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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。
英国西邦45热硫化单涂粘合剂金属非金属天然胶氢化丁晴三元乙丙
Cilbond® 24符合原材料资料系统(IMDS)要求,不含铅,性溶剂。是一种高性能的胶粘剂,用于各种橡胶与金属、塑料及其他硬质基材之间的热硫化粘接。.
概 述
CILBOND®24C是一种高性能的单涂型胶粘剂,用于各种橡胶与金属及其他硬质基材之间的热硫化粘接。还可用于已硫化的橡胶的粘接;以及橡胶与纤维线绳,织物如纤维素,聚酰胺,聚酯及玻璃之间的粘接。
CILBOND®24C具有以下特性:
1.高性能胶粘剂,广泛粘接以下橡胶:
天然橡胶(NR)、氯醇橡胶(ECO)、丁苯橡胶(SBR)、氯磺化聚乙烯(CSM)、氯丁橡胶(CR)
丙烯酸酯橡胶(ACM)、顺丁橡胶(BR)、羧基化丁腈橡胶(XNBR)、异戊橡胶(IR)等。
2.技术特性
的耐预固化性能,可在160oC烘烤30分钟,不影响粘接性能。
几乎无模具污染. 注射工艺时,温度甚至可以超过200oC.
的耐热性能 – 粘接件可耐受200oC
的耐低温性能 – 可耐受 -50oC
耐盐雾试验,无负重时,可耐受超过1000小时;负重时,可耐受超过400小时,无腐蚀现象。
的动态及静态耐疲劳性能。
的耐化学性能: 溶剂汽油,无铅汽油,煤油,燃油,矿物油及合成油。高温下的酯化涡轮油,高温下的乙二醇及丙二醇, 酸碱, 热水包括沸水。
金属表面处理
对于单涂胶粘剂,金属的表面处理尤其重要,避免各种污染物残留,这些污染物会对粘接造成大影响,导致脱胶。喷砂是常用的表面处理方法,选用200-400微米粒径的石英砂或氧化铝。铁质类的金属,喷砂至灰白可获得理想效果, 然后进行溶剂脱脂处理。其他表面处理方法还有磷化及铬化处理,酸碱处理,以及化学试剂处理。化学处理很重要的是在溶液中的停留时间,溶液浓度,温度控制。以及清洗液要及时更换避免清洗不。
硫化方式
CILBOND®24C可适用于各种模压硫化方式,包括模压,转移,注射,挤出等硫化方式。硫化温度范围:120oC -230oC。正确使用CILBOND®24C可大降低产品报废率。并具有的耐预固化性能:160oC时,10分钟,不影响性能,甚至可至160oC,30分钟。干膜在转移模或注射工艺时,不会被冲刷脱落,也不会造成模具污染。
耐环境性能
CILBOND®24C中聚合物体系的化学结构使其拥有的耐高温及耐化学品的性能。应用在汽车零部件上,单涂CILBOND®24C把天然橡胶与碳钢粘接在一起,在负荷2kg/25mm情况下,放在沸水中100小时,粘接脱胶出现,甚至优于对手的双涂体系;在盐雾试验中,控制干膜厚度为20微米或以上时,无负荷时,可超过1000小时,负荷情况下,可至400小时,腐蚀发生,同等条件下,优于对手的单涂及双涂体系。
CILBOND®24C具有的耐乙二醇和丙二醇性能:160oC下,粘接件可耐受1000小时,甚至更长时间,而不会出现粘接破坏的现象。单涂使用CILBOND®24C效果佳,使用面涂,反而会降低其耐受性能。
CILBOND®24C具有的耐受合成酯化涡轮油性能:粘接件在130oC下,可达到1000小时,不会出现脱胶。
CILBOND®24C的耐高温性能:可耐受200oC,而不会变脆或与金属脱胶。适用于Vamac® 胶料,其工作温度可达到200oC.
CILBOND®24C能解决疑难的粘接问题
由于CILBOND®24的高性能,可解决以下粘接问题:
对于不锈钢及镀镍材料的优良粘接性能
注:在未经喷砂处理的,光滑的不锈钢表面,涂胶后,需在25oC下干燥2小时,或者于85-95oC下,强制干燥2-5分钟。
对于镀黄锌铬的金属件,CILBOND®24C显示的粘接性能。
CILBOND®24C用于后硫化的粘接件,暴露在盐水环境中,表现出良好的耐受性能。
用CILBOND®24C粘接氯醇橡胶或杜邦的丙烯酸酯橡胶,具有的耐热性能。
CILBOND®24C在液压支座产品中,表现出的耐乙二醇性能。
在后硫化粘接时,CILBOND®24C能粘接前述的各种橡胶包括氢化丁腈橡胶,甚至氟橡胶。但对不同橡胶及其配方,进行粘接试验。
典型物理性能
外观: 黑
粘度 (Brookfield LV 3,26oC): 10,000 cps
固含量(重量): 25%
比重: 0.97
闪点 (Abel Pensky): -3oC
闪点 (Seta Flash): -5oC
建议干膜厚度: 不小于12.5 微米
粘接温度范围: 120-230oC
保质期: 12 月(生产日期起)
破坏实验时间: 硫化后24小时,或好3至7天后再测试
包装规格
CILBOND®24C有三种包装:10升、25升和200升
应用范围:
汽车减震橡胶,铁路机车减震,橡胶减震器,橡胶履带,胶辊,桥梁支座(承),橡胶护弦,疏浚管道,止水带,实心胎,阀门,防腐衬里等制品及NR,CSM,ACM,CR,SBR,BR,ECO.EVA等橡胶的单涂粘合剂。
英国西邦Cilbond橡胶热硫化胶粘剂/瑞典LUBKO氟素半永久脱模剂
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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。
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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高分子弹性体。它具有较好的力学性能,耐高温、耐油及耐多种化学品侵蚀,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。
一、优良的耐腐蚀性能。
氟橡胶具有的耐腐蚀性能。一般说来它对有机液体,如燃料油、溶剂、液压介质等;浓酸,如硝酸、硫酸、盐酸等;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。
二、耐溶胀性能。
氟橡胶具有高度的化学稳定性。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%。
三、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。
四、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℃。
五、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。
六、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,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。
七、耐气候老化和耐臭氧性能。
氟橡胶具有好的耐候老化性,耐臭氧性能。产品配方中往往可以添加紫外线吸收剂,则可进一步提升其户外耐紫外线老化性能。
八、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。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。
九、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35,000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。
十、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。
十一、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。
十二、耐辐射性能。
氟橡胶是属于耐中等剂量辐射的材料。高能射线的辐射作用能引起氟橡胶产生裂解和结构化。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。246型氟橡胶在空气中常温辐射在5×107 仑的剂量下性能剧烈变化,在1×107仑条件下硬度增加1~3,强度下降20%以下,伸长率下降30%~50%。所以,一般认为246型氟橡胶可以耐1×107仑,限为5×107仑。
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第 27卷 第 3期 特 种 橡 胶 制 品 Vo1.27 No.3
2006年 6月 SpecialPurposeRubberProducts June2006
二段硫化对氟橡胶性能的提高及耐热性的影响
刘 伟 ,孙向南,王声嫒 ,周 琼
(青岛科技大学 橡塑材料教育部重点实验室,青岛 266042)
摘 要:通过改变不同配方的氟橡胶二段硫化温度和时间,确定了佳硫化条件 结果表明.氟橡胶经二段硫
化后力学性能明显提高;经300℃热空气老化后发现,不同二段硫化条件对氟橡胶的耐热性有着不同的影响。
关键词 :氟橡胶;二段硫化;耐高温性能
中围分类号:TQ333.93 文献标识码:A 文章编号 :1005—4030(2006)03—0032—03
氟橡胶是一种耐热弹性体,通常在高温下使 高温性能。
用,所 以,二段硫化是其制品生产过程 中的必要步
1 实验部分
骤 。进行二段硫化的主要 目的是 :(1)使一段硫化
(也称定型硫化)后剩余的未反应交联基团完成反 1.1 原材料
应 ;(2)除去一段硫化 中产生的交联反应残余物 。 氟橡胶 2463,四川晨光化工研究院;3交联
主要是去除氟橡胶制品中存留的水和二氧化 剂(N,N一双 肉桂叉基一1,6一 己二胺),四川晨
碳l1],以及少量的氟化物或硫化剂产生的碎片 光化工研究院;轻质氧化镁 ,上海三爱富公司;炭
等[2]。二段硫化(也称补充硫化)可以改善制品的 黑N99o,青岛德固萨化学有限公司;其他为一般
力学性能和压缩永久变形性能,减少制品使用过 市售工业产品。
程中产生的气体,即降低制品的收缩率口]。因此, 1.2 设备与仪器
二段硫化在氟橡胶硫化过程中有着重要的作用。 双辊开炼机 SK—l608,上海橡胶机械厂;电
一 段硫化一般取 160℃~18o℃,也可采用 子硫化测试仪GT--M2000A,台湾高铁科技股份
150℃硫 化L4],硫 化 时间视 制 品厚度 ,可 以从 有限公司;硫化机 HS 1O0T—FTM0—2RT,佳
10min到40min不等 。二段硫化置于烘箱 内逐步 鑫电子设备科技(深圳)有限公司;电子拉力实验
升温,h升至 150℃,第 2h升至 200℃,第 3h 机 (;T—AJ7000S,台湾高铁科技股份有限公司;
升至250℃,恒温 12h,一般不短于 6h[5];有的[。] HD 10厚度仪,上海化工机械4厂;402型热老
二段硫化条件采用 230℃×24h(要逐步加温 化试验箱,上海第 2五金厂沼 氏硬度计,上海险
到 230℃后恒温记时) 《橡胶工业手册》6『中对 峰电影机械厂。
不同种类、不同结构的橡胶制品二段硫化条件做 I.3 试验工艺
了总结 ,介绍了不同的工艺。但是 ,以上文献 中都 采用双辊开炼机在 60℃以下混炼 ,包辊后依
没有研究二段硫化对含润滑体系的氟橡胶制品性 次加入轻质氧化镁 、润滑剂 、炭黑 N990、硫化剂 ,
能的影响。 薄通 6次出片。混炼时间约为 30min。放置后测
本文重点研究了加入润滑体系,使加工性能 试硫化特性、加压硫化 。硫化条件 160℃×正硫
明显改善的氟橡胶的二段硫化工艺,对比了传统 化时间,压力 13MPa。二段硫化 :选用 了200C‘和
的简单配方,通过实验确定了不同氟橡胶配合体 250℃2个温度段分别经过 3,6,
开姆洛克607橡胶金属热硫化粘合剂 原厂胶水 热熔胶
开姆洛克—特种弹性体与多种基材胶粘剂
一、 用途:未硫化氟橡胶等特种弹性体与金属等多种基材热硫化型胶粘剂。
二、特点:
1、 适用性广,能将多种未硫化弹性体与多种基材通过热硫化粘合。弹性体有:氟橡胶、某些聚丙烯酸酯和硅橡胶、混炼型聚氨酯等。基材有:金属、玻璃、塑料和多种织物纤维。
2、 单组份、单涂层,工艺简便。
3、 CH607所产生的粘合力能耐水、盐雾、化学品、油脂、溶剂及其它苛刻环境。耐温可达260℃。
4、 在许多情况下,经试验可用甲醇或乙醇稀释至500%~1000%,使用效果良好。
三、性能:
组 份:合成有机硅混合物与甲醇的溶液
颜 :无
含 固 量:6.25~6.75%
比 重:0.82~0.85
闪 点:9.4℃
稀 释 剂:甲醇或乙醇
储 存 期:未开启容器(25℃) 24个月
四、工艺:
☆ 表面处理:机械处理(喷砂)后脱脂,或化学处理。
☆ 稀 释:可不经稀释直接涂胶。若实际操作需要,亦可以前述稀释剂进行适量稀释。 稀释量高可达500%~1000%。
☆ 涂 胶:用刷涂法或浸渍法将CH607均匀涂覆于基材表面。
☆ 干 燥:室温至少干燥30分钟,或高温104℃,5~15分钟。
☆ 停 放:根据需要可在干燥后立即硫化,亦可停放2天内硫化,但要避免污染。
☆ 硫 化:
一段硫化:温度与时间按被粘胶料所需。
二段硫化:起始温度应比一段温度低10℃,由此逐步升温。经过至少2~3小时至所需的高温度。高二段硫化温度一般不宜超过218℃。
注 意:经一段硫化后的粘接效果尚未达到佳,在硫化温度较低和时间较短时尤其如此。故在一段和二段硫化之间操作时应小心。
五、注意事项:
1.应贮存于干燥阴凉处,远离热源与明火。
2.溶剂易挥发,使用完毕请将容器盖紧。
3.溶剂蒸汽有害,工作场所防火通风,长期吸入或长期皮肤接触。
六、本产品系洛德公司(LORD Corp.)技术并生产。上海洛德化学有限公司提供技术咨询和销售。
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。