氟橡膠 FKM FPM VITON
氟橡膠 FPM
氟橡膠(Fluoro Carbon Rubber) 分子內(nèi)含氟之橡膠，依氟含量 ( 即單體構(gòu)造 ) 而有各種類型。目前廣用的六氟化系氟橡膠最早由杜邦公司以 "Viton" 商品名上市。耐高溫性優(yōu)于硅橡膠，有極佳的耐化學(xué)性、耐大部分油及溶劑 ( 酮、酯類除外 ) 、耐候性及耐臭氧性;耐寒性則較不良，一般使用溫度范圍為 -20~250 ℃。特殊配方可耐低溫至 -40 ℃。
主要性能
折疊穩(wěn)定性佳
氟橡膠具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，是目前所有彈性體中耐介質(zhì)性能最好的一種。26型氟橡膠耐石油基油類、雙酯類油、硅醚類油、硅酸類油，耐無機(jī)酸，耐多數(shù)的有機(jī)、無機(jī)溶劑、藥品等，僅不耐低分子的酮、醚、酯，不耐胺、氨、氫氟酸、氯磺酸、磷酸類液壓油。23型氟膠的介質(zhì)性能與26型相似，且更有獨特之處，它耐強氧化性的無機(jī)酸如發(fā)煙硝酸、濃硫酸性能比26型好，在室溫下98%的HNO3中浸漬27天它的體積膨脹僅為13%~15%。
折疊耐高溫性
氟橡膠的耐高溫性能和硅橡膠一樣，可以說是目前彈性體中很優(yōu)秀的。26-41氟膠在250℃下可長期使用，300℃下短期使用;246氟膠耐熱比26-41還好。在300℃×100小時空氣熱老化后的26-41的物性與300℃×100小時熱空氣老化后246型的性能相當(dāng)，其扯斷伸長率可保持在100%左右，硬度90~95度。246型在350℃熱空氣老化16小時之后保持良好彈性，在400℃熱空氣老化110分鐘之后保持良好彈性，在400℃熱空氣老化110分鐘之后，含有噴霧炭黑、熱裂法炭黑或碳纖維的膠料伸長率上升約1/2~1/3，強度下降1/2左右，仍保持良好的彈性。23-11型氟膠可以在200℃下長期使用，250℃下短期使用。
折疊耐老化性
氟橡膠具有很好的耐天候老化性能，耐臭氧性能。據(jù)報導(dǎo)，DuPont開發(fā)的VitonA在自然存放十年之后性能仍然令人滿意，在臭氧濃度為0.01%的空氣中經(jīng)45天作用沒有明顯龜裂。23型氟橡膠的耐天候老化、耐臭氧性能也很好。
折疊真空性能
26型氟橡膠具有很好的真空性能。246氟橡膠基本配方的硫化膠真空放氣率僅為37×10-6乇升/秒.厘米2。246型氟橡膠已成功應(yīng)用在10-9乇的真空條件下。
折疊機(jī)械性能
氟橡膠具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能。26型氟橡膠一般配合的強力在10~20MPa之間，扯斷伸長率在150~350%之間，抗撕裂強度在3~4KN/m之間。23型氟橡膠強力在15.0~25MPa之間，伸長率在200%~600%，抗撕裂強度在2~7MPa之間。一般地，氟橡膠在高溫下的壓縮永久變形大，但是如果以相同條件比較，如從150℃下的同等時間的壓縮永久變形來看，丁和氯丁橡膠均比26型氟膠要大，26型氟橡膠在200℃×24小時下的壓縮變形相當(dāng)于丁橡膠在150℃×24小時的壓縮變形。
折疊電性能
23型氟橡膠的電性能較好，吸濕性比其他彈性體低，可作為較好的電絕緣材料。26型橡膠可在低頻低壓下使用。
折疊透氣性小
氟橡膠對氣體的溶解度比較大，但擴(kuò)散速度卻比較小，所以總體表現(xiàn)出來的透氣性也小。據(jù)報導(dǎo)，26型氟橡膠在30℃下對于氧、氮、氦、二氧化碳?xì)怏w的透氣性和丁基橡膠、丁橡膠相當(dāng)，比氯丁膠、天然橡膠要好。
折疊低溫性能
氟橡膠的低溫性能不好，這是由于其本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)所致，如23-11型的Tg>0℃。實際使用的氟橡膠低溫性能通常用脆性溫度及壓縮耐寒系數(shù)來表示。膠料的配方以及產(chǎn)品的形狀(如厚度)對脆性溫度影響都比較大，如配方中填料量增加則脆性溫度敏感地變壞，制品的厚度增加，脆性混同度也敏感地變壞。
折疊耐輻射性
氟橡膠的耐輻射性能是彈性體中比較差的一種，26型橡膠輻射作用后表現(xiàn)為交聯(lián)效應(yīng)，23型氟橡膠則表現(xiàn)為裂解效應(yīng)。246型氟橡膠在空氣中常溫輻射在5×107侖的劑量下性能劇烈變化，在1×107侖條件下硬度增加1~3度，強度下降20%以下，伸長率下降30%~50%，所以一般認(rèn)為246型氟橡膠可以耐1×107侖，極限為5×107侖。
氟橡膠的耐高溫性能和硅橡膠一樣，可以說是目前彈性體中很優(yōu)秀的。26-41氟膠在250℃下可長期使用，300℃下短期使用;246氟膠耐熱比26-41還好。在300℃×100小時空氣熱老化后的26-41的物性與300℃×100小時熱空氣老化后246型的性能相當(dāng)，其扯斷伸長率可保持在100%左右，硬度90~95度。246型在350℃熱空氣老化16小時之后保持良好彈性，在400℃熱空氣老化110分鐘之后保持良好彈性，在400℃熱空氣老化110分鐘之后，含有噴霧炭黑、熱裂法炭黑或碳纖維的膠料伸長率上升約1/2~1/3，強度下降1/2左右，仍保持良好的彈性。23-11型氟膠可以在200℃下長期使用，250℃下短期使用。
氟橡膠具有很好的耐天候老化性能，耐臭氧性能。據(jù)報導(dǎo)，DuPont開發(fā)的VitonA在自然存放十年之后性能仍然令人滿意，在臭氧濃度為0.01%的空氣中經(jīng)45天作用沒有明顯龜裂。23型氟橡膠的耐天候老化、耐臭氧性能也很好。
26型氟橡膠具有很好的真空性能。246氟橡膠基本配方的硫化膠真空放氣率僅為37×10-6乇升/秒.厘米2。246型氟橡膠已成功應(yīng)用在10-9乇的真空條件下。
氟橡膠具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能。26型氟橡膠一般配合的強力在10~20MPa之間，扯斷伸長率在150~350%之間，抗撕裂強度在3~4KN/m之間。23型氟橡膠強力在15.0~25MPa之間，伸長率在200%~600%，抗撕裂強度在2~7MPa之間。一般地，氟橡膠在高溫下的壓縮永久變形大，但是如果以相同條件比較，如從150℃下的同等時間的壓縮永久變形來看，丁和氯丁橡膠均比26型氟膠要大，26型氟橡膠在200℃×24小時下的壓縮變形相當(dāng)于丁橡膠在150℃×24小時的壓縮變形。
23型氟橡膠的電性能較好，吸濕性比其他彈性體低，可作為較好的電絕緣材料。26型橡膠可在低頻低壓下使用。
氟橡膠對氣體的溶解度比較大，但擴(kuò)散速度卻比較小，所以總體表現(xiàn)出來的透氣性也小。據(jù)報導(dǎo)，26型氟橡膠在30℃下對于氧、氮、氦、二氧化碳?xì)怏w的透氣性和丁基橡膠、丁橡膠相當(dāng)，比氯丁膠、天然橡膠要好。
氟橡膠的低溫性能不好，這是由于其本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)所致，如23-11型的Tg>0℃。實際使用的氟橡膠低溫性能通常用脆性溫度及壓縮耐寒系數(shù)來表示。膠料的配方以及產(chǎn)品的形狀(如厚度)對脆性溫度影響都比較大，如配方中填料量增加則脆性溫度敏感地變壞，制品的厚度增加，脆性混同度也敏感地變壞。
氟橡膠的耐輻射性能是彈性體中比較差的一種，26型橡膠輻射作用后表現(xiàn)為交聯(lián)效應(yīng)，23型氟橡膠則表現(xiàn)為裂解效應(yīng)。246型氟橡膠在空氣中常溫輻射在5×107侖的劑量下性能劇烈變化，在1×107侖條件下硬度增加1~3度，強度下降20%以下，伸長率下降30%~50%，所以一般認(rèn)為246型氟橡膠可以耐1×107侖，極限為5×107侖。
折疊生產(chǎn)應(yīng)用
折疊硫化體系
氟橡膠與其他橡膠一樣， 需采用交聯(lián)手段對其進(jìn)行加工，從而制得可滿足應(yīng)用的氟橡膠材料。但氟橡膠與傳統(tǒng)橡膠又不同， 它是一種高度飽和的含氟聚合物，一般不用硫磺進(jìn)行硫化，同時，為了獲得完全的物理性能， 常用氟橡膠需通過2 步硫化過程獲得:第1 步硫化是在一定的溫度(150~180 ℃)和壓力下(10~30 MPa)進(jìn)行，第2 步硫化(二段硫化)是在200~250 ℃的空氣中常壓下進(jìn)行12~24 h。不同種類的氟橡膠使用硫化體系及硫化過程不同，經(jīng)過近50 a 的氟橡膠實用硫化體系研究，氟橡膠的硫化體系主要有4 種[4]:1)有機(jī)二胺類:通過分子結(jié)構(gòu)中含有2 個氨基的化合物進(jìn)行的硫化;2)二羥基化合物類:在促進(jìn)劑的存在下，通過分子結(jié)構(gòu)中含有2 個羥基的化合物進(jìn)行的硫化;3)有機(jī)過氧化物類:通過過氧化物及多官能化合物進(jìn)行的硫化;4)輻射交聯(lián)類:通過高能輻射進(jìn)行的硫化。根據(jù)交聯(lián)機(jī)理可歸納為離子型和自由基型2種。離子型包括有機(jī)二胺類硫化和雙酚類硫化體系，自由基型包括有機(jī)過氧化物類和輻射交聯(lián)類體系。
折疊生產(chǎn)技術(shù)
氟橡膠的生產(chǎn)一般采用高壓、自由基引發(fā)乳液聚合工藝。以水為介質(zhì), 引發(fā)劑可選用有機(jī)或無機(jī)過氧化物如過硫酸鹽、過硫酸鹽-亞硫酸氫鹽、過氧化二碳酸二異丙酯(IPP), 乳化劑為全氟辛酸銨。將一種或一種以上的含氟烯烴單體溶解在乳液中進(jìn)行聚合, 聚合溫度為80 ~ 125 ℃, 反應(yīng)壓力為2.2 ~10.4 MPa, 聚合物分子量可通過調(diào)節(jié)引發(fā)劑用量或選用鏈轉(zhuǎn)移劑控制, 也可以二種方法同時應(yīng)用。常用的鏈轉(zhuǎn)移劑有四氯化碳、甲醇、丙酮、丙二酸二乙酯、十二烷基硫醇、異戊烷、異己烷和醋酸乙酯等, 其中某些鏈轉(zhuǎn)移劑可制得非離子化端基膠乳。除此之外, 還可采用一步種子乳液聚合。第一步選用無機(jī)過氧化物, 如過硫酸銨作為聚合引發(fā)劑, 它具有引發(fā)速度快的優(yōu)點;第二步是把第一步聚合成的共聚物作為種子, 選用有機(jī)過氧化物如IPP作為聚合引發(fā)劑, 制得非離子化端基聚合物。
折疊
折疊重點應(yīng)用
由于氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐高真空及耐酸堿、耐多種化學(xué)藥品的特點，已應(yīng)用于現(xiàn)代航空、導(dǎo)彈、火箭、宇宙航行、艦艇、原子能等尖端技術(shù)及汽車、造船、化學(xué)、石油、電訊、儀器、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。
折疊典型應(yīng)用
氟橡膠密封件，用于發(fā)動機(jī)的密封時，可在200℃~250℃下長期工作，在300℃下短期工作，其工作壽命可與發(fā)動機(jī)返修壽命相同，達(dá)1000~5000飛行小時(時間5~10年);用于化學(xué)工業(yè)時，可密封無機(jī)酸(如140℃下的67%的硫酸、70℃的濃鹽酸，30%的硝酸)，有機(jī)溶劑(如氯代烴、苯、高芳烴汽油)及其它有機(jī)物(如丁二烯、苯乙烯、丙烯、苯酚、275℃下的脂肪酸等);用于深井采油時，可承受149℃和420個大氣壓的苛刻工作條件;用于過熱蒸汽密封件時，可在160~170℃的蒸汽介質(zhì)中長期工作。在單晶硅的生產(chǎn)中，常用氟橡膠密封件以密封高溫(300℃)下的特殊介質(zhì)-三氯氫硅、四氯化硅、砷化鎵、三氯化磷、三氯乙烯以及120℃的鹽酸等。
在高真空應(yīng)用方面，當(dāng)飛行高度在200~300Km時，氣壓為133×10-6 Pa(10-6mmHg)，氯丁橡膠，丁橡膠、丁基橡膠均可應(yīng)用;當(dāng)飛行高度超過643Km時，氣壓將下降為133×10-7Pa(10-7mmHg)以下，在這種高真空中只有氟橡膠能夠應(yīng)用。一般在高真空或超高真空裝置系統(tǒng)使用前，需經(jīng)過高溫烘烤處理，26型、246型氟橡膠能承受200℃~250℃高溫老化，因此成為高真空設(shè)備及宇宙飛行器中主要的橡膠材料。
用氟橡膠制造的膠管適用于耐高溫、耐油及耐特種介質(zhì)場合，如用作飛機(jī)燃料油、液壓油、合成雙酯類油、高溫?zé)峥諝?、熱無機(jī)及其它特種介質(zhì)(如氯化烴及其它氯化物)的輸送、導(dǎo)引等。用氟橡膠制成的電線電纜屈撓性好，且有良好的絕緣性。氟橡膠制作的玻璃纖維膠布，能耐300℃的高溫和耐化學(xué)腐蝕。芳綸布涂氟膠后，可以制作石油化工廠耐高溫、耐酸堿類儲罐間的連接伸縮管(兩端可有金屬法蘭連接)，可承受高壓力、高溫度和介質(zhì)腐蝕，并對兩罐的變形伸縮起緩沖減震連接作用。尼龍布涂氟膠后制成的膠布密封袋，作為煉油廠的內(nèi)浮頂貯罐用軟密封件，起到密封、減少油液面的揮發(fā)損失等作用。
23型、四丙型氟橡膠主要用作耐酸、耐特殊化學(xué)品的腐蝕性密封場合。羥基亞硝基氟橡膠主要用作防護(hù)制品和密封制品，以溶液形式作為不燃性涂料，應(yīng)用于防火電子元件及純氧中工作的部件。其溶液和液體橡膠可用噴涂、澆注等方法制造許多制品，如宇宙服、手套、管帶、球等。也可用作玻璃、金屬"瀨性體、織物的膠粘劑，制造海綿及接觸火箭推進(jìn)劑(N2O4)的墊圈、"O"型圈、膠囊、閥尹疇各類密封件等。
G型系列氟橡膠制作的密封件具有使用VitonA、B、E等氟橡膠無法達(dá)到的耐高溫蒸汽性、耐甲醇汽油或含高芳香烴汽油的性能;GLT型氟橡膠、氯化磷橡膠、全氟醚橡膠等更具有寬廣的使用溫度范圍，低溫柔軟性、彈性密封性等。全氟醚橡膠還具有突出的耐介質(zhì)腐蝕性，在軍工尖端技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。
用氟橡膠制成的密封劑-膩子，耐燃料油性能突出，可在200℃左右的油中使用，被用作飛機(jī)整體油箱的密封材料。用氟橡膠制得的閉孔海綿，具有耐酸、耐油、寬廣使用溫度范圍和良好的絕緣性，可用作火箭燃料、溶劑、液壓油、潤滑油及油膏的密封和火箭、導(dǎo)彈的減震材料，耐溫達(dá)204℃，浸漬氟膠乳液的石棉纖維布，可制成石棉膠板，用于耐高溫、耐燃燒和耐化學(xué)腐蝕性的場合。
折疊汽車工業(yè)
隨著汽車工業(yè)飛速發(fā)展，汽車發(fā)動機(jī)室的溫度增高，改性燃料和強腐蝕性發(fā)動機(jī)燃油的使用日益普遍，氟橡膠比以往更為廣泛地用于汽車的密封材料。
為了提高汽車發(fā)動機(jī)的功率，節(jié)約燃料，保證汽車行駛的安全性，新的燃料噴射系統(tǒng)出現(xiàn)。在此系統(tǒng)中，汽車從油箱流入發(fā)動機(jī)，然后又返回油箱循環(huán)流動，汽油與氧混合會產(chǎn)生氫過氧化物。含有引氫過氧化物的汽油稱為"酸性汽油"，它能使多種烴類橡膠軟化或硬化。而氟橡膠不會因接觸酸性汽油而產(chǎn)生劣化變質(zhì)。
世界各國每年都制訂新的環(huán)境保護(hù)法規(guī)。汽車的總烴排出量受到日益嚴(yán)格的限制，汽車工業(yè)越來越難滿足這方面的要求。在美國，汽車必須經(jīng)SHED(密封箱蒸發(fā)量測定)試驗合格。氟橡膠對烴類的滲透有著優(yōu)良的阻隔性(表1)，在燃油膠管結(jié)構(gòu)中覆以氟橡膠層，即可減少烴的滲透量。
汽車燃料系統(tǒng)的制品，必須在-40℃~150℃的溫度范圍功能正常。但是氟橡膠隨含氟量的增加耐低溫性能劣化(玻璃化溫度上升)，為了制造在-40℃下性能正常的制品，需要對耐寒性差的氟橡膠產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)。如今，全氟醚橡膠已經(jīng)開發(fā)上市，有效地改善了氟橡膠的低溫性能，但因價格問題還難以大量推廣。
汽車行業(yè)都密切關(guān)注燃料的甲醇化，都急切地開展可能適應(yīng)任何燃料的FFV(Flexible Fuel Vehicle)的研究，橡膠零件的FFV化尤為迫切。甲醇與汽油混合時，氟橡膠的體積溶脹約為10%左右。但單就甲醇而言，由于氟含量不同，氟橡膠的體積溶脹差別就很大。氟含量高時幾乎不發(fā)生溶脹，但隨著氟含量的降低，在低溫區(qū)域下的溶脹就變大，尤其在氟含量為66%的情況下體積溶脹將顯著增大。這可認(rèn)為是由于低溫下氫鍵產(chǎn)生的甲醇結(jié)合體與氟含量為66%的聚合物的SP值接近所致。
從某種意義上講，氟橡膠也是隨時代的進(jìn)步與發(fā)展而成長的產(chǎn)物。盡管這些材料價格較高，但以其優(yōu)良的耐磨性、耐油性及其可靠性等，具有較高的實用價值，因此，其用量在逐漸上升也不足為奇。氟化物的開發(fā)還有很大的潛力和可能性，期待今后能開發(fā)出使用價值更高的氟聚合物。