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不同配方体系的性能差异
市售氟橡胶热硫化胶水主要分为双组分和单组分两大体系。双组分(如酚醛树脂/氟橡胶共混型)通常具有更高的最终强度(剥离力可达6-8kN/m),但操作窗口较短(30-40分钟);单组分(如氟硅改性型)施工简便但需严格控温。特殊配方包括导电型(添加银粉,体积电阻率<0.1Ω·cm)、阻燃型(氧指数>30)等。近年发展的纳米改性胶水通过添加SiO2或碳纳米管,可使耐温性提升20-30℃,蠕变率降低50%以上,但成本相应增加2-3倍。
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。
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,氟硅橡胶(LS-2370U)的低温特性,脆性温度低达-89℃,而一般的氟橡胶约为-30℃。
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。
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。
美国道康宁(Dow Corning)有机硅公司很早就开发出了高强度、高抗撕氟硅橡胶(US-2332U)。中国对高性能氟硅橡胶的研究主要集中在20世纪80年代,尽管从基础研究到应用研究都取得了一定的进展,但与国外相比还存在着不小的差距。
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。
此外,氟硅橡胶的防霉性、生理惰性、抗凝血性也是十分良好的。
氟硅橡胶的加工工艺
混炼
氟硅橡胶虽属固体,但可塑度高,不需塑炼,可直接采用开炼机或密炼机进行混炼。其加顺序或混炼工艺过程如下:
生胶(氟硅橡胶+少量硅橡胶)→白炭黑+结构控制剂+加工助剂→倒胶、薄通(5次)→热处理→返炼+交联剂→薄通(8~10次)→出片、停放(12h以上)→待用
当采用开炼机混炼时,*好在开炼机辊筒上方装备防尘或抽风装置,以减少白炭黑的飞扬。在混炼过程中不得有其他杂质或胶粒混入,温度应控制在40℃以下,开足冷却水。开炼机混炼吃粉较慢,每批胶料的混炼时间约在20~40min之间。装胶随开炼机规格而定,一般Φ160mm×320mm的开炼机为1~2kg, Φ250mm×620mm的为5~8kg。
至于采用密炼机混炼,不但可以提高生产效率、降低劳动强度,而且还能够减少白炭黑的飞扬和改善操作环境。密炼机混炼的加顺序基本与开炼机相似,但对加间隔时间的要求并不严格。每批胶料的混炼时间约为8~18min,密炼机的填充系数应控制在0.7~0.75的范围较为适宜。排胶温度与填料种类有关,通常应控制在50℃~70℃的范围。
热处理
当采用未经表面改性的气相法白炭黑作为补强剂时,胶料中加入结构控制剂。因此,胶料的热处理也就成为一道的工序。
热处理的目的主要在于:使结构控制剂与白炭黑进一步结合;消除低分子挥发物。一般来讲,热处理的条件为160℃~200℃×1~1.5h。
过滤
对挤出制品、压延制品、涂胶制品、膜片制品来讲,机械杂质和未分散的配合剂粒子是导致产品出现质量问题的主要因素之一。因此,对上述制品所用的胶料进行过滤。过滤时可采用滤胶机,也可用普通挤出机替代。机筒、螺杆的温度应控制到*低,滤网规格以120~200目为宜。
返炼
胶料经停放后,因凝胶含量增加、可塑性降低,所以使用时进行返炼。胶料返炼应适可而止,返炼不足,胶料柔软性差,表面不平整;而返炼过度,则胶料表面会发粘,不利于操作,对氟硅橡胶更是如此。
硫化
氟硅橡胶不同于其他普通橡胶,硫化是分一段、二段两次完成的。一段硫化时间短(1.5~15min),仅能使制品达到定型的程度;经过二段硫化(3~6h)后才能够达到硫化,硫化胶的各项物性才能够趋于稳定。
模型硫化*适用于O形圈、皮碗、膜片、油封、衬垫、护套等制品的加工;常压热空气硫化和加压蒸汽硫化主要是用于胶管、胶带、胶布、胶绳、电线电缆覆盖层等挤出制品、压延制品、涂胶制品的加工。硫化所用设备可根据制品类型选择,硫化条件可根据制品规格、厚度、硫化体系来确定。其模压制品和挤出制品的一段硫化条件分别见表1、表2所示。
表1模压制品的一段硫化条件
表2挤出制品的一段硫化条件
氟硅橡胶的应用
氟硅橡胶是兼具硅橡胶和氟橡胶两者特性的弹性体材料。与甲基乙烯基硅橡胶相比,*大的优点是耐油、耐溶剂性;而与氟橡胶相比,尽管在耐烷烃溶剂方面的差别甚微,但耐芳烃溶剂性优于氟橡胶,它的良溶剂只有性大、小分子的酮类。氟硅橡胶的耐热性、耐寒性、压缩变形性更优,而且物性对温度的依赖性较小,从低温到高温都显示出了优良的性能。其次,即使不使用增塑剂也可制得低硬度的制品。因此,氟硅橡胶作为一种新的高性能弹性体材料正在广泛地应用。
氟硅橡胶的应用主要在航空航天、车辆船舶、电子通信、精密仪器、石油化工和医疗卫生等领域,但目前巿场需求量*大的还是火箭、卫星、汽车、飞机制造业。
航空薄膜:油箱调压管路中活门用膜片、油箱通气活门用膜片(在-55℃~200℃的煤油蒸汽和150℃的RP煤油中使用的氟硅橡胶涂层与聚酯布作骨架材料的夹布薄膜);
静、动态密封件:垫圈、皮碗、活门;
汽车制品:燃油水平指示传感器软管、雾化器油泵隔膜、燃油泵隔膜、波纹护套、发动机曲轴后密封圈、气缸垫、燃油泵密封件、油箱盖垫圈、油箱加油垫圈、滤油器密封件;
其他:耐氟氯油、耐氟溴油、耐三氯联苯、耐H2S溶液、耐液氮等密封件。
产品描述
德国希科SI Coatings 810021 是针对氟橡胶 FKM 材料粘接涂料.此产品可以通过如卷材涂布设备或刷涂、喷涂等方式涂布于镀锌件,铝材等金属表面。使用了本粘接涂层的基材适用于氟橡胶的热压与二次注塑成型
典型应用
SI COATINGS 810021 应用于各类对附着力和环境要求较高的产品上,如汽车密封条、密封圈等的制造等。
产品特点单涂,操作简单
***的耐腐蚀耐盐雾特性好的温度抗性
超高强度的粘接力和拉拔力
柔韧性强,涂布涂料的基材可任意弯折变型,涂料不脱落
产品属性
成分 树脂以及溶剂
颜 无透明 ,可调
粘度 (4 mm DIN-Cup) 10-14 s
密度 0.80-0.88 g/cm3
闪点 (ASTM D6454 CCCFP) 14 °C
质量固含量 17-21 %
保质期 12 个月
操作使用基材前处理
工业用途:
金属的表面需要用有机溶剂是碱性溶剂进行***清洗。铝材表面需要在清洁以后进行***的 酸洗。推荐不含铬的以氟化钛/氟化锆为基础的转化涂层以及铬化和磷化处理等处理方法。如果材料的使用环境没有防腐蚀的要求也可以考虑不适用转化涂层。
手工操作:
组件表面***无尘,没有油渍以及脂肪。对材料表面使用矿物或金刚砂射线进行粗糙处理可以有效增加粘接能力。增附剂的基础效果不会因为机械处理而改变。
通用:
化学催化气象沉积法(CCVD) ,等离子处理以及火焰处理法可以有效加强表面的浸润。有些产品也可以使用底漆。底漆以及增附剂构成的双层系统适用于对力学以及腐蚀抗性要求较大产品,使用底漆更可以提高生产与使用性。
搅拌
在使用或分装之前未稀释的 SI COATINGS 810021 搅拌混合均匀,一般推荐使用自动搅拌机在原包装内进行低速长时间的的搅拌,以容器底部无沉淀为准。若施工时间较长,如用于卷材涂料或 使用自动化涂布设备须保持轻微持续的搅动涂料,以免出现品质的差异。
涂布
根据施工条件要求以及涂料在基材表面的润湿度可相应调整涂料粘度。溶剂推荐请见下表
辊涂 一般不用稀释
刷涂 一般不用稀释
浸泡 可加 20% 无水乙醇或芳香类或酮类溶剂稀释
喷涂 可加 50% 无水乙醇或芳香类或酮类溶剂稀释***的干膜厚度为 5-10?m。
烘干
涂料可在相对低温的条件下如 80°C 条件下烘烤 15-20 分钟
粘接
注塑温度与各类氟橡胶材料有关,一般情况下推荐 170-190 度的硫化温度,后硫化的温度设置可达 220 摄氏度,因为***的温度抗性使后硫化不会对粘结产生***影响。
贮藏
在干燥清洁室温条件下 SI COATINGS 810021 在未开封的原包装中可以贮藏 12 个月。
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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 1 FKM 的种类、结构和特点
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 2 FKM 主要品级的低温特性
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 (N 2 O 4 、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 CO 2 ,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 TiO 2 )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 3 FKM 各硫化体系的特点
注:①N,N′-双肉桂叉 -1 ,6-己二胺;② 2,5-二甲基 -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
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。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。
橡胶技术李秀权工作室为你提供橡胶技术支持。
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。