氟橡膠的應用
氟橡膠的應用
1. 前言
氟橡膠是指主鏈或側鏈的碳原子上含有氟原子的一種高分子彈性體,所以它具有特彆優(yōu)異的性能。這裡要討論的是氟-26或氟-246(即維通型氟橡膠),它是偏氟乙烯、六氟丙烯的二元和三元(第三單體為四氟乙烯)共聚物。其用量占**氟橡膠總消耗量的90%以上。氟橡膠自1956年由美國杜邦公司的試驗裝置投產(chǎn)後,1958年即建成1800噸/年規(guī)模生產(chǎn)裝置以來,它的發(fā)展十分迅速。60年代中後期,年遞增為20%-30%,70年代的增長率為10%,踏進80年代仍保持7%-8%的增長速度,而且這種趨勢一直保持下來。氟橡膠大量用於特殊密封製品的生產(chǎn)。據(jù)報道,美國50%的氟橡膠用於橡膠密封製品;日本的應用比例更大,高達80%。
維通型氟橡膠的高速發(fā)展,主要是他具有*好的綜合性能,包括它具有較好的力學強度、熱穩(wěn)定性好,耐介質性能特彆優(yōu)異,而且加工生產(chǎn)工藝方便、成本較低,因此,它在氟彈性體中占有**優(yōu)勢的地位。已廣泛用於航天、航空、交通、石油、機械、冶金、化工等工業(yè)部門,並在各個領域取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
2. 氟橡膠的主要性能
(1)常態(tài)下的力學性能
26型氟橡膠一般的配合強度10-20Mpa;伸長率150-300%;撕裂強度在20-40KN/m之間,但是它的彈性較差。
氟橡膠的摩擦係數(shù)(0.8),較丁腈橡膠的摩擦係數(shù)(0.9~1.5)小。
(2)耐高溫性能
氟橡膠和矽橡膠的耐高溫性能,是目前現(xiàn)有橡膠中*好的。F26-41氟橡膠在200~250℃下可長期工作,在300℃也可短期工作(見表1),F(xiàn)246的耐熱性能比F26好一點。
表1.氟橡膠的耐熱性
試驗溫度℃
時間(小時)
204
232
10000以上
3000
260
1000
288
240
316
4 8
在耐老化方麵,氟橡膠和矽橡膠優(yōu)於其它品種的橡膠(見表2)
表.2各種橡膠的耐熱老化性*
橡膠種類
具有工作能力的極限溫度℃
氟 橡 膠
320
矽 橡 膠
320
丁腈橡膠
180
天然橡膠
130
*橡膠在該濃度下,經(jīng)過24~26小時老化後,拉伸強度≥7MPa;伸長率≥100%的稱為具有工作能力。
氟橡膠拉伸強度和硬度隨溫度升高而明顯下降。拉伸強度和硬度的變化特點是:在150℃以下,隨溫度升高而迅速降低;在150~260℃之間,隨溫度升高下降緩慢(見表3)。
表3.氟橡膠在不同溫度下的性能變化
性能
24℃
150℃
204℃
拉伸強度 MPa
16.8
3.4
2.0
伸長率 100%
330
120
80
硬度 (邵氏A)
75
65
63
基於以上情況,在高溫條件下使用的氟橡膠密封件,應避免非裝配應力的作用,以免造成高溫下早期損壞。
(3)耐腐蝕性能
氟橡膠具有**的耐腐蝕性能。它對有機液體、不同燃料油和潤滑油的穩(wěn)定性優(yōu)異。對大部分無機酸、碳氫化合物、苯和甲苯有良好的抗蝕性。僅僅不耐低分子的酯、醚、酮以及部分胺類化合物。
(4)耐熱水和過熱蒸汽的性能
橡膠對熱水作用的穩(wěn)定性,不僅取決於本體材料,而且決定於膠料的配合。對氟橡膠來說,過氧化物硫化的氟橡膠優(yōu)於胺類和酚類硫化體係的膠料。應該說,氟橡膠的耐熱水和過熱蒸汽性能一般,它不如乙丙橡膠,在180℃×24h的過熱水浸泡後體積變化不超過10%,物理性能冇有太大的變化。
(5)壓縮長久變形性能
氟橡膠用於高溫下的密封中,壓縮變形是它的關鍵性能。維通型氟橡膠所以得到極其廣泛的應用,是與它的壓縮變形的改進分不開的。美國杜邦公司從60~70年代致力於提高氟橡膠壓縮變形的抗耐性,並取得顯著的效果。表4是杜邦公司氟橡膠壓縮變形的改進。
表4. 杜邦公司氟橡膠壓縮變形的改進
年度
204℃×70h
1964
>80
1968
60
1969
50
1970
30
1973
13
(6)耐低溫性能
氟橡膠的耐低溫性能一般,它能保持彈性的極限溫度為-15~-20℃。隨著溫度的降低,它的拉伸強度變大,在低溫下顯得強韌的。在測2mm厚的標準試樣時,它的脆性溫度在-30℃左右;厚度1.87mm時為-45℃;厚度0.63mm時為-53℃;厚度0.25mm時為-69℃。一般氟橡膠的使用溫度可略低於脆性溫度。如美國**標準MIL-25879D中規(guī)定使用溫度為-40~205℃。國外對氟橡膠在航空發(fā)動機中使用溫度極限為-35℃。
(7)耐氣候老化和耐臭氧性
VitonA自然存放10年之後的性能仍然是令人滿意的。在臭氧濃度為0.01%的空氣中,經(jīng)45天作用冇有明顯龜裂。它的耐氣候老化和耐臭氧性是令人滿意的。
(8)電性能
氟橡膠的電絕緣性能不是太好,隻適於低頻低壓下使用。溫度對它的電性能影響很大,從24℃升到184℃時,其絕緣電阻下降35000倍。
(9)氣透性
氟橡膠的氣體溶解度比較大,其擴散速度比較小,總的氣透性很小。在氟橡膠中,填料的加入,充填了橡膠內部的空隙,從而使硫化膠的氣透性變小,這對於真空密封是很有利的。如配合適中,氟橡膠可解決10-7Pa真空密封。
(10)耐燃性
氟橡膠遇火能燃燒,離火即自熄。
3. 氟橡膠的配合技術
一個氟橡膠的配方,一般是由生膠、吸酸劑、硫化劑、促進劑、補強填充劑、加工助劑等組成。
(1) 生膠
國產(chǎn)氟橡膠和國外的氟橡膠的性能基本相同,隻是加工性能有些差異,國產(chǎn)膠的加工性能較差,主要是門尼粘度較高,相應影響膠料加工流動性差。
國產(chǎn)氟橡膠26相當於美國杜邦公司的VitonA,氟橡膠246相當於VitonB,國外的氟橡膠生膠,有不少已加好了硫化劑,美國3M公司和日本大金公司供應的氟橡膠已經(jīng)加好了硫化劑。
(2) 硫化劑
硫化是使氟橡膠產(chǎn)生一定程度的交聯(lián),使其具有良好的使用性能。氟橡膠硫化可以采用親核試
劑的離子加成機理進行,也可以以過氧化物或射線以自由基機理進行。
胺類化合物(1#、3#硫化劑)硫化氟橡膠,可以解決一般產(chǎn)品的要求;采用2#硫化劑,可以解決膠漿的加工。
在密封製品中,為使其有較小的壓縮變形值,應優(yōu)先選用.