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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。
氟硅橡胶是在有机氟和有机硅两种材料基础上发展而来的新材料，其弥补了有机硅材料的耐油、耐化学腐蚀和耐端低温性能方面的不足,实现了有机硅材料和有机氟材料的优势互补。氟硅橡胶所用基础聚合物主要为聚三氟丙基甲基硅氧烷，其主链仍由硅氧键构成，但硅原子上的部分甲基被含氟有机基团(通常为三氟丙基)取代。
氟硅橡胶集合了高键能的硅氧键和对碳碳键具有屏蔽效应的碳氟键，表现出的耐高低温、耐环境老化、耐油和耐化学腐蚀等性能，一经研制成功便应用到航空领域。
一、氟硅橡胶的市场
目前，美国、德国、日本等国家的大型化工企业正积开展对氟硅橡胶的研究，氟硅橡胶年产量约为10kt。氟硅橡胶市场规模正以7.4%的复合年均增长率增长，预计到2026年，市场规模将增至3.28亿美元。
目前国内部分厂家已能工业化生产氟硅橡胶基础聚合物，但其RTV氟硅橡胶产品还在开发中。因氟硅橡胶单体及聚合物生产过程中的要求，以及原料价格、工艺难度等问题，氟硅橡胶基础聚合物成本偏高，具有价格优势的市场化产品尚未实现。
二、氟硅橡胶的介绍
氟硅橡胶的主链为—Si—O—键结构，侧链上引入性氟原子（如三氟丙基）后，形成—CH2CH2CF3结构，由于氟原子具有较大的吸电子效应，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，使其成为在-68℃~232℃温度下耐非性介质良好的弹性体。因此氟硅橡胶广泛应用于高端机车和军工航天的密封件领域。
三、氟硅橡胶的特性
FVMQ氟硅橡胶O型圈在维持有机硅材料的耐温性，抗寒性，耐高电压性，耐气侯脆化等出特性的基本上，因为含氟量酯基的导入，它又具备有机氟原材料出的耐氢类有机溶剂，耐酸碱，耐腐蚀性和更低的表面特性。
1、耐酸碱、耐水洗、耐化学品性
氟硅橡胶与羟基乙烯基硅橡胶对比，其耐酸碱、耐水洗、耐化学品性为;即便与氟胶对比，耐酸碱、耐水洗性也是优良的。在同样物质、溫度、時间下预浸后均显示信息出了的使用性能，可以说氟硅橡胶是唯一一种在-68℃~232℃下耐非性物质的聚氨酯弹性体。氟硅橡胶的耐含甲醇汽油性也比较好，即便在车用汽油/乙醇混和管理体系中，其硫化橡胶胶的强度、抗拉强度、容积转变都不大，经500h长期的预浸实验后，各类物理性能也基本上沒有转变。
2、耐温性
氟硅橡胶的高溫溶解与硅橡胶一样，即:主链空气氧化、主链断裂、主链分解反应和造成各种各样复合型反映。因为溶解物质也会造成主链断裂，因此耐温性一般比硅橡胶要差一些，在200℃的溫度下已刚开始空气氧化脆化。但根据加上铁、钛、希土类金属氧化物等小量的无卤阻燃剂便可使其得到明显的改进，即便在250℃高溫下也具备充足的耐温性。溫度对氟硅橡胶危害比硅橡胶大，但比氟胶小。海外还科学研究了氟硅橡胶在150℃×2000h、175℃×5000h、200℃×4000h标准下的使用期，其結果是仅次羟基乙烯基硅橡胶。
3、抗寒性
氟硅橡胶与一般硅橡胶一样，温特性优良。因为氟硅橡胶是以绵软的Si-O主导链组成的线形聚合物，因此温特点好于以C-C主导链的氟胶。在其中，氟硅橡胶(LS-2370U)的温特点更强，延性温度低达-89℃，而一般的氟胶约为-30℃。
4、电气性能、耐辐射源特性
氟硅橡胶的电气性能与一般硅橡胶相仿，但宝贵之处是在高溫、温、湿冷、油、有机溶剂、化学品、活性氧等严苛标准下的转变不大。氟硅橡胶的耐辐射源特性并不突显，但耐辐射源脆化特性好于羟基乙烯基硅橡胶。
5、物理性能
氟硅橡胶与一般硅橡胶一样，硫化橡胶胶的冲击韧性(是撕破抗压强度)较为低。因而，改进和提升氟硅橡胶的抗压强度也是一个关键的课题研究。
6、其他特点
氟硅橡胶的耐天候脆化性十分，即便曝露五年后，仍维持有优良的特性。活性氧是聚氨酯弹性体脆化时转化成数多的汽体之一，但氟硅橡胶根据动态性或静态数据实验后都未发觉有开裂或裂痕的状况。除此之外，氟硅橡胶的除霉性、生理学可塑性、抗凝血性也是十分优良的。
氟硅橡胶生产工艺注意点
由于氟硅橡胶价格昂贵，胶料容易污染，从而影响性能，所以对氟硅橡胶的生产操作工艺为严格。
1、保持生产环境、设备的清洁
在氟硅橡胶的保存和运输过程中，灰尘杂质与橡胶接触。
由于氟硅橡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。
清洁好切割刀具、称量托盘和开炼机滚筒。 炼胶过程手套对胶料的污染。
2、混炼与硫化
开炼机辊筒温度为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。
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氟橡胶（Fluororubber，简称FKM）是一类含有氟元素的合成橡胶，因其耐热性、耐化学腐蚀性和耐候性而广泛应用于航空航天、汽车、化工等领域。以下是关于氟橡胶的详细介绍。
氟橡胶的特点
耐高温:氟橡胶可以在200°C甚至更高的温度下长期使用，某些特定配方的氟橡胶可耐受300°C的高温。耐化学腐蚀:它们对大多数化学品，包括油类、燃料、溶剂和酸碱等，具有良好的抗腐蚀性能。耐候性和耐老化性:氟橡胶在紫外线、臭氧和氧气等环境下表现出良好的耐老化性能。低气体渗透性:氟橡胶对气体具有良好的阻隔性，适合用于密封和隔离应用。良好的机械性能:氟橡胶具有良好的弹性、拉伸强度和耐磨性。常见的氟橡胶类型
聚偏氟乙烯（PVDF）:具有耐化学腐蚀性和机械性能，常用于化工设备和管道。六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物（FKM）:常用于高温和耐油密封件，如O形圈和垫圈。四氟乙烯-丙烯共聚物（FEPM）:具有的耐化学腐蚀性和耐高温性能，应用于航空航天领域。全氟醚橡胶（FFKM）:具有高的化学稳定性和耐高温性能，是性能好的一类氟橡胶，应用于端环境下的密封件。合成方法
氟橡胶的合成主要通过自由基聚合或乳液聚合的方法进行。常见的单体包括偏氟乙烯（VDF）、六氟丙烯（HFP）、四氟乙烯（TFE）和全氟烷氧基乙烯基醚（PAVE）等。
自由基聚合:通过引发剂引发单体聚合，生成高分子链。乳液聚合:在水相中进行聚合反应，得到分散良好的聚合物微粒。应用领域
汽车工业:用于制造油封、O形圈、垫圈和燃油系统组件，提供高温和耐油性能。航空航天:应用于燃油系统、液压系统和密封件，因其耐高温和耐化学腐蚀性能。化工工业:用于制造耐腐蚀的管道、泵和阀门密封件，因其耐化学品性能。
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乙烯一氯三氟乙烯共聚合物（ECTFE）
聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，简称PVDF）
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2. 氟橡胶的主要性能
（1）常态下的力学性能
26型氟橡胶一般的配合强度10-20Mpa；伸长率150-300%；撕裂强度在20-40KN/m之间，但是它的弹性较差。
氟橡胶的摩擦系数（0.8），较丁腈橡胶的摩擦系数（0.9~1.5）小。
（2）耐高温性能
氟橡胶和硅橡胶的耐高温性能，是目前现有橡胶中好的。F26-41氟橡胶在200~250℃下可长期工作，在300℃也可短期工作（见表1），F246的耐热性能比F26好一点。
表1.氟橡胶的耐热性
试验温度℃ 时间（小时）
204℃ 10000小时以上
232℃ 3000小时
260℃ 1000小时
288℃240小时
316℃ 48小时
在耐老化方面，氟橡胶和硅橡胶优于其它品种的橡胶（见表2）
表.2各种橡胶的耐热老化性*
橡胶种类具有工作能力的限温度℃
氟 橡 胶320℃
硅 橡 胶320℃
丁腈橡胶180℃
天然橡胶130℃
*橡胶在该浓度下，经过24~26小时老化后，拉伸强度≥7MPa；伸长率≥100%的称为具有工作能力。
氟橡胶拉伸强度和硬度随温度升高而明显下降。拉伸强度和硬度的变化特点是:在150℃以下，随温度升高而迅速降低；在150～260℃之间，随温度升高下降缓慢（见表3）。
表3.氟橡胶在不同温度下的性能变化
性能 24℃ 150℃204℃
拉伸强度 Mpa 16. 83. 42.0
伸长率 100% 3301 2080
硬度 （邵氏Ａ）75 65 63
基于以上情况，在高温条件下使用的氟橡胶密封件，应避免非装配应力的作用，以免造成高温下早期损坏。
（3）耐腐蚀性能
氟橡胶具有的耐腐蚀性能。它对有机液体、不同燃料油和润滑油的稳定性。对大部分无机酸、碳氢化合物、苯和甲苯有良好的抗蚀性。仅仅不耐低分子的酯、醚、酮以及部分胺类化合物。
（4）耐热水和过热蒸汽的性能
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，过氧化物硫化的氟橡胶优于胺类和酚类硫化体系的胶料。应该说，氟橡胶的耐热水和过热蒸汽性能一般，它不如乙丙橡胶，在180℃×24h的过热水浸泡后体积变化不超过10%，物理性能没有太大的变化。
（5）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。美国杜邦公司从60～７0年代致力于提高氟橡胶压缩变形的抗耐性，并取得显著的效果。表4是杜邦公司氟橡胶压缩变形的改进。
表4. 杜邦公司氟橡胶压缩变形的改进
年度 204℃×70h
1964 >80
1968 60
1969 50
1970 30
1973 13
（6）耐低温性能
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，在低温下显得强韧的。在测2mm厚的标准试样时，它的脆性温度在-30℃左右；厚度1.87mm时为-45℃；厚度0.63mm时为-53℃；厚度0.25mm时为-69℃。一般氟橡胶的使用温度可略低于脆性温度。如美国军用标准MIL-25879D中规定使用温度为-40~205℃。国外对氟橡胶在航空发动机中使用温度限为-35℃。
（7）耐气候老化和耐臭氧性
VitonA自然存放10年之后的性能仍然是令人满意的。在臭氧浓度为0.01%的空气中，经45天作用没有明显龟裂。它的耐气候老化和耐臭氧性是令人满意的。
（8）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。
（9）气透性
氟橡胶的气体溶解度比较大，其扩散速度比较小，总的气透性很小。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。如配合适中，氟橡胶可解决10-7Pa真空密封。
（10）耐燃性
氟橡胶遇火能燃烧，离火即自熄。
3. 氟橡胶的配合技术
一个氟橡胶的配方，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，相应影响胶料加工流动性差。
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，有不少已加好了硫化剂，美国3M公司和日本大金公司供应的氟橡胶已经加好了硫化剂。
（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机理进行，也可以以过氧化物或射线以自由基机理进行。
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。
在密封制品中，为使其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，以适合高层次的性能要求。
在解决腐蚀介质的抗耐性上，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产生氟化氢对金属的腐蚀和污染，使硫化反应顺利进行。Ca(OH)2等。一般采用MgO、CaO、ZnO、PbO、二盐基亚磷酸铅，其用量一般在5 ~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，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能的橡胶。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10-30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、硫酸钙、硫酸钡、氧化钙、炭纤维等。
用加拿大的N990炭黑或喷雾碳黑，在黑制品中均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，胶料流动性好，加工硫化复杂形状产品之后，其外观好于N-990和喷雾碳黑，表面光滑。由于炭纤维的胶料导热系数大，适合高速运动橡胶件的使用。应该指明的是加入炭纤维的成本高，其伸长率低。彩氟橡胶制品可以使用白炭黑、钛白、氟化钙、碳酸钙等，并配用相应的颜料即可得到相应的胶料。但是，在加工压缩型密封制品时，在选用彩原料时，要注意颜料与高温的合理匹配，还要控制胶料的压缩变形值，以使产品适应压缩下的工作需要。
（5）加工助剂
加工助剂是近年来氟橡胶加工的一大进步，它是在不影响胶料发挥的前提下，能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、Ws280、棕榈蜡等新的加工助剂，为氟橡胶的加工和应用提供了新的手段。它的加入量在1-2份。
4. 氟橡胶的加工工艺
氟橡胶的加工过程和使用设备、加工方法，和一般橡胶相同。由于它的结构特点，它的加工性能较差，以下简要叙述一下。
（1） 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。
（2） 混炼:
容量:氟橡胶的容量比合成胶还要小。
63混炼机 500克
143混炼机 5000克
辊温: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、放下后片。
（3） 硫化
一段 165-170℃×10min
二段 230℃×24h（要逐步加温，到230℃后，恒温记时。
5. 氟橡胶于金属粘合
金属件采用金属喷砂或盐酸浸泡，清洗干净，建议采用CHEMLOK5150或首立公司PC-22作为金属粘合剂。（详细操作可参考相应公司的规定）
6. 国内外氟橡胶的性能对比
表5是国内外氟橡胶的性能对比情况，可以看出，国产胶的试验数据与美国杜邦、3M、日本大金公司及德国K.G.K所报道的数据比较接近，常态下的拉伸强度数据有较大差异，伸长率的波动范围基本一致。但是，在相同硬度下的伸长率，国产的数据低于国外的数值。
表5.国内外氟橡胶的性能对比
性能
铁岭
3M公司1
杜邦公司2
大金公司3
K.G.K4
苏联5
拉伸强度MPa
9-20
9-19
8.9-17.2
17.2
14.2
7.0
伸长率 %
130-180
100-500
100-300
250
228
225
硬度 （邵氏A）
65-95
65-95
70
76
70-85
撕裂强度 KN/m
18-35
压缩变形 %
（B法3.5mm O型圈）
23℃×70h
9-16
13
200℃×70h
18-80
10-30
20-70
20
26
200℃×24h
70-100
氟橡胶生产供应商不止杜邦一家，在中国市场上，氟橡胶供应商还有美国3M，日本的大金（Dai EL）和欧洲的Solvay。
我们自己国产的有3F、晨光、东岳等等。
氟橡胶(表B10)
新牌号
原牌号及名称
氟含量，％
门尼粘度ML1+4100℃
FPM 2301
氟橡较23—11
19.1～20.2(氯含量)
1.5～2.4(特性粘度)
FPM 2302
氟橡胶23—21
13.2～15.2(氯含量)
4.4～5.6(特性粘度)
FPM 2601
氟橡胶26D
65
60～100
FPM 2602
氟橡胶26B
65
140～180
FPM 2461
氟橡胶246B
50～80
FPM 2462
氟橡胶246G
70～100
FPM 4000
氟橡胶TP
54～58
70～110*
FPNM 3700
含氟磷腈橡胶PNF—381
AFMU 4360
羧基亚硝基氟橡胶
注:①有“*”者，门尼粘度为ML1+10100℃，
②AFMU 4360羧基亚硝基氟橡胶:酸含量0.4％~1.0％，分子量Mw3×103。
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。
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1号胶。
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26胶，耐溶剂性能好。
氟橡胶TP，国内俗称四丙胶，旭硝子牌号AFLAS，为四氟乙烯和碳氢丙烯共聚物，耐水蒸汽和耐碱性能。
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。
全氟醚橡胶，杜邦牌号KALREZ，低温性能，氟含量高，耐溶剂性能。
氟硅橡胶，低温性能，具有一定耐溶剂性能。