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在汽车工业中的典型应用
汽车领域占氟橡胶热硫化胶水用量的60%以上，主要用于燃油系统密封件的修复与制造。燃油泵法兰密封圈的现场硫化修复可避免总成更换，节约成本70%以上；涡轮增压器进气管的氟橡胶-金属粘接需耐受150℃高温和振动负荷；变速箱油封的翻新采用专用胶水硫化后，使用寿命可达8万公里。电动汽车电池冷却系统的氟橡胶密封同样依赖此类胶水，要求同时满足绝缘性（耐压>5kV）和导热性（>1W/m·K）的特殊配方正在快速发展。
氟橡胶，作为一种高性能的特种合成橡胶，因其出的耐高温、耐腐蚀和耐油性能而被广泛应用于多个领域。为了地了解和利用氟橡胶的性能，对其成分进行深入分析是的。本文将对氟橡胶的成分进行详细解析。
一、主要成分
1.氟橡胶的主体结构是由碳原子和氟原子交替排列组成的，这种的结构使其具有出的耐化学腐蚀性能。
2.氟橡胶中还含有少量的其他元素，如氢、氧、硫等，这些元素的加入有助于改善橡胶的加工性能和机械性能。
二、硫化体系
1.氟橡胶的硫化过程是通过硫化剂的作用实现的，常用的硫化剂包括含硫化合物和过氧化物。
2.为了提高氟橡胶的耐高温性能，通常采用不含硫的硫化剂，如胺类和金属氧化物。
三、填充体系
1.为了改善氟橡胶的机械性能和加工性能，常加入填充剂，如炭黑、白炭黑等。
2.白炭黑具有多孔性结构，可以提高氟橡胶的耐油性能和耐化学腐蚀性能。
四、增塑剂与软化剂
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维普资讯
第 27卷 第 3期 特 种 橡 胶 制 品 Vo1．27 No．3
2006年 6月 SpecialPurposeRubberProducts June2006
二段硫化对氟橡胶性能的提高及耐热性的影响
刘 伟 ，孙向南，王声嫒 ，周 琼
(青岛科技大学 橡塑材料教育部重点实验室，青岛 266042)
摘 要:通过改变不同配方的氟橡胶二段硫化温度和时间，确定了佳硫化条件 结果表明．氟橡胶经二段硫
化后力学性能明显提高；经300℃热空气老化后发现，不同二段硫化条件对氟橡胶的耐热性有着不同的影响。
关键词 :氟橡胶；二段硫化；耐高温性能
中围分类号:TQ333．93 文献标识码:A 文章编号 :1005—4030(2006)03—0032—03
氟橡胶是一种耐热弹性体，通常在高温下使 高温性能。
用，所 以，二段硫化是其制品生产过程 中的必要步
1 实验部分
骤 。进行二段硫化的主要 目的是 :(1)使一段硫化
(也称定型硫化)后剩余的未反应交联基团完成反 1．1 原材料
应 ；(2)除去一段硫化 中产生的交联反应残余物 。 氟橡胶 2463，四川晨光化工研究院；3交联
主要是去除氟橡胶制品中存留的水和二氧化 剂(N，N一双 肉桂叉基一1，6一 己二胺)，四川晨
碳l1]，以及少量的氟化物或硫化剂产生的碎片 光化工研究院；轻质氧化镁 ，上海三爱富公司；炭
等[2]。二段硫化(也称补充硫化)可以改善制品的 黑N99o，青岛德固萨化学有限公司；其他为一般
力学性能和压缩永久变形性能，减少制品使用过 市售工业产品。
程中产生的气体，即降低制品的收缩率口]。因此， 1．2 设备与仪器
二段硫化在氟橡胶硫化过程中有着重要的作用。 双辊开炼机 SK—l608，上海橡胶机械厂；电
一 段硫化一般取 160℃～18o℃，也可采用 子硫化测试仪GT--M2000A，台湾高铁科技股份
150℃硫 化L4]，硫 化 时间视 制 品厚度 ，可 以从 有限公司；硫化机 HS 1O0T—FTM0—2RT，佳
10min到40min不等 。二段硫化置于烘箱 内逐步 鑫电子设备科技(深圳)有限公司；电子拉力实验
升温，h升至 150℃，第 2h升至 200℃，第 3h 机 (；T—AJ7000S，台湾高铁科技股份有限公司；
升至250℃，恒温 12h，一般不短于 6h[5]；有的[。] HD 10厚度仪，上海化工机械4厂；402型热老
二段硫化条件采用 230℃×24h(要逐步加温 化试验箱，上海第 2五金厂沼 氏硬度计，上海险
到 230℃后恒温记时) 《橡胶工业手册》6『中对 峰电影机械厂。
不同种类、不同结构的橡胶制品二段硫化条件做 I．3 试验工艺
了总结 ，介绍了不同的工艺。但是 ，以上文献 中都 采用双辊开炼机在 60℃以下混炼 ，包辊后依
没有研究二段硫化对含润滑体系的氟橡胶制品性 次加入轻质氧化镁 、润滑剂 、炭黑 N990、硫化剂 ，
能的影响。 薄通 6次出片。混炼时间约为 30min。放置后测
本文重点研究了加入润滑体系，使加工性能 试硫化特性、加压硫化 。硫化条件 160℃×正硫
明显改善的氟橡胶的二段硫化工艺，对比了传统 化时间，压力 13MPa。二段硫化 :选用 了200C‘和
的简单配方，通过实验确定了不同氟橡胶配合体 250℃2个温度段分别经过 3，6，
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氟橡胶(FKM)因具有耐油、耐高温、耐溶剂、耐强酸、耐强氧化剂、阻燃、耐老化等一系列优良的特性，所以在国防军工、航空航天、电子通信、车辆船舶、石油化工等尖端技术领域获得了广泛的应用。是近几年老，随着上述相关行业的高速发展和技术进步，FKM作为一种不可替代的高性能弹性体材料，不仅在需求上有了大幅度增加，而且其用途也正在不断地扩大。
从技术的角度来讲，尽管FKM从基础研究到应用研究都取得了很大的进展，但在一些的使用场合，目前人们更为关注的还是FKM的低温特性、压缩永久变形性、耐碱性、耐含甲醇汽油性、耐强氧化剂性、低抽出性、低毒性等问题。
因此，本文将针对上述问题，就具有这些特性的FKM胶料的配合技术作一介绍。
一、FKM的种类、结构和特点
具有代表性的FKM的种类、结构和特点见表1。对FKM来讲，因其聚合物结构和所用硫化体系不同，所以硫化胶的性能也各有差异。为了使FKM能够满足各种苛刻条件下的使用要求，所以除选择适宜的品级外，在胶料的配合上加以改善也是十分必要的。
表1FKM的种类、结构和特点
种类
特点
用途
二元类PKM
耐热性
油封、衬垫、软管
三元类FKN
耐油性
含有全氟乙烯醚的PKM
耐品性、低温特性
全氟醚PKM(FFKM)
耐品性、耐热性、低温特性、氧化稳定性、低渗透性
O形圈、衬垫(半导体、化工、航空航天)
TFE-丙烯类PKM
耐品性(无机酸碱)、耐热性
油封(耐添加剂)
氟类热塑性弹性体
热塑性、低抽出性和透明性
O形圈、胶管(医疗、食品)
氟硅橡胶(FVMQ)
低温性、耐油性
密封件、膜片
氟类液体橡胶
低温性、耐油性
密封件、膜片
羧基亚硝基FKM
低温性、耐强氧化剂性(N2O4等)
密封制品
全氟三嗪橡胶
热稳定性(长期使用温度300℃)，但低温性较差，对浓酸稳定，耐碱性很差
密封制品
氟化磷腈橡胶
低温性、耐油性、耐溶剂性、耐酸碱性
密封制品
聚二氟硫酰橡胶
耐磨性(相当NR的16倍)、低温性
目前，构成市场主导品种的是偏氟乙烯(VDF)与六氟丙烯(HFP)共聚的二元类FKM，其组成为:VDF摩尔分数80%，氟质量分数约66%，Tg为-20℃。近年来，共聚入四氟乙烯(TFE)、减少VDF含量(提高氟含量)的三元类FKM的需求明显有所增加。对三元类FKM来讲，氟含量愈高、耐品性、耐腐蚀性、耐油性、耐燃油渗透性就愈好，但低温特性会变差。目前，市售的FKM各品级的低温特性见表2。作为改善低温特性的品种，除共聚了全氟乙烯醚的FKM外，还有含氟硅类(FVMQ)和主链中含有六氟丙烯氧化物单元的FKM。
表2FKM主要品级的低温特性
制造公司
品级
脆性温度/℃
三爱富
2463
-28
2462
-25
2603
-25
晨光
2463
-26
3M
FC-2174
-25
FEC-16241A
-42
FEC-16227A
-40
杜邦
GFLT-301、601、501
-24(TR)
GFLT-305、505、506
-30(TR)
大金
G716、G723
-24～-25
由于VDF单元遇碱性化合物容易引起脱氟酸反应，所以三元类FKM的耐碱性是有限的。在接触有机胺化合物或强碱性水溶液的场合，适用的是TFE/丙烯(Pr)共聚的四丙氟橡胶或TFE/全氟乙烯醚共聚的FKM。在含有VDF的品级中，耐碱性较好的是分子中不含HFP而含乙烯醚的FKM。其次，则是VDF含量低、氟含量高的三元类FKM。不过，通过四丙氟橡胶与三元乙丙橡胶(EPDM)共混来改善耐碱性也是十分有效的。
在接触强氧化剂(N2O4、发烟硝酸等)的场合，则可选用羧基亚硝基FKM或全氟醚型的FKM。
二、FKM用配合剂的选择
1.吸酸剂
对胺硫化及多元醇硫化来讲，吸酸剂是的配合剂。当吸酸剂与氟酸反应并生成氟化物时，即使使用一种金属氧化物，如MgO、Ca(OH)2、CaO、Zn0、PbO等都没关系，但在要求耐热性和低压缩永久变形的胶料中，好是用高活性的MgO。对于厚制品，可在胶料中使用一定数量的Ca(OH)2、CaO的配合可消除胶料中产生的气泡，同样也具低压缩永久变形这一特点。在要求耐酸性、耐水性的场合，则需要配合一定数量的PbO。但出于方面的考虑，近年来有禁用铅化物的趋势，这对要求耐酸性、耐水性的制品来讲，采用过氧化物硫化体系是解决这一问题的有效方法之一。在多元醇硫化体系中，作为吸酸剂，当使用PbO时不仅制品表面无光泽，而且在溶胀、蒸汽条件下的压缩永久变形也比较大。
对多元醇硫化体系来讲，当含有Ca(OH)2吸酸剂的胶料在空气中放置时，就有可能吸收水分和CO2，降低吸酸剂的反应性，而水分则会提高其反应性，这样就会进一步地影响到硫化速度。另外，有时也会因聚集而出现分散不良的现象，因此好使用充分干燥或表面处理过的材料，这样就可辊筒的污染(吸酸剂附着在辊筒表面)。
2.填充剂
FKM用填充剂的主要目的不是为了补强，而是为了调节硬度、降低成本等。对HAF这样的补强性炭黑来讲，因对硬度的提高幅度较大，不宜高填充，所以通常主要使用的是大粒径的非补强性炭黑(如喷雾炭黑、中粒子热裂法炭黑)。在要求耐磨性、着或考虑成本的场合，则可使用白炭黑、硅酸钙、硅酸镁、硅酸铝、碳酸钙、滑石粉、聚四氟乙烯、炭纤维、石墨、二硫化钼、氮化硅、硫酸钡、氟化钙等。是对于注重泽的制品，多数是在以硫酸钡为基础的混合物(配有5份覆盖力强的TiO2)中添加颜料后制造的。就硫化体系而言，由于多元醇及胺硫化体系在硫化时可使橡胶本身着，所以对要求泽明亮的制品好是用过氧化物硫化体系的FKM。在上述填料中，二硫化钼、炭纤维、滑石粉、石墨、聚四氟乙烯、氮化硅、氮化硼对提高耐热性、减小摩擦系数是有效的，但在一定程度上均会降低硫化胶的物性(5%左右)。对于碳酸钙、硫酸钡、硅酸钙、氟化钙等无机填料，挤出、模压、耐热性较好的是氟化钙，但压缩永久变形较差。硅酸钙的耐热老化性优于氟化钙，硫酸钡的综合性能也不错。
3.增塑剂和加工助剂
一般来讲，在FKM胶料中是不用增塑剂和加工助剂的。因为FKM制品的使用条件为苛刻，能够使用的增塑剂和加工助剂十分有限，这也是注重物性超过注重加工性能的主要原因。当在FKM中使用加工助剂时，不仅会使压缩永久变形增大，而且还会导致耐热性下降。此外，因低分子聚乙烯与过氧化物具有反应性，所以在过氧化物硫化体系的FKM中配合是不适宜的。就脱模剂而言，除可用有机硅类和氟类脱模剂外，作为内脱模剂也可在胶料中配合少量的脂肪族胺或脂肪酸酰胺化合物，但同时也会带来与加工助剂同样的结果(压缩永久变形增大，耐热性下降)。而且，因内脱模剂在硫化时会迁移到橡胶表面，所以对硫化体系与加工助剂的协同效果也会产生一定的影响。
三、FKM的各硫化体系及其特点
FKM的硫化，通常可分为胺硫化、多元醇(双酚)硫化和过氧化物硫化三种类型。胺硫化体系和多元醇硫化体系是以胺或镍盐(铵盐等)为催化剂，通过二胺或双酚化合物与脱氟酸(氟化氢)反应形成的双键加成进行硫化的。但无论是哪一种硫化体系都要中和产生氟酸，因此配合吸酸剂(金属氧化物)是十分必要的。其各硫化体系的特点见表3。
表3FKM各硫化体系的特点
项目
胺硫化
双酚硫化
过氧化物硫化
硫化剂
二胺
双酚AF
TAIC
促进剂
不需要
四价铵盐
有机过氧化物
的配合剂
金属氧化物(MgO)
金属氧化物[MgO及Ca(OH)2]
不需要(当交联点为Br时，添加金属氧化物，有时会加快硫化速度)
氟含量与硫化特性
提高氟含量会降低硫化性能
与氟含量无关
硫化胶特点
(1)硫化速度快
(1)压缩永久变形小
(1)耐品性、耐蒸汽性优良
(2)机械强度高
(2)焦烧稳定性好
(2)金属洗提成分少(无吸酸剂时)
(3)粘合性优良
(3)脱模性好
(3)机械强度高
(4)压缩永久变形大
(4)模具污染性小
(4)抗屈挠性好
(5)耐热性良好
(5)不需二段硫化
主要用途
油封、膜片、涂料、厚制品
O形圈、衬垫、软管、胶板、油封
膜片、油封、耐酸和耐蒸汽用密封件
基本配方
生胶
100
生胶(含硫化剂)
100
生胶
100
MT炭黑
20
MT炭黑
20
MT炭黑
20
MgO(低活性)
15
MgO(低活性)
3
TAIC
4
硫化剂V-3①
3
Ca(OH)2
6
过氧化物②
1.5
注:①N，N′-双肉桂叉-1，6-己二胺；②2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷。
1.胺硫化与多元醇硫化
就胺硫化体系而言，为了赋予硫化剂在混炼时的焦烧稳定性，在配合体系中可以以胺盐的方式使用。实际上，从加工稳定性与硫化胶物性的均衡来讲，己二胺氨基甲酸盐、乙二胺氨基甲酸盐、环己二胺氨基甲酸盐等都可以使用。由于二胺硫化剂具有脱氟酸催化剂的作用，所以不需要使用的催化剂。但在多元醇硫化体系中，因硫化剂本身不具有催化剂的作用。所以作为与镍盐的共催化剂配合一定数量的氢氧化钙是十分必要的。
作为硫化剂，也可使用对苯二酚、双酚A等双酚合化物，但从耐热性考虑，双酚AF是较为理想的一种硫化剂。是双酚AF/苄基三苯基氯化磷这一硫化体系，对改善FKM硫化胶的压缩永久变形是有效的。不过，目前多数FKM制造厂是将其镍盐及双酚AF与FKM以预混物的方式提供用户的。
2.过氧化物硫化
对过氧化物硫化来讲，目前主要的品级是在分子中作为交联点预先导入碘或溴的FKM，但各公司的品级其构成是不同的。关于硫化机理，作为助硫化剂的多官能不饱合化合物(TAIC)与FKM的交联点是通过有机过氧化物产生的自由基进行反应、硫化的。因不需要吸酸剂，所以是耐水性、耐酸性优良的硫化体系。而且由于不会因吸酸剂而促进脱氟酸反应，所以耐碱性也优于多元醇硫化体系，并可解决多元醇硫化体系有时会出现的龟裂等问题。
在半导体制造装置用密封材料的用途中，洗提金属的问题正在不断增加，而过氧化物硫化体系硫化的FKM将成为解决这一问题的方法之一。另外，即使配合吸酸剂也不会影响硫化特性，所以为赋予粘合性和耐热性，也可配合适量的氧化锌、氢氧化钙等配合剂。
目前，在国产FKM的胶料中主要使用的是N，N′-双肉桂叉-1，6-己二胺(3#)，双酚AF和过氧化物三种硫化剂，其各品级适用的硫化剂见表4。
表4国产FKM各品级适用的硫化剂
品级
门尼粘度
硫化剂
加工方法
FE2601
45～75/ML(+10)121℃
3#、双酚AF
模压、挤出
FE2602
130～180/ML(1+10)121℃
3#、双酚AF
模压
FE2603
60～100/ML(5+4)100℃
双酚AF
模压、挤出
FE2604
101～129/ML(5+4)100℃
3#、双酚AF
胶浆涂刷
FE2605
20～40/ML(1+4)121℃
双酚AF
注射成型
FE2461
50～70/ML(1+4)121℃
双酚AF
注射成型
FE2462
80～100/ML(5+4)100℃
3#、双酚AF
模压
FE2463
50～80/ML(5+4)100℃
双酚AF
模压、挤出
FE2701
70～110/ML(5+4)100℃
有机过氧化物
模压、挤出
FE2311
-
-
模压
FE246D
-
3#
胶浆、涂刷
四、结语
以上，本文就FKM配合技术的进展进行了介绍。尽管涉及到的问题主要是与生胶本身的结构和特性有关，但通过与其它橡胶(NBR、VMQ、ACM等)共混及选用新型功能性材料等手段，在配合上加以改善也是有效的。
FKM是具市场发展潜力的一种高性能弹性体材料，但从基础研究到应用研究在技术上与国外相比还有较大的差距。其主要表现在以下几个方面:
(1)生胶品种少。是耐低温、耐碱性、耐强氧化剂、耐含甲醇汽油性、可有机过氧化物硫化、低粘度等胶种的开发；
(2)配合技术落后。由于原材料品种单一，可选择的余地较小，所以定型的胶料配方并不多；
(3)加工技术及设备急待改进。由于实现注射成型加工，所以产品质量稳定性差、生产效率也比较低；
(4)科研经费不足。FKM有不少重要的课题急待研究和开发，但遗憾的是因经费问题而有许多高级技术人员只能无奈地从事着与操作工同样的搬模具的工作；
(5)人才断层。随着科研体制、分配体制的变化，自1985年以后，就已经出现了人才脱节、断层的现象。是近几年，这一问题尤为突出，甚至有不少年青的、高学历的技术人员，目前还在重复着70-80年代已经完成的基础性研究课题的工作，这样不仅造成了人力、财力和资源的大浪费，而且对人才培养、技术都是不利的。
因此，期望管理层或有识之士能够关注我国有机氟工业的发展，尽快缩小与国外公司(杜邦、3M、大金等)在技术上的差距，因为我们拥有自己的技术和材料，是在国防高科技领域应用的技术和材料。当然，FKM的制造厂家、加工厂家与用户的密切配合也是重要的。
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