国内氟硅橡胶的发展概况

1、氟硅橡胶的发展概况1、 前言近日，道康宁公司展示了Silastic 100%液态氟硅橡胶（F-LSR）系列产品。这是一种新型全氟双组分注射成型的弹性体，专门用于满足汽车发动机对温度、燃料和耐油性的日益严格的要求，同时有助于改善生产过程中环境的可持续性和成本效益。它同时具有液态有机硅橡胶（LSR）容易加工的特点，以及氟硅橡胶（FSR）的耐高温与耐燃油特点，提高了生产效率和零部件的性能。氟硅橡胶是一种集硅橡胶、氟橡胶优点的新型弹性体。以二甲基聚硅氧烷为代表的硅橡胶具有优异的高-低温性能、电性能和弹性性能，但这种橡胶的耐饱和蒸汽性、耐油性和耐溶剂性较差，使得它的应用受到了很大的限制；而在硅橡胶的碳链

2、上引入含氟基团(如三氟丙基)形成氟硅橡胶后，由于氟原子具有极大的吸电子效应，加上C-F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。 因此氟硅橡胶在保持了硅橡胶的耐热性、耐寒性、压缩复原性、回弹性、电气特性、脱模性等一系列优良性能的同时，兼具有氟橡胶的耐油、耐溶剂性，使其在汽车和飞机隔膜、垫圈、密封圈及密封剂等橡胶制品中得到广泛的应用。2、氟硅橡胶产品的概况及产品的用途氟硅橡胶最早于1956年由美国DowCorning公司和空军部门研制开发，并应用于航空领域，随后前苏联、德国、日本等国先后开发出一系列产品使得氟硅橡胶性能和质量得到了逐步的改进。我国最早于196

3、6年由中科院和上海有机氟研究所协作制得相当于美国LS-420的氟硅橡胶生胶，并成功开发出性能优良的SF系列氟硅胶料。目前，氟硅橡胶系列产品主要可分为以下几种：A、 氟硅橡胶系列主链结构：n=18000 这是一种改性硅橡胶，或者说特种硅橡胶，三氟丙基（-CH2CH2CF3）取代了一个甲基（-CH3），所以赋予了氟硅橡胶优异的耐油性能，耐化学介质性能，防水抗粘污性能；同时保留了普通硅橡胶的优异耐低温性能，易加工性能，耐候性能，优异的耐绝缘性和生理惰性。主要应用于汽车工业（占60%），航空工业（占20%），石油化学工业，造纸工业等；具体制品形式：O型圈、垫片、油封等密封材料、橡胶软管、线夹/管夹、膜

4、片等。B、全氟醚油系列主链结构：n=160高氟含量，无氢原子和醚键的主链结构使全氟醚油具有如下优异性能：极好的高温热氧化性能，极好的低温性能，对大多数化学介质（包括强酸，强碱）呈惰性，与几乎所有金属，橡胶，塑料相容，耐水蒸气和沸水，耐水冲洗，是一种完全非燃的材料，在任何情况下都不会燃烧，粘温性好，无毒。主要应用于电子工业，航空工业，汽车工业，石油化工工业，食品工业等；具体制品形式：润滑油，真空泵油，清洗溶剂，热扩散油，全氟表面活性剂的原料，聚合物改性剂等。C、氟硅助剂系列主链结构： 这是一种特殊的氟硅聚合物，主链结构也是硅氧键，但侧链不是三氟丙基，而是长链的氟碳烃或醚或丙烯酸酯（Rf），它使氟

5、硅助剂保留了氟碳助剂所特有的防水防油防污性能，A，B，C是功能性官能团，这些官能团使氟硅助剂与基材的结合更牢固，同时使氟硅助剂具有某些特殊功能，如柔软剂功能，复鞣剂功能。主要应用于纺织纤维工业，造纸工业，聚氨酯工业，人造皮革和玻璃幕墙的表面修饰。在纺织纤维工业，可以用作织物整理剂，柔软剂，消泡剂；在造纸工业，可以用作增强剂，柔软剂，消泡剂，防粘剂；在聚氨酯工业，可以用作聚氨酯的化学改性剂，聚氨酯生产时的泡沫稳定剂，光亮剂，防污剂；在人造皮革和玻璃幕墙的表面修饰，可以用作涂饰剂，复鞣剂，加脂剂，防水防尘剂。3、 国内外概况和生产能力3.1、氟硅橡胶： 国外主要生产公司有：美国DowCorning

6、，牌号有Silastic LS的高温固化型氟硅橡胶和牌号dowcorning的氟硅密封剂及FS的氟硅油；日本信越公司，牌号是SHINETSU FE的氟硅橡胶；德国的GE公司，牌号有FSE的高温固化型氟硅橡胶，FSL的氟硅密封剂，FSR的氟硅涂料，FF的氟硅油；俄罗斯的CKTOT-100的均聚型氟硅橡胶和CKTOT-5OAHT的共聚型氟硅橡胶。国内主要生产公司有：上海三爱富新材料股份有限公司，浙江三环，山东威海新元，深圳冠恒，其中深圳冠恒公司品种齐全，有高温固化型氟硅橡胶，室温固化型氟硅橡胶，共聚型氟硅橡胶，均聚型氟硅橡胶，共聚型氟硅油和均聚型氟硅油。全球生产能力为7000吨/年，2010年产量

7、为4000-6000吨/年，2010年国内实际需求量为400-600吨。主要产品种类有：按应用分为，高温固化型氟硅橡胶，室温固化型氟硅密封剂，氟硅涂料；按聚合物结构分共聚型氟硅橡胶和均聚型氟硅橡胶，共聚型氟硅油和均聚型氟硅油。3.2、全氟醚油：国外主要生产公司有：美国DUPONT公司，牌号有FLUOROGUARD的全氟醚油改性剂，KRYTOX全氟醚润滑油和真空泵油，DRYFILM的全氟醚基干膜润滑剂；比利时的SOLVAY公司，牌号有FLUOROLINK的全氟醚油改性剂，FOMBLIN HC化妆品用全氟醚油，FOMBLIN全氟醚润滑油和真空泵油，GALDEN的低分子量全氟醚油，SOLVERA的纸

8、张处理用全氟醚油；日本大金公司，牌号是DEMNUN的全氟醚润滑油和真空泵油。国内仅有中国石油长城润滑油公司有少量生产，品种仅限于润滑油型全氟醚油。目前全球生产能力为6000吨/年，2010年产量为4000吨/年。主要产品种类有：按端基种类分中性全氟醚油和极性官能团全氟醚油；按分子量分，高分子量全氟醚油，中等分子量全氟醚油，小分子量全氟醚油，按制造方法分K型全氟醚油，Y型全氟醚油，Z型全氟醚油，D型全氟醚油。3.3、氟硅助剂：国外主要生产公司有：美国DUPONT公司，牌号有SCOTCHGARD，日本大金公司，牌号是UNIGYNE；日本旭硝子公司，牌号是ASAHIGARD。全球2010年产量600

9、0吨/年。目前国内还未生产，主要是缺泛长链氟碳烃或醚或丙烯酸酯类原材料，本项目若投产后，小分子量全氟醚油是一种合适的原料。4、 氟硅橡胶的研究进展4.1、配方的研究 氟硅橡胶的配合体系与一般硅橡胶的配合体系没有多大的区别，氟硅橡胶胶料制备主要是由氟硅生胶、交联剂、催化剂、补强剂及助剂在一定条件下混炼而成，经过成型加工，并在一定条件下经过硫化，即可得到氟硅橡胶制品。4.1.1、生胶牌号及选择氟硅生胶主要是由聚甲基三氟丙基硅氧烷为单体。缩合型的一般采用羟基封端，而加成型的则混有一定量的不饱合烯烃，室温硫化型的氟硅生胶相对分子质量较小，在1×1048×104之间，而高温硫化型能达

10、到4×1058×105。目前使用较多的国外氟硅生胶牌号主要有美国DowCorning的LS63、日本信越的SE3810系列等，而国内主要有上海三爱富、河北硅谷、晨光化工和北京航材院等研制的氟硅生胶，如北京航材院的FS6265、FS6161，其性能优越，已在多个领域得到了广泛的应用。4.1.2、硫化交联、催化体系的选择在橡胶工业中使生胶交联的试剂为橡胶硫化剂。目前硫化剂主要有有机过氧化物、有机硅、无机氧化物、高能射线等，常为含有多元活性官能团的物质。    若室温硫化时，常采用的硫化剂为硅酸酯(如正硅酸乙酯)和钛酸酯类(如钛酸正丁酯)等，同时，利用有机锡、

11、有机钛、铂络合物作为催化剂调节硫化速度。其中催化剂以有机锡类的二月桂酸二丁基锡应用最为广泛，应当指出交联反应中真正起催化作用的不是二月桂酸二丁基锡本身，而是它的水解产物二丁基二羟基锡。实验表明采用复合催化剂有“协同效应”现象。如二月桂酸二丁基锡与钛化合物或三乙胺(TA)复合使用，催化作用明显高于一般催化剂。但使用此类催化剂时，若胶料残余丁基锡等催化剂或带入水分等杂质，则在密闭环境中，即使200以下也会发生降解与软化，甚至液化，所以，用于高温环境的氟硅胶料的硫化过程应尽量减少此类催化剂的使用。蔡宝连等用HI/I2(摩尔比为1/1)、对甲苯磺酸、磷酸盐等三种催化体系制备出性能符合要求的单组份室温硫

12、化氟硅橡胶粘合剂。谢择民、彭文庆等人以聚硅氮烷KH-CL为交联剂实现了非催化交联，避免了由有机锡催化剂在高温下导致的降解，同时过量的聚硅氮烷交联剂可以消除体系中的硅羟基和水分，从而抑制由硅羟基和水分引起的降解，大大提高胶料的热稳定性。吴松华等也采用硅氮低聚物作为硫化剂，使硫化反应副产物为NH3、H2易挥发物，从而提高氟硅橡胶密封剂在密闭状态下的耐热稳定性，且氟硅橡胶的耐热性随着硅氮低聚物用量的增加而升高。    采用高温硫化时，使用最多、效果最好的是有机过氧化物，它包括过氧化苯甲酰(BP)、过氧化二叔丁基(DTBP)、2,5-二甲-2,5-二叔丁基过氧己烷(硫化剂双2，5)

13、和过氧化二异丙苯(DCP)等等。过氧化物的用量受生胶品种、填料类型和用量、加工工艺等多种因素的影响，只要能达到所需的交联度，应尽量少用硫化剂。过氧化物硫化剂中以硫化剂双2，5分解温度适中，适合与炭黑配合使用。米志安采用0.8份双2，5作为硫化剂制备的共聚氟硅橡胶各项性能相对较好。郑华等人报道双2，5+DCP为硫化剂制备的胶料具有较优异的抗老化性能和耐压缩永久变形性能，并且耐油性能适中。除过氧化物外，金属铂也是一种常用的高温硫化剂，铂硫化的胶料具有特别快的硫化速率，且不受氧抑制。它与高温二烷基过氧化物不同，当使用铂催化剂硫化的胶料时，很薄的胶边都能完全硫化。4.1.3、 补强剂的选择未

14、经补强的氟硅橡胶强度很低，没有实际使用价值。加入适当的补强剂，以提高氟硅橡胶的性能，延长制品的使用寿命是极其重要的。目前最常用的补强剂为气相法白炭黑，氟硅橡胶的分子主链结构单元SiO，二者具有相同的硅氧骨架，微粒SiO2填充到氟硅胶交联网的空隙中，它们接触时有较强的相互作用，从而起到补强作用。补强的胶料其硫化胶的机械强度高、电性能好，并可与其它补强剂或弱补强剂并用，制备不同使用性能的胶料。但由于它在存放与使用过程中易产生结构化现象，必须进行二段硫化等后处理，且因为白炭黑表面存在活性羟基，会对橡胶的耐热性能产生不利影响，王春华等人采用多种型号白炭黑并用，通过调节炭黑用量，成功提高了粘接体系的粘接

15、强度。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，加工性能得到极大改善，提高了胶料质量。另外，用炭黑替代白炭黑补强氟硅橡胶，如用加拿大进口的N-990碳黑和喷雾炭黑，也能起到很好的补强效果。郑华等人证明采用炭黑作补强剂不仅简化了生产工艺(省去后处理工序)和降低了生产成本，而且硫化胶的各项性能完全达到指标要求；武卫莉还报道氟橡胶硫化中，炭黑除作为补强填充剂外，还可起到硬度调解剂的作用；但要注意，炭黑会大大降低某些过氧化物的贮存稳定性和有效性；在使用铂化体系时，炭黑也会抑制硫化反应。4.1.4、开发新型偶联剂

16、 偶联剂最早用于玻璃纤维，在无机材料和有机材料的界面上起桥梁作用，尽管偶联剂在胶粘剂中的用量很少，却对粘接强度有重要影响。现阶段在氟硅橡胶与金属粘接中使用的是硅烷偶联剂，它能实现氟硅橡胶与无机物或金属很好的偶联，硅烷偶联剂分为氨基硅烷、过氧硅烷、叠氮硅烷和重氮硅烷偶联剂等，其中尤以过氧硅烷类的乙烯基三特丁基过氧硅烷(VTPS)性能最为优越，它适用性广，是一种理想、高效、广谱的增粘剂，有“万能增粘剂”之称。苏正涛等人报道VTPS是硅橡胶(VMQ或FVMQ)高温硫化粘接的良好增粘剂，加入VTPS可以提高硅橡胶与金属粘接的剪切强度，且可耐溶液浸蚀。关静的实验表明硅烷偶联剂A151和VTPS能在氟硅橡

17、胶FSR与不锈钢片间形成桥键，起到增粘作用，但A151不够稳定，而VTPS则较好；郑诗建发现当氟硅橡胶和VTPS的相对用量为1：1(质量比)时胶粘剂的粘接效果最佳；硅烷偶联剂除了VTPS外，其它如甲基三特丁基过氧硅烷(MATS)、乙烯基三乙酰氧基硅烷、KH-550、KH-560等在氟硅橡胶制品中也有一定的应用。4.1.5、添加剂4.1.5.1、防老耐热添加剂提高氟硅橡胶耐热性能的主要方法为改变主链结构，可加入硅羟基清除剂、耐热添加剂等。对于不同的交联体系，应采用不同的方法。对于加成型和过氧化物交联型胶料，提高耐热性能比较简单且经济的方法是加入金属氧化物，如-Fe2O3、SnO2、活性MgO、C

18、aO等，能抑制氟硅橡胶分子链侧链有机官能团(三氟丙基)被氧化，中和氟硅橡胶高温时因三氟丙基分解可能产生的氢氟酸，起到热稳定作用，因而，使胶料的耐热性能大幅度提高。苏正涛、郑俊萍等人报道SnO2对Fe2O3有协同效应，添加Fe2O3和SnO2复合氧化物的使用效果要优于Fe2O3或SnO2单独使用。SnO2、Fe2O3和铁锡氧化物复合物既能防止热氧化发生，又能抑制橡胶分子侧链基团分解，其中，铁锡氧化物复合物的作用最强。苏正涛等人还研究丁二氧化铈作为耐热添加剂可大幅度地提高氟硅橡胶的耐热性能；郑俊萍等人讨论了过渡金属氧化物的耐热作用机制，证明铁锡复合氧化物具有多种抗氧化机理，从而发挥出协同效应，提高

19、胶料的耐热性。4.1.5.2、其它添加剂由于采用气相法白炭黑补强的氟硅橡胶胶料贮存过程中会变硬，塑性值下降，逐渐失去加工工艺性能。为防止和减弱这种“结构化”倾向，一般的办法是加入一定量的结构控制剂。结构控制剂通常为含有羟基或硼原子的低分子有机硅化合物，常用的有二苯基硅二醇、甲基苯基二乙氧基硅烷、四甲基亚乙基二氧二甲基硅烷、低分子羟基氟硅油及硅氮烷等。    为解决氟硅橡胶粘度过大问题，常在胶料中加入一定量的增塑剂，最常用的是硬脂酸，但由于它不能耐高温且易与过氧化物作用，所以加入量不能过多。郑华等人尝试了加入极少量的硬脂酸作为脱模剂，出模时很少发生粘模现象。另外根据需要，可在

20、不影响使用性能的条件下，向氟硅橡胶中加入一定量的着色剂，如氧化铁、镉和铬的化合物、炭黑等等。4.2、加工工艺的研究进展氟硅橡胶的加工过程与一般硅橡胶基本一样，主要包括混炼、挤出、压延、粘合、硫化等工艺，可采用普通橡胶加工设备进行加工，加工过程要保持设备的清洁，不能混有其它橡胶、油污或杂质，否则会影响氟硅橡胶的硫化及性能。4.2.1、混炼 氟硅橡胶生胶比较柔软，具有一定的可塑性。可不经塑炼而直接采用开炼机或密炼机进行混炼，但由于氟硅纯胶比较容易粘辊，很难操作，对配合剂、补强剂的混合技术要求高，导致混炼工艺相当复杂。不过粘辊性能的好坏与橡胶的品级、辊筒的表面状态、操作条件等因素有关，若聚合物的粘-

21、温系数大，充分冷却辊简便可获得良好的操作性能。其次，在不影响特性的前题下而通过添加少量的聚二甲基硅氧烷也是有效的。另外，郑华等人采用在开炼机滚筒前加一刮刀，实行定时两步混炼的方法，取得了良好的效果。4.2.2、挤出和压延氟硅橡胶胶料可以被挤出制成各种产品，如衬垫材料、管材、绝缘电线及各种密封型材：一般说，氟硅胶料由于粘度比有机橡胶低，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，就可能在挤出机内发生焦烧，且氟硅生胶强度比较低，挤出后应瞬间硫化。    氟硅橡胶通常在室温下进行压延，但对特殊的胶料，能少许加热是有益的，可以改善与织物的粘合。压延氟硅橡胶胶料，可以使

22、用三辊筒或四辊筒的压延机。压延制品可以是无补层的氟硅胶实心板材，也可制成氟硅刮胶胶布或层压膜片。压延加工的主要优点是能够生产长的、连续的、具有均匀厚度的板材。4.2.3、硫化对于高温硫化氟硅橡胶胶料，若采用白炭黑作为补强剂，要进行二段硫化，采用炭黑作为填料则不必。一段硫化普遍采用平板加压硫化，温度一般在110-170(根据硫化系统的不同选择不同的硫化温度)之间，一段硫化时间较短，大多在30min以下，氟硅橡胶二段硫化温度在电热鼓风箱中进行，采用逐步升温的方式，达到200-250后保持恒温，时间在数小时至数十小时不等。    对于双组分室温硫化氟硅橡胶的硫化是通过加入催化剂来

23、实现，而单组分室温硫化氟硅橡胶在室温下，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。4.2.4、粘合与硅橡胶类似，氟硅橡胶的表面能较低，属于难粘接的材料，研究表明采用硅烷偶联剂能够较好地实现氟硅橡胶与聚脂织物等材料的粘接，如硅烷偶联剂VTPS能够使氟硅橡胶与金属间得到很好的粘接性能。氟硅橡胶与金属粘接前要对金属表面进行喷砂、打磨、溶剂清洗等处理，否则将会影响粘接质量。5、 氟硅产业的环境 硅橡胶有着其它橡胶无法比拟的耐高低温、耐燃油、耐溶剂性能，现已广泛应用于航空、航天、汽车等领域，可在飞机、火箭、导弹、宇宙飞船、石油化工、汽车等行业中作为燃料油、润滑油的接触胶

24、管、垫片、密封圈、燃料箱衬里，也可用于制造耐腐蚀的衣服、手套以及涂料、胶粘剂等。但氟硅橡胶也存在以下问题：    (1)价格昂贵。氟硅橡胶单体合成相当困难，加上引入含氟基团增大了硫化难度，硫化工艺复杂，使得氟硅橡胶生产成本高。    (2)机械强度太低，补强过程复杂。未经补强的氟硅橡胶强度很差，补强后的氟硅橡胶强度也不高，且补强工艺复杂，会对环境造成一定的污染。    (3)耐高温性能仍需加强。氟硅橡胶热稳定性不及甲基硅橡胶，对于高温硫化氟硅橡胶而言，其长期使用温度不能超过250，室温硫化胶则更低，这也限制了氟硅橡胶的应用。 十二五规划建设全文中指出，要培育发展战略性新兴产业。科学判断未来市场需求变化和技术发展趋势，加强政策支持和规划引导，强化核心关键技术研发，突破重点领域，积极有序发展新一代信息技术、节能环保、新能源、生物、高端装备制造、新材料、新能源汽车等产业，加快形成先导性、支柱性产业，切实提高产业核心竞争力和经济效益。发挥国家重大科技专项的引领支撑作用，实施产业创新发展工程，加强财税金融政策支持，推动高技术产业做大做强。近年来我国氟硅橡胶发展较为迅速，部分氟硅橡胶及制品已达到或超过了国