触处的温度，为以氟橡胶制造高速(线速20～30m/s或转速15000～20000r/min)油封提供了可能性。
4、增塑剂
氟橡胶配方中一般很少使用增塑剂。增塑剂会使硫化胶的耐热性和化学稳定性变差，在二段高温硫化时往往挥发逸出，造成制品失重大、收缩变形或起泡。为改善工艺性能，采取并用少量低分子量氟橡胶的办法。如分子量20万的26型氟橡胶中，加入10～20份分子量10万的26型氟橡胶，得到混炼和模压性能好的胶料，对硫化胶的耐热性无明显的影响。对收缩要求不严的氟橡胶产品，可用癸二酸二辛酯、磷酸三辛酯及高沸点聚酯等增塑剂。用量较少(5份)时，对硫化胶性能影响不大。23型氟橡胶可选用邻苯二甲酸二丁酯、氟蜡(低分子量聚三氟氯乙烯)和聚异丁烯等作增塑剂(用量3～5份)，其中以氟蜡(价格较贵)为好。选用低分子量聚乙烯(1～3份)，可为氟橡胶的压延、压出提供良好的工艺性，因用量少，不会影响原有胶料的物理机械性能。羧基亚硝基氟橡胶常用含氟全醚和卤代烃油作增塑剂。低粘度的羟基硅油和二甲基硅氧烷可软化增塑氟硅橡胶。
5、防焦剂
现代橡胶工业的高温高速机械加工工艺和硫化体系，焦烧和提高生产效率的矛盾愈发尖锐，焦烧就需借助于防焦剂。防焦剂亦称硫化延缓剂，通常用量0.5～1份，甚至更低(0.1份左右)。可供选用的氟橡胶防焦剂有苯甲酸、邻苯二甲酸酐、水杨酸、乙酰水杨酸、乙酸钠、三氯蜜胺、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺(CTP)、N-三氯甲基硫代-N-苯基苯磺酰胺、六异丙基硫代三聚氰胺、N-(吗啉基硫代)邻苯二甲酰亚胺等。CTP具有良好的防焦效果，一般用量0.1～0.3份，对有轻微焦烧的胶料有复原作用。N-三氯甲基硫代-N-苯基苯磺酰胺防焦效果不及CTP，但价格低廉。六异丙基硫代三聚氰胺的防焦效果强，据称为CTP的3～6倍。N-(吗啉基硫代)邻苯二甲酰亚胺能延长焦烧时间，提高加工性。
6、溶剂及其他
用氟橡胶制造纯胶薄膜、胶布制品(燃料箱垫片、防护衣等)、布类胶管及胶粘剂时均要使用胶浆。制造氟橡胶胶浆一般是将混炼胶溶解于有机溶剂中(VitonLD242采用胶乳)。低分子酮类和酯类是优良的溶剂，包括丙酮、甲乙酮、甲基异丁酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯及二甲基甲酰胺等。常用的是甲乙酮和乙酸乙酯。胶浆粘度采用混合溶剂(主溶剂为优良溶剂，副溶剂为不良溶剂或非溶剂)和加入稀释剂(低分子脂肪烃、芳香烃和醇类等)的方法来进行调节。
氟橡胶脱模时，为消除黏模，可采用少量硬脂酸锌、硬脂酸钠、加珞巴蜡、肥皂水或硅油的二甲苯溶液(5%～10%)作脱模剂。使用硅油时，用量要尽可能少，涂硅油后还需用绸布揩擦，否则会影响表面质量和耐热性。
7、结束语
氟橡胶品种多，制品性能。经过几十年的改进，新型氟橡胶品种和配合助剂不断出现，改善了其工艺性和其他的不足，在军用、民用工业领域中得到日益增多的应用。
⑥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VitonGLT, 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。
⑦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。
⑧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。
⑨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。
2 氟橡胶的配合和加工要点
氟橡胶的加工配方比较简单, 主要由生胶、吸酸剂、硫化剂、补强剂组成。
2.1生胶
国外生胶品种多,门尼粘度适中, 供选择的余地大。国内在这方面的差距较大。
2.2 吸酸剂( 稳定剂)
一般多用氧化物、氢氧化物, 其用量在5-10 份。加入品种根据胶料性能要求而定。加入氧化镁可得到耐热性好的胶料;加入氧化铅可得到耐水和耐酸性好的胶料;加入氧化锌和二盐基亚磷酸铅, 可得到流动性好的胶料, 其耐水性能好;加入氧化钙, 可得到低压缩变形的胶料;在酚类硫化体系中, 加入氢氧化钙和活性氧化镁, 可得到低压缩变形的胶料。
2.3 硫化剂
①胺类硫化剂: 国内多用3# 硫化剂,它易分散, 工艺性能较好,耐热性尚可,压缩变形较大, 胶料贮存期较短。国外已不采用此系统。
②酚类硫化剂: 胶料稳定性好, 工艺性能特好,硫化胶不抽边, 而且压缩变形很小, 是氟橡胶理想的硫化剂。
⑧过氧化物硫化剂: 采用DCP+ TAIC硫化, 具有较好的工艺性能, 可得到高强度的胶料。其耐腐蚀性好, 但压缩变形大。
2.4 补强填充体系
氟橡胶属于自补强橡胶, 补强填充剂主要是用于改进工艺性能、降低成本和提高硬度、耐热性和压缩变形性能等。下面列举一些补强填充剂的性能。
①N990炭黑和喷雾炭黑
N990 炭黑是氟橡胶理想的补强填充剂,它具有较大的填充量。一般可加入25~30 份,情况可加入60 份。可得到较好的综合性能, 压缩变形小, 而且可降低成本。喷雾炭黑是国内惯用的补强填充剂。加入量一般不高于20 份, 它的硫化胶的硬度偏高,而且压缩变形大, 工艺性能差。
②其他填料
白炭黑: 氟橡胶加入白炭黑, 工艺性能差, 硫化胶的耐热和压缩变形性能差。
无机填料: 氧化钙可加入20~35份,其耐热性能好于炭黑和其他填料,碳酸钙可获得好的缘性,硫酸钡可获得低的压缩变形, 用量为20~40份。
碳纤维和硅酸镁纤维( 针状滑石粉) 均能提高氟橡胶的强度和耐热性能。碳纤维可提高硫化胶的导热性。
2.5加工助剂
氟蜡、低分子聚乙烯、SL- 1加工助剂可保持稳定的脱模效果。美国耀星公司的WS280 是氟橡胶加工助剂。它在高温时的挥发性低, 可提供良好的脱辊性, 胶料流动性好, 而且减少模具污染。经我们试用,效果很好。
2.6金属粘合剂
试验表明, 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、。
3#硫化剂的氟胶料, 我们用过上海华明橡塑制品厂配制的粘合剂, 其粘合强度都大于5MPa。
2.7胶浆的配制
氟橡胶胶料可溶解于乙酸乙酯和丙酮等溶剂。一般氟胶胶浆的配制如下: 混炼胶:溶剂=1:4。
2.8关于混炼工艺
氟橡胶的导热性差, 混炼生热大, 容易导致粘辊或焦烧。为此, 要强化冷却,并适当减少混炼装胶容量( 减少30%左右)如14 英寸炼胶机的容量为5~ 8kg。
加料顺序: 生胶上辊→加工助剂→吸酸剂→补强填充剂→硫化剂。
要注意的是硫黄不能混入氟胶胶料,即使是0.2 感量也会对胶料硫化产生严重的影响。
另外, 混炼胶不能接触水,少量的水能使氟胶胶料产生焦烧, 这是应该严格控制的。
下表是氟橡胶配方举例。分别列出国产氟胶、日本大金公司和美国3M公司氟胶的配方组成。
3结论
氟橡胶经40多年的开发应用,已经成为重要的耐热、耐介质弹性材料。26型氟橡胶制的0形图在200 ℃可连续工作10000小时以上, 在230℃下可工作3000小时, 在260℃下可工作1000小时。它是一种耐高温、长寿命的橡胶产品, 已在各领域广泛应用, 得到各方面的。
目前, 我国氟橡胶无论在产量和质量上,和国外尚有较大差距。例如, 上海3F公司的26B氟橡胶在100℃,ML1+5门尼粘度为100-140, 而日本大金公司G751氟胶在100℃,ML1+5门尼粘度为52, 其加工性能和弹性都较好。从物理性能看, 大金公司产品的力学性能和老化性能均优于我国3F公司。但3F公司的氟橡胶采用酚类硫化体系和N990炭黑之后, 性能也保持在较高的水平上, 同时国产氟橡胶一直以它的价格优势吸引着国内外的广大用户。
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: