氟橡胶的加工与应用.doc

氟橡胶的加工与应用1. 前言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，所以它具有特别优异的性能。这里要讨论的是氟-26或氟-246（即维通型氟橡胶）,它是偏氟乙烯、六氟丙烯的二元和三元（第三单体为四氟乙烯）共聚物。其用量占世界氟橡胶总消耗量的90%以上。氟橡胶自1956年由美国杜邦公司的试验装置投产后，1958年即建成1800吨/年规模生产装置以来，它的发展十分迅速。60年代中后期，年递增为20%-30%，70年代的增长率为10%，踏进80年代仍保持7%-8%的增长速度，而且这种趋势一直保持下来。氟橡胶大量用于特殊密封制品的生产。据报道，美国50%的氟橡胶用于橡胶密封制品；日本的应用比例更大，高达80%。维通型氟橡胶的高速发展，主要是他具有最好的综合性能，包括它具有较好的力学强度、热稳定性好，耐介质性能特别优异，而且加工生产工艺方便、成本较低，因此，它在氟弹性体中占有绝对优势的地位。已广泛用于航天、航空、交通、石油、机械、冶金、化工等工业部门，并在各个领域取得较好的经济效益和社会效益。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（0.91.5）小。（2）耐高温性能氟橡胶和硅橡胶的耐高温性能，是目前现有橡胶中最好的。F26-41氟橡胶在200250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）20410000小时以上 2323000小时 2601000小时288240小时 31648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极限温度氟 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2426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150260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% 33012080硬度 （邵氏）756563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卓越的耐腐蚀性能。它对有机液体、不同燃料油和润滑油的稳定性优异。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18024h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极其广泛的应用，是与它的压缩变形的改进分不开的。美国杜邦公司从600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20470h1964 801968 601969 501970 301973 13（6）耐低温性能氟橡胶的耐低温性能一般，它能保持弹性的极限温度为-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-40205。国外对氟橡胶在航空发动机中使用温度极限为-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）电性能氟橡胶的电绝缘性能不是太好，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，其绝缘电阻下降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。用加拿大进口的N990炭黑或喷雾碳黑，在黑色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。彩色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，在选用彩色原料时，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，防止焦烧，改进胶料的流动性和压出性能，并能在加工中防止粘辊、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、模特丽935P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0.30.5mm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 23024h（要保证逐步加温，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3K.G.K4苏联5拉伸强度MPa9-209-198.9-17.217.214.27.0伸长率 %130-180100-500100-300250228225硬度 （邵氏A）65-9565-95707670-85撕裂强度 KN/m18-35压缩变形 %（B法3.5mm O型圈）2370h9-161320070h18-8010-3020-70202620024h70-100氟橡胶生产供应商不止杜邦一家，在中国市场上，进口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+4100FPM 2301氟橡较231119.120.2(氯含量)1.52.4(特性粘度)FPM 2302氟橡胶232113.215.2(氯含量)4.45.6(特性粘度)FPM 2601氟橡胶26D6560100FPM 2602氟橡胶26B65140180FPM 2461氟橡胶246B5080FPM 2462氟橡胶246G70100FPM 4000氟橡胶TP545870110*FPNM 3700含氟磷腈橡胶PNF381AFMU 4360羧基亚硝基氟橡胶注：有“*”者，门尼粘度为ML1+10100， AFMU 4360羧基亚硝基氟橡胶：酸含量0.41.0，分子量Mw3103。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