广西氟橡胶包金属胶水性价比高的厂家
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。
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:
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执行标准:Q/0321DYS 005-2015
产品说明:246型氟橡胶由偏氟乙烯、六氟丙烯和四氟乙烯共聚合成,由于这种氟橡胶具有较高的氟含量,从而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;通常可在275℃下长期使用,在320℃下短期使用;耐油、耐酸性优于FKM-26;耐气候、耐臭氧、耐辐射性、透气性及电性能和耐燃性能与26型橡胶相近。
技术:
主要用途:注:在鉴定配方中均采用双酚AF硫化剂进行硫化测试
广泛应用于汽车、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,用以输送有腐蚀性的介质等。
注意事项:1、氟橡胶生胶在260℃以下热稳定性良好。在260~300℃的环境下长时间放置,会发生微量的分解,高于320℃时,产品分解速度明显加快,其主要分解产物为有毒的氟化氢和氟碳有机化合物。当氟橡胶生胶遇到火时,也会释放出有毒的氟化氢和氟碳有机化合物。2、氟橡胶不能与金属粉末(如铝粉、镁粉等)或10%以上的胺类化合物混炼,否则在混炼时会因部分元素与氟橡胶剧烈反应,胶料温度迅速上升,对混炼装置及操作者自身带来重大的损害。 包装、运输、贮存:1、氟橡胶以胶片形式包装于聚乙烯塑料袋内,再装入纸箱,每箱净重20公斤。2、氟橡胶贮存于清洁干燥阴凉的仓库内。氟像胶按非危险化学品运输,运输过程中应远离污染源、阳光和水。
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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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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,它不仅具有较好的力学性能,而且有很高的耐高温、耐油及耐多种化学品侵蚀的特性,综合性能,大量用于密封制品的生产,是现代航空、导弹、火箭,宇宙航行等尖端科学技术及其他工业(如汽车)方面不可缺少的材料。
1.氟橡胶的结构特点和应用领域
由于聚烯烃类氟橡胶(26型氟橡胶,23型氟橡胶)和亚硝基氟橡胶中,主链上都没有不饱和的C=C键结构,减少了由于氧化和热解作用在主链上产生降解、断链的可能。偏氟乙烯中亚甲基基团对聚合物链的柔软性起着相当重要的作用,例如氟橡胶23-21和氟橡胶23-11是分别由偏氟乙烯和三氟氯乙烯按7:3和5∶5的比例组成,显然,前者比后者柔软。
无论是偏氟乙烯和三氟氯乙烯,或者前者和六氟丙烯的共聚物以及它们和四氟乙烯的三聚物,都可以是以晶态为主或无定形态为主,这取决于当一个单体为共聚物的主要链段时,另一个单体介入的含量。
电子衍射研究指出,在偏氟乙烯链段中六氟丙烯摩尔分数达7%,或者在三氟氯乙烯的链段中偏氟乙烯的摩尔分数达16%时,这两种共聚物仍具有和其相当的均聚物的晶体结构。但是,当前者的六氟丙烯摩尔分数增加到15%以上,或者后者的偏氟乙烯摩尔分数增加到25%以上时,晶格就被大幅度破坏,导致它们具有橡胶性能为主的无定形结构。这是由于第二单体引入量的增加,破坏了其原有分子链的规整性。
氟橡胶可以与丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶等并用,以降低成本,改善物理机械性能和工艺性能。
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0.2~0.7mm,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%的硝酸中浸渍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℃×1000h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 ℃×100h空气热老化后的26-41的物性与300℃×100h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16h之后保持良好弹性,在400℃热空气老化110min之后保持良好弹性,在400℃热空气老化110min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1.87mm时,其脆性温度是-45℃,厚度为0.63mm时是-53℃,厚度为0.25mm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(VitonA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10~20MPa之间,扯断伸长率在150~350%之间,抗撕裂强度在3~4kN/m之间。23型氟橡胶在15.0~25MPa之间,伸长率在200%~600%,抗撕裂强度在2~7MPa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℃×24h下的压缩变形相当于丁橡胶在150℃×24h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35000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
4.应用实例
(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,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。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。
(2)耐碱FKM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。
(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、织物的胶粘剂,制造海绵及接触火箭推进剂的垫圈、O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。
弹性体
单涂
双涂
天然胶 NR
丁苯胶 SBR
OSN-2EF
2000
P-11EF+520P-EF/538/516/511EF
丁基胶 IIR
溴化丁基,氯化丁基
2000
P-11EF+516/511T
异戊橡胶 IR
OSN-2EF
2000
P-6-EF+OSN-2EF
P-11EF+520P-EF
氯丁橡胶 CR
OSN-2EF
2000
P-11EF+2000-TEF/538
P-11EF+520P-EF
氯磺化聚乙烯 CSM
P-11EF+511-EF
丁晴胶 NBR
XNBR
HNBR
P-11EF
715
2000
2000
P-11EF+520P-EF
P-6-EF+516
P-6-EF+511EF
三元乙丙胶 EPDM
2000
P-11EF+516EF/2000
P-6-EF+814-2
丙烯酸橡胶 ACM
715
P-6-EF+OSN-2EF/2000
P-11EF+520P-EF/2000
聚氨酯 PU
TPU
422,406
403/404
氟橡胶 FKM
300/301,3290-1
硅橡胶 VMQ
注射
304
305
氯醇橡胶 ECO
CO
715
OSN-2EF
P-6-EF+715 /P-11EF+516
三元乙丙胶植绒
3423
98
后硫化 EPDM,
IIR,NR
814-2
OSN-2EF,511EF
P-6-EF+814-2
P-6-EF+OSN-2EF
Huhoco希科SI Coatings热硫化胶粘剂 (德国)
Huhoco希科SI Coatings热硫化胶粘剂 (德国)
百年德企HUHOCO GROUP成立于1927年,致力于工业制造、新材料研发等行业,在欧美亚建立20余个研发和生产基地,为制造业客户提供跨行业系统解决方案。
集团旗下SIC GmbH是欧洲家涂料胶粘剂研发和生产厂家,产品涵盖各类橡胶与金属基材热硫化胶粘剂、塑料与金属基材胶粘剂、塑料与玻璃陶瓷碳纤维基材胶粘剂。公司的产品和技术广泛应用在汽车制造、工业生产、建筑桥梁减震、航空航天、电子制造、过程工业等众多领域。
SIC GmbH产品,符合欧洲严苛的要求。
橡胶与金属基材热硫化胶粘剂
产品名称 涂布方式 使用说明
SIC 05 底涂/单涂 普通橡胶的底涂,适用于NBR单涂使用
SIC 16 面涂 通用型面涂,适合大多数橡胶
SIC 17 面涂
针对性较高的较难粘接的橡胶如三元乙丙橡胶(EPDM)
以及 氯 硫化聚乙烯橡胶(CSM)
以及苯乙烯-丁 二烯橡胶(SBR)等橡胶,
具有 好的油与溶剂抗性
SIC 05 底涂/单涂 丁腈橡胶(NBR)和氢化丁腈橡胶(HNBR)的单涂,
SIC 17 与 SIC 05 的组合适合EPDM的硫化粘接
SIC 34 单涂 腈化橡胶和氯化橡胶如丙烯酸橡胶(AEM),
氯丁橡胶(CR),氯醇橡胶(ECO)
以及某些天然橡胶(NR)粘接金属基材的
的低温硫化型
SIC 15 面涂 针对大多数橡胶低温硫化型面涂,
适用于80-90度的硫化条件
SIC 01 底涂/单涂 抗温性底涂,亦可作为丁腈橡胶(NBR)
和氢化丁腈橡胶(HNBR)的单涂
SIC 22 单涂 针对氟橡胶
SIC 28 单涂 针对硅橡胶
SIC 29 单涂 针对氟硅橡胶
SIC 18 单涂
天然橡胶(NR),异戊二烯橡胶(IR),丁二烯橡胶(BR),
苯乙烯 -丁 二烯橡胶(SBR),氯乙烯橡胶( CR),
丙烯晴-丁二烯橡胶(NBR),异丁烷-异戊二橡胶 烯(IIR)
和 氯 硫化聚乙烯橡胶(CSM) 等橡胶
SIC 116613 单涂
针对性较高的较难粘接的橡胶如三元乙丙橡胶(EPDM)、
氯 硫化聚乙烯橡胶(CSM)以及
苯乙烯-丁 二烯橡胶(SBR)等橡胶
与金属和很多塑料 基材的粘接涂层。
塑料与金属基材胶粘剂
产品名称 涂布方式 使用说明
SIG 2169 单涂 针对各种聚氯乙烯(PVC)
SIC 3192 单涂 针对聚丙烯(PP)射出成形等工艺
SIC 3161 单涂 针对热塑性聚氨酯(TPU)和聚氨酯(PU)树脂、CPU
SIC 78 底涂
可配合 SIC 2169、3192、
3161使用的底涂,
在对防腐有要求的情况下使用
SIC 3125 单涂
针对聚酰胺(PA)及其玻璃纤维加强树脂(PA+GF),
也可用于聚丙烯玻璃纤维加强树脂 (PP+GF)、
聚對苯二甲酸丁二酯 (PBT)以及
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物玻璃纤维加强树脂(ABS+GF)
SIC 75 底涂 配合SIC 3125使用的底涂,
尤其在基材对防腐要求较高时推荐使用
SIC 3599 面涂 针对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS)
SIC 80 底涂 配合 SIC 3599使用的底涂,
与金属基材有强的附着力,并且起到防腐的效果。