鹤壁氟橡胶包金属胶水厂商
常见失效模式与解决方案
氟橡胶热硫化粘接的典型失效包括界面剥离（占65%）、内聚破坏（25%）和混合型（10%）。界面失效多因表面处理不足或硫化不完全，可通过接触角测试（应<80°）预判；内聚失效常与胶水老化或过硫化相关，TGA分析（分解温度应>300℃）有助于诊断。湿热老化（85℃/85%RH）1000小时后强度保持率是关键质量指标。添加硅烷偶联剂（如KH-550）能显著改善界面稳定性，新型POSS纳米粒子改性胶水可使湿热老化性能提升40%以上。
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
[1] 张在利,曾子敏,李嘉.氟橡胶性能、应用及我国氟橡胶工业发展现状[J].化工新型材料.2003,31(2):9-12.
[2] 刘岭梅.氟橡胶的性能及应用概述[J].有机氟工业.2001, (2):5- 7.
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[4] JH Guo, XR Zeng, Li Hong-Qiang, QK Luo. Effect of fumed silica on properties of FKM/MVQ Blends[J]. Synthetic Materials Aging & Application, 2009.
[5] 曹鸿璋,刘杰民,张玉玺.氟橡胶改性技术研究进展[J].橡胶工业.2014,61(3):187- 191.
[6] 蔡树铭.氟橡胶的性能和加工要点[J].化工新型材料.1998, (12):14-16.
[7] 唐毅.全氟橡胶的性能及其应用[J].化工新型材料.2004,32(11):60-63.
[8] DL Hertz. Evaluating thermal stability of fluoroelastomers via strain energy density[J]. Sealing Technology, 2005(9):5-9.
作者不详 转载于 橡胶技术李秀权工作室公众号
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氟橡胶分析 氟橡胶成分分析
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2012-07-26 16:39 星期四
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氟橡胶一般指未硫化的橡胶胶料，东标检测中心作为的第三方检测机构，能针对氟
氟橡胶一般指未硫化的橡胶胶料，东标检测中心作为的第三方检测机构，能针对氟
橡胶进行多方面的检测，并能出具权威检测报告。
橡胶进行多方面的检测，并能出具权威检测报告。
主要检测项 目:挥发份 灰分 拉伸强度 定伸强度
主要检测项 目:挥发份 灰分 拉伸强度 定伸强度
生产参数检测:门尼粘度 热稳定性 剪切稳定性 硫化曲线 门尼焦烧时间
生产参数检测:门尼粘度 热稳定性 剪切稳定性 硫化曲线 门尼焦烧时间
主要性能特点:
主要性能特点:
化学稳定性佳: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
化学稳定性佳: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、
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。
磷酸类液压油。
耐高温性: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。
耐高温性: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。
耐老化性能好:氟橡胶具有好的耐天候老化性能，耐臭氧性能。
耐老化性能好:氟橡胶具有好的耐天候老化性能，耐臭氧性能。
真空性能佳:26 型氟橡胶具有好的真空性能。246 氟橡胶基本配方的硫化胶真空
真空性能佳:26 型氟橡胶具有好的真空性能。246 氟橡胶基本配方的硫化胶真空
放气率仅为 37×10-6 乇升/秒．厘米 2。246 型氟橡胶已成功应用在 10-9 乇的真空条件下。
放气率仅为 37×10-6 乇升/秒．厘米 2。246 型氟橡胶已成功应用在 10-9 乇的真空条件下。
机械性能优良
机械性能优良
电性能较好:23 型氟橡胶的电性能较好，吸湿性比其他弹性体低，可作为较好的电
电性能较好:23 型氟橡胶的电性能较好，吸湿性比其他弹性体低，可作为较好的电
缘材料。26 型橡胶可在低频低压下使用。
缘材料。26 型橡胶可在低频低压下使用。
透气性小: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
透气性小: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。
的透气性也小。
低温性能不好: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
低温性能不好: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℃。
型的 TG＞0℃。
耐辐射性能较差:氟橡胶的耐辐射性能是弹性体中比较差的一种，26 型橡胶辐射作用
耐辐射性能较差:氟橡胶的耐辐射性能是弹性体中比较差的一种，26 型橡胶辐射作用
后表现为交联效应，23 型氟橡胶则表现为裂解效应。
后表现为交联效应，23 型氟橡胶则表现为裂解效应。
东标橡塑检测中心是国内权威的第三方检测机构，通过了中国国家认监督管理
东标橡塑检测中心是国内权威的第三方检测机构，通过了中国国家认监督管理
委员会和中国合格评定国家委员会的二合一 （CMA、CNAS）实验室认，可出具权
委员会和中国合格评定国
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氟橡胶胶料的配合
一、硫化体系
23型与26型氟橡胶是饱和的氟碳化合物，不能用硫磺进行硫化，但在二胺类硫化剂、二羟基化合物硫化剂以及有机过氧化物的作用下，可以进行硫化反应。
胺类硫化剂硫化胶，变形较低，耐酸性差；过氧化二苯甲酰耐酸性好，但耐热性较差，工艺性能不好。目前硫化剂很多，常用的硫化剂主要是3号、4号、5号（多羟基化合物）和过氧化二苯甲酰。
3号硫化剂全称:N，N-双肉桂叉-1，6—己二胺；
4号硫化剂全称:双--（4-氨己基环己基）甲烷氨基甲酸盐
5硫化剂全称:对苯二酚（氢醌）
23型氟橡胶常采用过氧化二苯甲酰作硫化剂，主要用于耐酸制品；26氟橡胶常用于耐热、耐热油制品，主要采用胺类硫化剂（3号硫化剂）。
胺类硫化剂3号硫化剂易于分散，对胶料有增塑作用，工艺性能好，硫化胶的耐热性和压变尚可。4号硫化剂是随246型氟橡胶出现而开发的，没能普遍采用；5硫化剂随着VitonE型胶种的出现而开发的硫化剂。
1. 二胺硫化剂:
氟橡胶分子中存在着—CH2—CF2—链节，由于氟原子强的电负性，使之在热和碱性化合物（如胺、氧化镁等）存在时，易于脱出氟化氢形成易化的双键，这种含氟烯烃结构很容易与亲核试剂如胺类、酚类加成，并生成交联键。普通二胺或多胺在氟橡胶中硫化起步快降低了胶料的加工**性，一般均采用隐蔽的多元胺，在较高的温度时才发挥其作用，以便迟延硫化起步，环状的氨基甲酸盐即为隐蔽的多元胺的代表。
随着硫化剂用量增加，硫化胶的硬度、强度增大，伸长率和压缩变形降低，高温老化后的强度保持率略有提高，伸长保持率则显著下降。
在胶料的配合中加入酸接受体（即吸酸剂），以便有效地中和氟橡胶硫化过程中析出的氟化氢（或氯化氢）。氟化氢或氯化氢的存在会妨碍橡胶进一步的交联并能严重腐蚀设备，由于吸酸剂能促进硫化交联密度的提高，赋予硫化胶较好的热稳定性，所以又称为活性剂或稳定剂。吸酸剂的作用与其碱性强弱有关，碱性越强，则所得硫化胶的硫化程度越高，硬度、强度较高，伸长率和压缩变形较小，但碱性越强，加工**性越差，越易于焦烧。常用的吸酸剂有氧化镁、氧化钙、氧化铅、二盐基亚磷酸铅等，吸酸剂对硫化胶的性能有较大的影响，应根据对胶料的要求而适当选择。凡是以耐热为主的配方宜用氧化镁为吸酸剂，当同时要求低压缩变形时，可用氧化钙或者氧化镁与氧化钙并用，要求耐酸的配方则采用氧化铅为吸酸剂。当使用氧化锌和二盐基亚磷酸铅组合时，则耐热性一般，但具有好的耐水性和耐高温水蒸汽的性能。氧化物的用量一般为15~25份。
二胺硫化剂其工艺**性，热老化性和抗压缩变形的性能均较差。已经明此种硫化体系有其的性能，如与金属粘合牢固，因而常被用作一些制品，如橡胶与金属的粘合制品。
2．二羟基硫化剂:
这类硫化剂体系是目前用得*多的，大多数市售氟橡胶中都加入了这类硫化剂。橡胶加工者再加入金属氧化物酸接受体和填料而制成成品胶料。
二羟基硫化剂为亲核试剂，使用二羟基硫化体系时硫化体系有更高的交联密度，故使硫化胶耐热性和抗形变得到改善。
用二羟基硫化剂硫化氟橡胶要有适当的碱性促进剂存在方能完成。在工业上，已经使用，发展迅速的促进剂主要为季磷盐和季铵盐，其品种甚多，如苄基三苯基氯化磷、苄基三辛基氯化磷等季磷盐和四丁基氢氧化铵及其盐、DBU类化合物及其衍生物等季铵盐。
二羟基硫化体系使胶料具有较好的加工性能和抗焦烧性能，较快的硫化速度并使硫化具有的抗压缩变形性能，但抗撕裂性能，是在热态下的抗撕裂性能不够理想。
3．过氧化物硫化剂:
过氧化物硫化氟橡胶使氟橡胶的耐水蒸汽的性能得到改进。它在硫化时生成的不溶性挥发副产物的量很小。
2、补强填充体系
氟橡胶在未加入填充剂时其硫化胶即具有较高的强度，补强填充体系虽对它有一定的补强作用，但主要是为了达到改进工艺性能，提高制品的耐热性，硬度，减小压缩变形和降低成本等目的。在氟橡胶中加入5-80份陶土、石墨、滑石粉、云母粉可以降低硫化胶的收缩率。氟橡胶中加入的无机填料是氟化钙，用量一般可达20-35份，它的耐高温（300度）老化性能优于碳黑和其他填料，但工艺性能较喷雾碳黑差，将两者并用，可以得到综合性能好的胶料。碳酸钙和硫酸钡也使用，前者的缘性好，后者可以获得低压变。用量它们一般为20-40份。
26型氟橡胶*常用的填料为中粒子热裂法炭黑（MT炭黑）、喷雾炭黑以及奥斯汀炭黑（由沥青化石油制得的产品），填充这些炭黑能够赋予胶料较好的混炼、压出和模压性能，填充中粒子热裂炭黑的胶料并具有优良的耐热性能。炭黑的用量不宜过多，硫化胶的硬度随炭黑的用量的增加而增大，随着炭黑用量的增加，胶料粘度上升工艺性能大大降低，更重要的是硫化胶的脆性温度亦随之升高，炭黑用量一般昀不超过30份。虽然高耐磨炉黑能提高抗撕裂和耐磨耗性能，但由于使胶料流动性变差和导致硫化胶硬度的显著上升，故很少使用。槽法炭黑由于其呈显酸性，迟延硫化一般不用。
26型氟橡胶使用白炭黑时，是气相白炭黑的胶料，工艺性能较差，硫胶的耐热，耐磨及高温压缩变形不好，故很少采用。通常只是在使用过氧化物为硫化剂的某些情况下，才使用沉淀法白炭黑，用量为15~30份，此种情况可用于制备浅胶料。使用氟化钙时对提高胶料的耐高温老化性能十分有利，优于炭黑和其它矿物填料，但工艺性能较差且耐酸性能不佳。用碳纤维和纤维状硅酸镁（针状滑石粉）能使硫化胶的高温强度和热老化性能得到提高，但在工艺性能方面较中粒子热裂炭黑稍差，是应用针状滑石粉的胶料有分层现象，给模压带来一定的困难，将其与碳纤维或喷雾炭黑并用会有所改善。用碳纤维填充的硫化胶其压缩变形比中粒子热裂炭黑为小，撕裂强度也相当大，用碳纤维作填料时，由于其导热性良好，在很大程度上，克服了混炼过程的生热问题和粘辊问题，并为氟橡胶作高速油封制件提供了可能性。
23型氟橡胶常采用1.5~3份的过氧化二苯甲酰作硫化剂，主要用于耐酸制品。由于炭黑对带有酰基基团的过氧化物有阻化作用，故能妨碍硫化反应，使硫化胶的物理机械性能低于以白炭黑为填料者，因此23型氟橡胶很少采用炭黑为填料。当使用沉淀法白炭和气相法白炭黑为填料时，硫化胶的室温抗张强度及硬度*高，但气相法白炭黑耐长期热老性能不佳。在200℃下长期老化后抗张强度保持*好的是氟化钙和二氧化钛，但氟化钙耐酸性能差，故常用沉淀法白炭黑和二氧化钛为填料，其用量为沉淀法白炭黑5~15份或二氧化钛20~30份。
3、操作体系
一般的增塑物质不能适用于氟橡胶，因为它们不仅会使硫化胶的耐热性和化学稳定性变差，而且在二段高温硫化过程中增塑物质往往会被蒸出，当含量较大时造成硫化制品严重收缩变形甚至起泡，故对增塑物质的要求甚高，对26型氟橡胶较好的软化剂为高粘度氟硅油或高粘度氟硅油与酚醛树脂的组合，它们可以降低硫化胶的硬度而对硫化胶的耐热、耐油、耐溶剂等性能影响很小。采取并用少量低分子氟橡胶的方法可以改善混炼和模压性能，并对硫化胶的耐热性能无明显影响。在23型氟橡胶中加入3~5份低分子量的聚三氟氯乙烯（氟蜡）为软化剂，可以降低胶料的粘度，改善混炼、压出、压延等工艺性能，同时对硫化胶的室温强度，200℃长期老化以及耐硝酸，耐油等性能均无明显影响。