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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。
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。
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通过实验考察了硫化剂、吸酸剂、填料对耐酸氟橡胶配方性能的影响,包括硫化性能、硬度、拉伸性能和压缩永久形变,研究各组分的佳配比。实验结果表明,氟橡胶硫化剂双酚AF用量在212phr~215phr范围内,其综合性能好;吸酸剂对硫化胶的交联过程及不饱和键生成有明显影响,单独使用Ca(OH)2时,加入量为8phr佳;填料硫酸钡的作用旨在提高硫化胶的耐酸性能,由于其对吸酸剂的屏蔽作用在使用时需相应提高吸酸剂用量。
氟橡胶由于含有C-F键这一结构而使其具有其他橡胶不可比拟的性能,如的耐高温性能、耐化学品性能和良好的物理力学性能等,因而广泛应用于航空航天,汽车,石油和家用电器领域。
本文所用氟橡胶是2,6型氟橡胶,即偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
由于2,6型氟橡胶的自身结构特点,其配方主要包括硫化体系,吸酸剂,增塑剂和填料。目前对其不同硫化体系以及吸酸剂的研究报道相对较多,大多针对常温力学性能、耐热老化性能、低温性能等,而针对环境下(如酸性环境)氟橡胶的使用稳定性配方研究还比较少。根据对该种氟橡胶稳定性的研究表明,氟橡胶是一种具潜质的燃料电池密封材料。本文目的是研究一种适用于质子膜燃料电池内部酸性环境下使用的氟橡胶密封件的配方,其主要工作是在常见配方基础上进一步调整硫化剂、吸酸剂和填料的种类及用量,旨在改善其耐酸性能、拉伸性能和耐压缩永久形变性能(关于其耐酸性能的研究将在之后进行报道)。
1、实验部分
1.1、实验原料
氟橡胶(FKM):牌号2604,偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,上海三爱富新材料股份有限公司产品;2,2-(4-羟基苯基)六氟丙烷(双酚AF)、苄基三苯基氯化磷(BPP)、氟橡胶超细Ca(OH)2、巴西棕榈蜡:均由上海开帆实业有限公司提供。炭黑N990,硫酸钡:市售。
1.2、实验配方
基本配方(质量份)FKM100,Ca(OH)26(变量6、8、10、12、15),双酚AF215(变量210、212、215),BPP015,巴西棕榈蜡1,炭黑20,硫酸钡0(变量0、20)。
1.3、实验方法
胶料在双辊开炼机上进行混炼,各组分加入顺序依次为:生胶、巴西棕榈蜡、吸酸剂、填充剂(炭黑、硫酸钡)、硫化体系(双酚AF、BPP),控制辊温不超过60e。将混炼胶在平板硫化机上进行压板硫化,硫化条件为170et90,16MPa,其中t90由硫化曲线测试得到。压板硫化后将硫化胶室温停放24h后进行二次硫化。二次硫化过程在电热鼓风烘箱中完成,硫化条件为230e@10h。除了硫化曲线测试是采用混炼胶,其他测试均在硫化胶二段硫化结束24h以后进行。
1.4、分析与测试
1.4.1、硫化曲线测试:采用北京友深电子仪器有限公司的R100E型橡胶硫化仪进行测试,条件为170e@30min。结果记录包括:扭矩(ML),高扭矩(MH),焦烧时间(t10),正硫化时间(t90)。
1.4.2、硬度测试:采用邵氏硬度计按照ASTM-D2240测试样品的绍尔A硬度。
1.4.3、压缩永久形变测试:按照ASTM-D395测试样品的压缩永久形变,测试条件选择125e,22h。
1.4.4、拉伸性能测试:在深圳市新三思材料检测有限公司的SANS微机控制电子万能材料试验机上按照ASTM-D412测试样品的拉伸性能,测试样品为哑铃型样条,拉伸速率为500mm/min,标距为25mm。
1.4.5、红外衰减全反射测试:采用美国ThermoSc-ientific公司NicoletiS10型傅里叶红外光谱仪进行测试,分辨率为4cm-1,扫描次数为128。测试样品为压板硫化制得的1mm厚度板材,该板材主要用于裁剪成拉伸样品。测试前用酒精擦去表面的灰尘油脂等污染物。
2、结果与讨论
2.1、硫化体系的影响
本文选用了双酚硫化体系(双酚AF和BPP),相较于其他硫化体系有利于提高抗压缩永久形变性能和耐热稳定性。Scheme1为双酚硫化体系的反应机理。
分析Tab.1中配方1、2、3,三者转矩相差不大,说明改变硫化剂双酚AF的用量不影响未硫化混炼胶的加工性能。高转矩随双酚AF用量增加而增大,正硫化时间相应延长,导期延长,但在双酚AF添加量达到2.5phr时正硫化时间和导期有所下降。根据反应原理,硫化速度主要与BPP的用量有关,而双酚AF主要影响交联程度。硬度变化趋势与硫化程度相符合,即一定程度上交联密度越大,硬度越大。从基本力学性能上来看,断裂伸长率随硫化程度增加而有所下降,配方3相比较配方2的拉伸强度略有下降,这可能是由于交联过密,在拉伸过程中不能充分变形吸收应力而导致应力集中,影响拉伸强度的提高,故不可盲目提高硫化程度。
由于橡胶的压缩永久形变是由压缩过程中的物理松弛和化学松弛引起的不可恢复形变,其中硫化橡胶的物理松弛多数在百分之几以下,故压缩永久形变主要由化学松弛引起。而化学松弛是受到橡胶交联程度和交联键稳定性的影响。配方3和配方2的压缩永久形变相差不大,明两者的硫化程度接近。配方1由于欠硫导致在压缩过程中不可恢复形变量增加,压缩永久形变增加。
2.2、吸酸剂的影响
考虑到酸性使用环境且要求低迁移率,选用Ca(OH)2为吸酸剂。在Ca(OH)2为6phr~15phr的范围内,随着添加量的增加,高扭矩和扭矩均有所增加,导期和正硫化时间缩短,见Fig.1(a)。从反应机理中可知Ca(OH)2在整个硫化过程中既是交联反应活化剂也是吸酸剂,故其对硫化反应的速度和程度都有影响,但其对硫化程度的影响不如硫化剂那么大。
当Ca(OH)2添加量由10phr变为15phr时,扭矩差(高扭矩与扭矩之差)变化不大,说明橡胶硫化程度十分接近。Ca(OH)2对硬度的影响较明显,硬度随加入量的增加而提高,尤其是加入量超过10phr后。从力学性能上看,见Fig.1(b)和Tab.2,断裂伸长率随Ca(OH)2用量的增加而降低;而拉伸强度是先增加后降低,压缩永久形变则先下降后上升。当Ca(OH)2的添加量达到10phr时,性能开始劣化,具体表现在拉伸强度下降,压缩永久形变增加,说明Ca(OH)2的添加量已达到饱和。
对红外曲线(Fig.2)进行分析可知,吸酸剂用量的增加在导致交联密度提高的同时带来更多的不饱和基团,如C=C和C=O等会影响后续使用性能的稳定性。硫化后过量不饱和键的存在不利于制品在压缩过程后的形变恢复,从而导致压缩永久形变增加。所以在形成不饱和键作为交联点的基础上,应尽量减少吸酸剂的用量。
2.3、填料的影响
炭黑作为常用填料对氟橡胶的交联过程影响不大,主要作用是提高橡胶的硬度和拉伸性能,但不利于降低压缩永久形变,因此在达到拉伸强度的前提下用量应控制在20phr左右。
硫酸钡作为化学惰性填料,主要用于耐腐蚀,同时可得到较低的压缩永久形变值[1]。本文研究了硫酸钡在不同吸酸剂含量下对氟橡胶性能的影响(见Tab.3)。
比较Tab.3中的配方9和10,在吸酸剂为Ca(OH)2(10phr)时硫酸钡的加入对拉伸强度及断裂伸长率无明显影响。从硫化曲线数据可知,硫酸钡对氟橡胶硫化程度有一定提高。而当吸酸剂Ca(OH)2的添加量为6phr尚未达到饱和时,比较配方11和12,可以发现硫酸钡严重影响了硫化速度。这是由于硫酸钡的加入会对吸酸剂起到一定屏蔽作用,使吸酸剂相对浓度下降,进而降低硫化反应速度甚至影响反应程度。而硫化程度的下降导致拉伸强度下降,压缩永久形变增大。配方12的硬度大于配方11主要归功于硫酸钡作为填料本身对整体硬度的影响。但当吸酸剂用量增大到10phr时硫酸钡的这种屏蔽影响就不明显了。故在使用硫酸钡作为填料时,应适当增加吸酸剂用量。
3、结论
(1)氟橡胶硫化剂双酚AF用量在212hpr~215phr范围内,综合性能好。硫化剂用量过低会导致拉伸强度下降,压缩永久形变增大。
(2)吸酸剂的含量对氟橡胶硫化程度和不饱和键含量都有明显影响,从而影响硫化胶的硬度、拉伸性能和压缩永久形变性能。加入Ca(OH)2作为吸酸剂时佳添加量为8phr。
(3)硫酸钡作为填料对硬度和压缩永久形变有一定增加,对拉伸性能影响不大;对吸酸剂有一定屏蔽作用,故同时使用时应适当增加吸酸剂用量。
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是氟硅生胶在加入硫化剂和各种补强填料后经硫化即得到,一般所说的氟就是指全氟氟硅橡胶。
氟硅橡胶种类繁多,现已大规模生产的氟硅橡胶主要是以γ-三氟丙基甲基硅氧烷为结构单体的聚合物,同时也研制出了以FEM26、FEM2802、SKTFT-50为代表的共聚氟硅橡胶,氟硅橡胶按硫化机理可分为自由基型(用过氧化物硫化)、缩合型和加成型;按硫化温度可分为高温硫化型和室温硫化型,室温硫化型又分为单组分型和双组分型。
氟硅橡胶是一种改性硅橡胶,即硅橡胶的硅氧烷侧链上的甲基被r—三氟丙基所取代的产品。具有优良的耐油、耐溶剂性能,对于脂肪族,芳香族和氯化烃溶剂,对石油基的各种燃料油、润滑油、液压油及某些合成油(如二酯类润滑油、硅酸酯类液压油等)常温和高温下的稳定性都很好,并还能保持弹性。在浸油条件下,*高使用温度可达180℃。在常温和高温下的稳定性都很好,能在-70℃~+200℃范围内长期使用,250℃下短期使用。
氟硅橡胶兼有硅橡胶的耐高低温性能,优良的电性能及回弹性能和的耐油、耐溶剂、耐饱和蒸汽的特性,是目前**能在-68~230℃的燃油介质中使用的弹性体,聚硫橡胶耐高温达1 0 0 ℃ ,丁腈橡胶达1 3 0℃ ,而氟硅橡胶耐高温可达1 8 0 ~ 2 3 0 ℃, 其优势不言自明。高温下氟硅橡胶的物理机械性能要好于氟橡胶,而室温下氟橡胶的物理性能又好于氟硅橡胶2倍, 在 1 5 O ℃时 ,两者的性能相等。到2 0 0 ℃时 ,氟硅橡胶的物理性能却好于氟橡胶2倍,在2 3 O ℃时更是惊人地好于氟橡胶4 倍之多。②但与硅橡胶相类似,氟硅橡胶强度较差,表面能低,属于较难粘接的材料,具有加工困难等缺陷,
氟硅橡胶是一种结合了有机硅和有机氟材料性能的高分子材料。氟硅橡胶的主要成分包括硅、氧、碳、氢和氟等元素。
常见成分:
硅氧链:这是氟硅橡胶的基本骨架,由硅和氧原子交替构成。
含氟有机基团:如三氟丙基,这些基团赋予材料出的耐化学腐蚀性和低表面能特性。
添加剂:如乙烯基硅氧烷,用于共聚改性,提高材料的粘度和稳定性。
应用领域:
电气和电子:用于电线电缆的缘、电子元件的密封和保护。
医疗:用于医疗器械的密封、导管和相关器械的制造。
建筑:用于建筑密封胶、防水材料和隔热材料。
汽车:用于汽车密封件、胶管等。
化工:用于耐酸碱的橡胶制品,如密封件、胶垫等。
扩展阅读:未知物质成分分析如何做呢,常用的方法流程
使用过氧化物为硫化剂,对于硫化部位,需要利用碘或溴,通常采取与含碘或溴的单体共聚,或通过氟烷基碘化物链转移剂将其导入。过氧化物硫化比多醇硫化得到的产品耐油性,因此在三元体系中使用较多。作为硫化助剂,三烯丙基三聚氰酸酯等不饱和多功能团化合物十分必要。另外,若将溴定为硫化部位,则金属氧化物也是的( ZnO 等)。
而使用二胺化合物(六亚甲基二胺的氨基甲酸盐等)作为硫化剂,可以值得高机械强度的橡胶产品。但因其硫化性、稳定性及永久变形较差等问题,该硫化方法使用的不多。作为受氧剂, MgO 为必要成分。
1.3 产品性能及加工成型
FKM 橡胶耐热、耐油、耐燃油性能,但耐寒性还有待提高。该橡胶的性能与含氟量密切先关:含氟量增加,耐油性提高但耐寒性和永久压缩变形性明显降低。有机过氧化物硫化系具有较好的耐久性,且因没有添加碱性物质,耐胺性优良。
根据不同的用途, FKM 常配合不同填充剂和添加剂进行混炼。采用与其他橡胶相同的成型方法,如模具成型、挤出成型等。粘结方法则是在被粘接物上涂上底漆(如要求要耐热性用途时可用硅烷偶联剂) ,再在进行硫化时将氟橡胶粘结在底漆上。
1.4 用途及展望
目前,FKM 的用途主要集中于与汽车部件相关的应用领域,随着汽车性能逐步提高,未来,由耐热耐油性能的氟橡胶代替丙烯酸酯系橡胶及硅橡胶已成为这一领域的趋势。
2 四氟乙烯 / 丙烯系橡胶( TFE-P)
TFE-P 是四氟乙烯与丙烯交替聚合物为基的橡胶, 该材料除具有氟橡胶的性能外, 还兼具高电气缘及耐品性等 FKM 不具备的特性。
2.1 合成方法
TFE-P 系橡胶在工业上采取乳液聚合实施方法, 以过硫酸钾或过硫酸铵为引发剂, 在反应体系达到一定压力时加入原料进行反应。将这样得到的乳液用无机盐凝聚,清洗干燥后得到氟橡胶。合成步骤与 FKM 类似。
2.2 硫化方法
对于 TFE-P 系橡胶而言,二元系橡胶中用过氧化物硫化,三元系橡胶中用过氧化物硫化以及多醇硫化。
过氧化物硫化使用有机过氧化物作为硫化剂使用,与 FKM 不同的是,硫化部位不用溴和碘,因而更适合于医疗食品领域的应用。
三元系橡胶中有 VDF,多醇硫化也是可行的。硫化机理与 FKM 多醇硫化类似,但硫化反应活性稍低(这正是其耐化学品性的原因),因而需要使用的铵盐作为硫化促进剂。
由于二元系橡胶缘性能号,可用于制造电线,因此可以通过电子射线辐射的方法对其进行交联。
2.3 产品性能及加工成型
该橡胶具有的电缘性和耐品性。氟含量低于 FKM 却具有高的分解温度。耐溶剂性优良,溶于四氢呋喃,而在低性溶剂中发生溶胀。对胺系添加剂的高性能引擎油耐久性好,密度较低,催化温度为 -40℃。
TFE-P 系橡胶的成型加工中,混炼、成型、硫化、粘结等采用与其他橡胶相同的方法进行。电线成型时,可将橡胶被覆到芯线上后用有机过氧化物硫化。为了补强,还可将耐热、耐溶剂性好的乙烯 -四氟乙烯共聚物树脂熔融共混后再辐射交联。
2.4 用途及展望
TFE-P 系橡胶由于其的电气性能,主要用于耐热电线,处在其他橡胶取代的位置。另外,随着高性能化引擎油的大规模使用, FKM 将应付其中的胺类添加剂,而耐寒性良好的三元系 TFE-P 橡胶将有望解决此类问题。
3 全氟橡胶
一般的氟橡胶聚合物中含有大量碳氢集团,在化学品腐蚀及其它严苛的条件下容易劣化。四氟乙烯与全氟烷基乙烯醚共聚所得的氟橡胶中氢原子被氟原子取代,因而具有优良的耐热、耐腐蚀性能。
3.1 合成方法
全氟橡胶的制造工业上依然采用乳液聚合方法。得到的产品具有全氟结构,硫化部位也具有与聚合物相同的耐热耐腐蚀性。四氟乙烯-全全氟烷基乙烯醚共聚物中,全氟碳氰化物基团少量聚合进入共聚物作为硫化部位。利用全氟烷基碘化物作为链转移及也可适当引入硫化部位。
3.2 硫化方法
与其它氟橡胶一样,加入填充料、硫化剂、硫化促进剂等混合后硫化。以四苯基锡作为催化剂,硫化过程中氰基形成了三聚体的三嗪环。此法硫化速度慢,难成型。
以碘为硫化部位的硫化方法较全氟氰基硫化法硫化性好, 但有机过氧化物与硫化助剂中的碳氢化合物部分有可能进入聚合物结构。
3.3 产品性能及加工成型
全氟橡胶是合成橡胶中耐溶剂性能好的一种,仅对氟利昂有较小程度的溶胀,但永久压缩变形性较其他橡胶要差得多。其耐热性和耐寒性因工具单体及硫化方法的不同有所差别:如六氟甲基乙烯基醚( PMVE)共聚橡胶耐热性好, Tg 高,耐寒性较差;长链全氟烷基乙烯醚共聚的橡胶耐寒性好但耐热性较 PMVE 差。
全氟橡胶的成型加工基本上可采用与其他氟橡胶相同的方法,但由于其硫化性能差,因而难成型。
3.4 用途及展望
目前,全氟橡胶主要发挥其耐化学腐蚀的特性,作为半导体产业密封材料以及化学、是有化学工厂中的密封材料。该材料应用受到限制的大原因便是材料价格太高,如何在改良其加工成型性能和压缩永久变形是未来重要的课题。
4 氟硅橡胶( FVMQ )
氟硅橡胶主链上有硅氧键,侧链上有三氟烷基,耐热及耐寒性能优良,可使用温度范围宽。
4.1 合成方法
氟硅橡胶是采用本体聚合,用环状硅氧烷开环聚合合成的。碱性催化剂作用下,一般用三氟丙基甲基硅氧烷聚合制得,中和催化剂停止反应。用有机过氧化物硫化,因而可共聚入少量甲基乙烯基硅氧烷作为硫化部位。采用低分子量直链硅氧烷作为链转移剂调节分子量。市售氟硅胶的分子量从数万到数十万范围不等。
4.2 硫化方法
氟硅橡胶的硫化方法有两类:过氧化物硫化和常温固化。
过氧化物硫化时,硫化部位是共聚物中反应活性高的乙烯基(甲基乙烯基硅氧烷中) ,因此硫化速度快,不需要硫化促进剂。
常温固化是基于硅烷醇缩合的硫化形式。锡催化剂作用下,空气中的水分将固化剂水解成硅烷醇,与聚合物末端的硅烷醇缩合达到固化效果。由于反应是从材料表面到深处发展进行的,固化时间较长。
4.3 产品性能
耐热性、耐化学品性、耐油性及机械性能较其他氟橡胶稍差,但其兼具氟与硅两者的优点。耐燃油性优秀,使用温度范围为-60℃~200 ℃,对甲醇溶胀小。
4.4 用途及展望
主要集中在以隔膜及单向阀等与燃料有关的器件为中心应用领域。
5 含氟膦腈橡胶( FPz)
FPz主链含磷与氮的耐寒氟橡胶。
5.1 合成方法
环状二氯代膦腈开环聚合,用氟烷基取代氯原子得到。
5.2 硫化方法
聚合物中导入少量不饱和基用以作为硫化部位,可用过氧化物或放射线硫化。
5.3 用途及展望
含氟膦腈橡胶的使用温度范围为 -60℃~170℃,温度依赖性小,在宽温度范围内能保持良好的稳定性,常用于军事、宇宙、航空产业方面耐燃油的密封材料。
6 热塑性氟弹性体
氟橡胶通常需要用硫化剂及各种助剂加以混炼,成型方法复杂,因此,开发与热塑性氟弹性体十分必要。热塑性弹性体是兼有相交成分软连段和树脂成分硬链段的嵌段共聚物。共聚物中同时含有结晶性的树脂链段和柔软的橡胶链段,冷却时,由于硬段的作用,软段好似被交联起来,因而不需要硫化。
6.1 合成方法
以 Daiel TPE 为例,将作为软段的偏氟乙烯( VDF)的共聚物体系与不同品种的可作为硬段的含氟单体,用碘转移聚合(活性自由基聚合)进行嵌段共聚。
而 Cefral soft 则是先在偏氟乙烯共聚体系主链中引入过氧化基团,再进一步让过氧化基团热分解,从而将单一偏氟乙烯树脂成分接枝到主链上去。
6.2 用途及展望
热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理机械性能和软质塑料的工艺加工性能。由于不需再经过热硫化,因而使用简单的塑料加工机械即可制成产品。这一特点使生产流程缩短了 l/4,节约能耗 25%~40%,提率 10~20 倍。热塑性弹性体不仅可以取代部分橡胶,还能使塑料得到改性。
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。