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　　在汽车工业中的典型应用

　　汽车领域占氟橡胶热硫化胶水用量的60%以上，主要用于燃油系统密封件的修复与制造。燃油泵法兰密封圈的现场硫化修复可避免总成更换，节约成本70%以上；涡轮增压器进气管的氟橡胶-金属粘接需耐受150℃高温和振动负荷；变速箱油封的翻新采用专用胶水硫化后，使用寿命可达8万公里。电动汽车电池冷却系统的氟橡胶密封同样依赖此类胶水，要求同时满足绝缘性（耐压>5kV）和导热性（>1W/m·K）的特殊配方正在快速发展。

　　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]。

　　表1 键能对比

　　表2 氟化碳原子和非氟化碳原子与其他原子生成的化学键键能比较

　　表3 含氟化合物化学键的自由旋转能

　　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℃。

　　图1耐热性与耐油性的对比

　　图2耐燃油性能对比

　　图3燃料透过性的对比

　　图4 压缩永久变形量对比

　　图5 各类橡胶的耐温曲线

　　表4 常用橡胶的气体透过系数（cm3 mm/24h m2 atm）

　　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]。

　　表5 含氟量与各特性间的关系

　　图6氟含量与耐甲醇、耐丙酮的关系

　　表6 硫化方法与特性间的关系

　　表7 分子量与特性间的关系

　　表8 分子量分布的影响

　　表9 硫化剂与硫化促进剂与特性间的关系

　　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。

　　A FEPM与FKM不同的分子结构

　　B Aflas（100系列）与FKM（二元系）的性能差异

　　图7 FEPM与FKM（二元系、三元系）的比较

　　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。

　　alrez与FKM不同的分子结构

　　B Kalrez与FKM分别浸泡在丙酮、甲苯等有机介质中

　　（16分钟后FKM明显溶胀）

　　图8 FFKM与FKM的比较

　　表10 Kalrez与FKM不同介质中的体积增加率

　　图9各类苛刻工况下的Kalrez常用牌号

　　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.

　　[3] SH Lee, SS Yoo, DE Kim, BS Kang, HE Kim. Accelerated wear test of FKM elastomer for life prediction of seals[J]. Polymer Testing,2012,31(8):993-1000.

　　[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.

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　　九、硅橡胶:简称Q或MVQ

　　用途:主要用于军事与航空航天工业的密封减震、电缘材料和涂料，以及医疗卫生制品。

　　优点:柔顺性较好，耐高温耐严寒(-100至300℃)，耐臭氧老化、耐热氧老化、耐光老化、耐天候老化的性能，电缘的性能良好。

　　缺点:常温下硫化胶的抗张强度、撕裂强度和耐磨耗性能低，成本高一些。

　　十、氟橡胶:简称FPM

　　用途:用于尖端技术与工业部门的耐高温、耐油、耐腐蚀、耐高真空、耐辐射的密封与防护的制品。

　　优点:耐热性、耐臭氧、耐化学腐蚀、耐油性良好，气密性好。

　　缺点:耐寒性差。

　　十一、聚氨酯橡胶:简称PU

　　用途:用于高强度、高耐磨、耐油的制品，比如轮胎、胶辊、胶带、缓冲减震制品、耐辐射制品。

　　优点:机械强度高，弹性高、硬度高，耐寒性、耐油性、耐氧化、耐臭氧的性能好。

　　缺点:耐热性差，耐水性差，不耐酸碱腐蚀，动态生热量大。

　　十二、聚硫橡胶:简称T

　　用途:用于各种耐油制品和密封材料。液态聚硫橡胶可用于固体燃料推进剂的粘合剂。

　　优点:耐油性能好。

　　缺点:耐热性很差，价格较贵。

　　十三、丙烯酸酯橡胶:简称ACM

　　用途:用于耐油、耐热的橡胶零部件，比如汽车油封以及与油接触的电缘部件。

　　优点:耐氧化、耐臭氧、耐油性、耐热性良好。

　　缺点:耐寒性、耐水性的性能差。

　　十四、氯醚橡胶:也称为氯醇橡胶。比如，均聚物氯醚橡胶（简称CHR或CO）、共聚物氯醚橡胶（简称CHC或ECO），就是常见的氯醚橡胶。

　　用途:用于汽车、飞机、仪器仪表的配件。

　　优点:耐油性、耐寒性、耐热性、耐臭氧性良好，气密性良好，粘着力佳。

　　缺点:耐磨性较差。

　　十五、丁吡橡胶:简称PBR

　　用途:用于高级耐油橡胶制品。其胶乳常用于帘布增粘性浸渍液。

　　优点:耐油性、耐寒性、耐酯类溶剂的性能，粘着性能良好。

　　缺点:在空气中耐高温性能差；与其他橡胶并用。

　　十六、氯磺化聚乙烯橡胶:简称CSR或CSPE

　　用途:用于耐热、耐油、耐化学腐蚀的工业密封垫圈、衬里、涂层和胶管，电线、电缆的外包皮，以及耐燃、耐天候制品。

　　优点:耐臭氧、耐天候、耐热等老化性能良好；物理机械性能良好，耐磨性能好；耐化学腐蚀、耐热性、耐油性良好；工艺加工性能好。

　　缺点:低温弹性差，压缩永久变形较大，自粘和互粘性差。

　　上述各种橡胶的优缺点是相对的，可以通过添加各种配合剂，或改性等办法，来减少甚至避免某些缺点，提高橡胶制品的性能。

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　　氟橡胶（FKM）是一种高性能的合成橡胶，由于其的化学结构和的性能，在许多领域中得到了广泛的应用。本文将详细介绍氟橡胶的化学结构、性能特点、生产工艺及应用领域等方面的知识。

　　一、化学结构

　　氟橡胶是由偏二氟乙烯（VDF）、四氟乙烯（TFE）以及少量第三单体（如六氟丙烯）共聚而成的合成橡胶。其化学结构式为:[CF2=CF-CF2-CF=CF2]n，其中第三单体的引入使得氟橡胶具有更加的性能。

　　二、性能特点

　　1.高度耐高温性能:氟橡胶具有很高的热稳定性，可以在高温下长期使用，具有良好的耐热性能。

　　2.优良的耐化学腐蚀性能:氟橡胶对大多数化学物质具有很好的抵抗力，可以用于制造与强腐蚀性介质接触的密封件。

　　3.良好的机械强度和耐磨性:氟橡胶具有较高的弹性模量和硬度，因此具有较好的机械强度和耐磨性。

　　4.良好的电缘性能:氟橡胶具有较高的缘电阻和介电常数，适用于制造电线缘层和电子元件的密封材料。

　　5.耐气候老化性能:氟橡胶对紫外线、臭氧等具有很高的稳定性，可用于户外长期使用。

　　三、生产工艺