氟硅橡胶的性能及用途.docx

氟硅橡胶的性能及用途王永昌，王庆，龚笑笑，闫琳（凯迪西北橡胶有限公司 咸阳 712023）二十世纪 50 年代以来，航空航天事业的快速发展对材料的性能提出了更苛刻的要求。1951 年 美国空军与美国道康宁公司开始合作研究氟硅橡胶，1956 年研制成功 Silastic R LS 型氟硅弹性体， 并先后研制出相对分子质量高的基础胶和配合 胶，相对分子质量中等的室温固化密封剂；二十 世纪 60 年代，开发出液体氟硅橡胶。前苏联于1967 年研制并生产出四个牌号的氟硅橡胶。1978 年日本信越化学工业公司吸收美国技术并加以改 进，开发了FE 系列氟硅弹性体1。我国从 1958 年开始研制氟硅橡胶，直至上世 纪 70 年代初研制出相当于美国道康宁公司的 Si-lastic R LS-420 生胶，并能生产相当于 Silastic R LS-53 和 LS-63 的两种氟硅橡胶胶料，应用于各种耐 高温、耐油的装置上。20 世纪 90 年代国产氟硅 橡胶生产有了一定发展，年产 4 吨的合成氟硅橡 胶装置投料生产。近年来随着我国航空航天事业 及交通运输业的快速发展，氟硅橡胶的需求市场 迅速扩大，氟硅橡胶的合成和配合技术及生产规 模也有了很大进展。本文从氟硅橡胶的结构出发，阐述了氟硅橡胶的主要物理特性及耐介质性能，列举了市场上 主要的氟硅橡胶生胶和胶料牌号，介绍了氟硅橡 胶的加工工艺，概述了氟硅橡胶的使用情况和研 发方向。也叫耐油硅橡胶。氟硅橡胶品种较多，其中批量生产并获得广泛 应用的是聚（3,3,3-三氟丙基甲基）硅橡胶，其乙 烯基含量通常少于0.5%，其结构简式为：其中，m/n=110/1000。1.1热老化性能氟硅橡胶主链为SiO键结构，为饱和 链，所以具有优异的耐空气老化性能，其胶料试 片经过五年户外暴露试验后仍能保持良好弹性； 经长达 10 年时间，在紫外线和严酷的气候条件下 其物理性能也仅有微小变化，不同地点放置的试 样拉伸强度和扯断伸长率下降率小于25%2。与 氟 橡 胶 相 比 ， 氟 硅 橡 胶 SiO 键 能（422.5KJ/mol） 大 于 氟 橡 胶 主 链 的 CC（345.6KJ/mol） 键 能 。 所 以 其 耐 热 老 化 性 能 优 异，特别是高温下物理性能保持率较高。与硅橡胶相比，氟硅橡胶由于三氟丙基的存 在在一定程度上降低了氟硅橡胶的耐热性，其原 因为三氟丙基容易热分解，热氧化稳定性比甲基 差，尤其是三氟丙基的-C 极易被氧化分解，分 解产生酸性很强的化合物加速了氟硅橡胶的热老 化反应，在 288的高温下就会产生氟化合物等 有毒气体，限制了它的应用范围，仅能在-55+200条件下长期使用，而甲基乙烯基硅橡胶 能在-65+300条件下长期使用。1.2高温介质性能氟硅橡胶的主链为SiO键结构，侧链 上引入极性氟原子（如三氟丙基）后，形成 CH2CH2CF3 结构，由于氟原子具有较大的吸电子1.氟硅橡胶结构及性能氟硅橡胶(FMVQ) 是以硅氧键为主链结构， 侧链上引入氟烷基或氟芳基的线性聚合物，所以作者简介：王永昌（1965-），男，主要从事橡胶加工及橡胶产品开发12摘 要：本文根据氟硅橡胶的结构，阐述了它的耐高温性能、耐介质性能和电性能，列举了国内外氟硅橡胶的 常用牌号，介绍了氟硅橡胶的生产工艺应用情况及研发方向。关键词：氟硅橡胶；耐热空气老化性能；耐高温介质性能；工艺；用途DOI：10.3969/.12-1350(tq).2012.06.004氟硅橡胶的性能及用途效应，加上 CF 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，使其在高温（230）下具有耐航空 燃油、液压油、石油系列及化学试剂等介质的性 能，如在 PR-3 煤油中于-55+175下可中长期 工作；在 YH-12 液压油、特 221 润滑脂、7104 润 滑脂中于-55+150下可中长期工作。可见，氟硅橡胶是一种在-68232下耐 非极性介质良好的弹性体。1.3低温性能首先，氟硅橡胶主链上的 SiO 键，键长较 长，对侧基转动的位阻小；SiOSi 键角 145比在 sp3 杂化中氧原子的通常键角（109）大得多，使 SiO 键之间容易旋转，因此氟硅橡胶分 子主链比较柔顺，使其具有优异的耐寒性。其 次，氟硅橡胶分子链呈螺旋状构型，分子链的柔 韧性比 CC 键或 SiC 键大，分子链之间的相 互作用力弱，这些结构特征使其硫化胶柔软且富 有弹性，当温度变化时，分子间的作用力改变很 小，所以它的各种性能，特别是弹性变化不大， 使其具有其他橡胶无法比拟的低温性能。第三， 三氟丙基取代甲基的存在，可以破坏聚二甲基硅 氧烷分子链的规整性，降低聚合物的结晶温度和 结晶程度，进而使氟硅橡胶具有比硅橡胶更好的表 1氟硅橡胶的电绝缘性能干4.21014体积电阻率/cm湿2.41014干20工频介电强度（/ kV/mm）湿19干3.010-3介电损耗正切（50Hz）湿5.010-32.国内外氟硅橡胶生胶及胶料主要牌号2.1国内氟硅橡胶生胶牌号表 2 氟硅橡胶生胶牌号3分子量104乙烯基链节摩尔含量/%挥发份/%牌号外观用 途生产商新牌号老牌号耐高低温的油密封件、垫片、O 形圈、 胶管等模压或挤出 成型。FE2801SF-14060无色或微黄半透明胶状体， 无机械杂质。上海三爱富新材料股份 有限公司FE2802SF-26190FE2803SF-3911302.2 国外氟硅橡胶胶料牌号表3氟硅橡胶胶料牌号4邵氏 A 硬度/度拉伸强度/MPa扯断伸长率/%撕裂强度/kn/m牌号外观密度用途生产商FE251U淡黄色1.4152FE261U淡黄色1.4360FE271U灰白色1.5070X-36-102U白色1.4351一般模塑品用。用于隔膜、日本信越化 止回阀、O 型圈、学工业公司 连接器等X-36-103U白色1.4560X-36-113U白色1.4258FE341U淡黄色1.4141FE351U淡黄色1.4452FE361U淡黄色1.4661FE371U淡黄色1.486813橡塑资源利用 2012 年第6 期邵氏 A 硬度/度拉伸强度/MPa扯断伸长率/%撕裂强度/kn/m牌号外观密度用途生产商E2015u淡黄色1.44胶片、O 型圈、单 日本东芝有 FQE2016u 淡黄色 1.45 向阀机硅公司FQE2017u淡黄色1.54LS-28303810.151926.6隔膜、管道或接 美国道康宁头公司LS-28605810.136131.8低温性能。所以，氟硅橡胶在-60 -70的低温下仍具有弹性，可在-61下长期使用。1.4电绝缘性能氟硅橡胶的体积电阻比硅橡胶低三个数量 级，一般为 1014cm，其介电常数和介电损耗 角正切见表 1.氟硅橡胶具有中等电绝缘性能，除 高压高频电环境外，其电绝缘性能可达到使用水 平。在高温、低温、潮湿、有机溶剂、化学药品 等恶劣条件下电绝缘性能变化很小。粘连，挤出后停放时间不要太长应及时采用滑石粉隔离并尽快硫化。 氟硅橡胶通常在室温下进行压延，但对特殊的胶料，若少许加热，提高辊温，可以改善胶料 与织物的粘合。压延氟硅橡胶胶料，可以使用三 辊筒或四辊筒的压延机。压延制品可以是无补强 层的氟硅胶实心板材，也可制成氟硅刮胶胶布或 层压膜片。3.3 硫化工艺对于高温硫化氟硅橡胶胶料，若采用白炭黑 做为补强剂，要进行二段硫化，采用炭黑做补强 剂则不必进行二段硫化。一段硫化又称成型硫化，其硫化温度及时间 取决于有机过氧化物类型、制品厚度及定型硫化 方式。一段硫化普遍采用平板加压硫化，温度一 般在110170，时间多在30min 以内。二段硫化可除去一段硫化后残留在制品中的 挥发物，提高硫化胶耐热性能、介电性能，改善 压缩永久变形性能并稳定物理性能等。氟硅橡胶 的二段硫化在电热鼓风箱中进行，采用逐步升温 的方式，达到要求温度后保持恒温，一般模压试 样：20046h，注射试样：2006h。双组份室温硫化氟硅橡胶的硫化是通过加入 催化剂来实现的，而单组分室温硫化氟硅橡胶， 接触空气中的湿气即可硫化，硫化从胶料表面开 始，通过水分的扩散而逐步向内硫化。3.氟硅橡胶的加工工艺3.1炼胶工艺氟硅橡胶生胶比较柔软，具有一定的可塑 性，可不经过塑炼而直接进行混炼，但纯氟硅橡 胶在混炼过程中易粘辊，对配合剂、补强剂的混 炼技术要求较高，同时要有优质的生胶、辊筒表 面状态和操作条件。混炼时应注意控制辊筒温 度，当辊筒温度为 1828时炼胶工艺性能较 好。若聚合物的粘- 温系数大，充分冷却辊筒， 降低辊筒温度，便可获得良好的操作性能。在不 影响胶料性能的前提下添加少量的聚二甲基硅氧 烷，也可以改善操作性能；其次，在混炼时加入 一定量的羟基氟硅油预处理白炭黑，消耗白炭黑 表面的部分活性羟基，使白炭黑表面产生部分钝 化作用，减少白炭黑对氟硅橡胶“结构化”的影响， 能使加工性能得到很大改善，并提高胶料质量。3.2 成型工艺成型的方法很多，有模压成型、传递模压成型、注射成型等，特点是成型与交联同时进行， 现就挤出和压延工艺做一简要说明：氟硅橡胶由于粘度较低，应在室温下进行挤 出加工，在挤出过程中，若局部温度超过 50， 就可能在挤出机中发生焦烧。氟硅橡胶胶料柔 软，挤出工艺性能较好，但挤出半成品易变形和4.氟硅橡胶的主要用途和研发方向氟硅橡胶一般用于制备各类机车、航空航天 器和石油化工上耐燃油和耐溶剂的密封件、密封 环、油封、膜片、导管、阀门衬、胶管、整体油箱密 封、O 形圈和垫片5，并用于电力、电子工业的连接 部件和电缆、输送带、织物等的表面涂覆，是国防 工业、航空航天领域重要的一种橡胶材料。4.1 氟硅橡胶胶料14氟硅橡胶的性能及用途表4 各类氟硅橡胶胶料主要特性使用温度国内外相近胶料牌号国内外相近胶料标准类别压缩永久变形/% 工作介质T/MPaE/%H/度5Q/6S1537-2000Q/6S2410-2000AMS R 259888.08.8310269606523#29*-55+200-55+175空气PR-3、PR-7FS6161 FS6165YH-1 特 221、7104 等FS626551-14349(俄)Q/6S1541-2005TY005-1166-1987(俄)7.22606426*-55+150通用性氟硅胶料空气PR-3燃油.液压油-70+200-60+150-55+220G405G441YMS2104-70+200-60+150空气PR-3FS427051-157（俄）Q/6S1542-2000TY005-1166-1987（俄）6.61907425*高强度氟硅胶料12.110.65284744058LS 5-2040LS 6-206017*56027043044536018*LS5-8740LS5-8754LS5-8760高抗撕氟硅胶料41534016040608010*10*12*LS4-9040LS4-9060LS4-9080低压变氟硅胶料注：T拉伸强度；E扯断伸长率；H邵氏 A 硬度。（1） 硫化条件 一段硫化：16515min；二段硫化：室温20046h。（2） .压缩永久变形试验方法为 GB/T7759, #15070h；* 20024h；*17722h；表 5各类氟硅橡胶胶件类别型号用 途使用温度/工作介质胶料牌号材料标准MS21919电气、液压系统管线的紧固和支撑。Q/6S1537-2000AMS R 25988高性能卡-55+235FS6161YH-1.特221、7104AS21919(俄)力部分电气、液压系统管线的紧固和支撑。-60150（175）RP-3FS6265Q/6S1541-2005号密封件和挤出密封件燃油.液压-60+150YMS2104插件接器G44115国内外相近国内外相近飞机机身、机翼及动力部分（蓝色）空气箍（CJ 系-55+175PR-3、PR-7FS6265Q/6S1541-2005列）新一代飞机机身、机翼及动-55+15051-14349(俄) TY005-1166 -1987（蓝色）高性能 胶件各种规格型 用于制造固定和微动的模压-70200（250）空气FS4270-70150液压油FS6165电气系统接 用于注射成形制造航空点连-70+200空气 PR-3G405-55+220油橡塑资源利用 2012 年第6 期表6 各类飞机使用的氟硅密封剂牌号组分数特性使用温度/应用范围对阳极化铝合金、不锈钢具有良好的粘接性，耐老化、耐燃油、阻燃。燃油系统中工作的螺栓连接和铆接接头的密封。HM801双组分-55180对阳极化铝合金具有良好的粘接性，耐老化、耐燃油、阻燃。燃油系统中工作的螺栓连接和铆接接头的密封。HM802三组分-55180对阳极化铝合金具有良好的粘接性，耐热空气老化、高温、耐油。燃油系统中工作的螺栓连接和铆接接头的密封。HM803三组分-55185飞机燃油系统中工作的电器元件灌封，还可用于在燃油系统中工作的螺栓连接 和铆接接头的密封。对阳极化铝合金具有良好的粘接性，耐热空气老化、高温、耐油。双组分HM804-55200飞机燃油系统中工作的电器元件灌封，还可用于在燃油系统中工作的螺栓连接 和铆接接头的密封。高温密闭不降解，对阳极化铝合金具有良好的粘接性，耐热空气老化、耐油、高温。三组分HM806-55200用氟硅橡胶胶料可以生产各种规格、各种形状的胶件。如：发动机的空气、燃油系统密封 件、电绝缘件；各种大型客机油气管路紧箍件；