氟橡膠的性能及應(yīng)用

1、Viton氟橡膠的性能及應(yīng)用Viton氟橡膠是在1957年為了滿足航空工業(yè)對(duì)高性能密封要求的需要而發(fā)展起來的。從那時(shí)起，氟橡膠就迅速地應(yīng)用到汽車工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等其他的工業(yè)領(lǐng)域。經(jīng)過40多年的應(yīng)用，證明Viton氟橡膠在耐熱、耐腐蝕方面具有優(yōu)異的性能。其硫化膠的一些主要特點(diǎn)如下：   (1)Viton氟橡膠能夠在高溫下工作，此時(shí)提供的物理機(jī)械性能優(yōu)于大多數(shù)其他彈性體。溫度的升高對(duì)于氟橡膠耐油、耐化學(xué)品性能的影響也相對(duì)小一些。即使連續(xù)在204或者間歇在260烘箱內(nèi)老化后氟橡膠還會(huì)保持一定的彈性。高溫下的使用條件通常為232×3000h、260×100h、28

2、8×240h、316×48h。   (2)在動(dòng)態(tài)條件下使用氟橡膠一般溫度可低至-18到-23，但是特定的膠料在靜態(tài)下使用溫度可低至-54。已有實(shí)驗(yàn)證明Viton氟橡膠在接近絕對(duì)零度的條件下作為靜密封制品來使用時(shí)，其性能還是令人滿意的。   (3)在所有工業(yè)化的彈性體當(dāng)中，氟橡膠耐液體和化學(xué)介質(zhì)的性能比任何非氟彈性體都好，它具有優(yōu)異的耐油、耐航空燃油、耐潤(rùn)滑劑、耐大多數(shù)礦物油的能力。氟橡膠對(duì)于大多數(shù)的物質(zhì)都具有很低的滲透性，在低抗氧化汽車燃油滲透方面也有出色的表現(xiàn)。脂肪族和芳香族的烴類是一般彈性體的溶劑，但Viton橡膠對(duì)它們卻有很好的

3、耐久性。   (4)即使在高溫條件下，Viton橡膠仍具有優(yōu)越的壓縮永久變形性能。   (5)優(yōu)異的耐大氣、光、氧化老化的性能，良好的耐霉菌、耐真菌性能，在低壓低頻下使用時(shí)具有良好的電性能，比非氟彈性體具有更好的固有的阻燃性能。   1 Viton氟彈性體的型號(hào)和種類   Viton氟彈性體主要有三種型號(hào)，即A、B、F型。VitonA型是偏氟乙烯(VF2)和六氟丙烯(HFP)共聚物；VitonB、F型是偏氟乙烯(VF2)、四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)的共聚物。A、B、F型氟彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是不同的，不同的

4、單體共聚比決定了最終聚合物氟含量的不同，進(jìn)而導(dǎo)致它們對(duì)液體和化學(xué)介質(zhì)的耐久性也各不相同。一般情況下通用類型氟彈性體對(duì)于大多數(shù)的礦物酸、堿、芳香烴類都具有良好的耐久性。氟含量越高，體積溶脹就越小。對(duì)于通用類型和特種類型氟彈性體的一個(gè)最重要的差別就是在對(duì)于小分子含氧溶劑抵抗能力上的不同。   如上所述，隨著氟含量的提高，耐介質(zhì)性能相應(yīng)提高。表1中的數(shù)據(jù)就很清楚地說明了這一點(diǎn)。但是隨著氟含量的提高，聚合物低溫曲撓性也隨之下降，因此最終的硫化膠必須在低溫性能和耐介質(zhì)性能兩者之間均衡處理。為了滿足既需要有良好耐介質(zhì)性能又需要有良好的低溫性能的要求，開發(fā)了一種新的含氟化乙烯醚單體的聚合

5、物。與一般類型的氟彈性體相比，它具有更好的低溫曲撓性能。1976年生產(chǎn)的VitonGLT是第一個(gè)含氟化乙烯醚單體的工業(yè)化的氟彈性體。這種聚合物在耐熱、耐介質(zhì)方面具有與VitonA一樣的優(yōu)越性能；VitonGELT與VitonGLT相似，具有良好的低溫柔軟性，在耐液體介質(zhì)方面與其他的F型一樣優(yōu)異。   表1 氟含量對(duì)耐介質(zhì)和低溫性能的影響     普通類型 特殊類型      A B F B70 GLT GFLT ETP    氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)，% 66 68 7

6、0 66 64 67 67  體積變化率，%，23×168h  燃油C 4 3 2 5 5 2 4  甲醇 90 40 5 90 90 5 5  甲乙酮 >200 >200 >200 >200 >200 >200 19  30%KOH 試樣損壞 14  低溫回縮  TR-10，* -17 -13 -6 -19 -30 -24 -12     注：硫化膠硬度75度，30份N

7、990炭黑填充   通常含偏氟乙烯的氟彈性體會(huì)被高pH值的物質(zhì)破壞，包括腐蝕劑和一些胺類物質(zhì)。此外通用類型的氟橡膠對(duì)小分子羰基類(甲乙酮、丙酮、甲基叔丁基醚等)的耐久性不好。為了解決這個(gè)問題，特種Viton氟彈性體ETP-500和ETP-900在1998年就被工業(yè)化生產(chǎn)。它由乙烯、四氟乙烯(TFE)、全氟甲基乙烯基醚(PMVE)共聚而成。這種特殊的單體共聚物提供了一種極其優(yōu)異的耐介質(zhì)性能，與一般的氟彈性體不同的是它能夠抵抗小分子酯、酮、醛的侵蝕。由于這種材料本身具有極好的耐腐蝕性，所以在高腐蝕性的溶劑和胺類物質(zhì)中的體積溶脹和物性下降就較小。   2 Vi

8、ton氟彈性體的硫化體系   硫化膠最終物理機(jī)械性能的差異，除了與生膠類型有關(guān)外，配合劑的不同也會(huì)產(chǎn)生重要的影響，其中影響最大的就是交聯(lián)劑，或者說是硫化體系。   自1957年開始，首先用于Viton氟橡膠的硫化劑是胺類硫化劑(diak-1)，通常這類硫化劑的硫化速度較慢，且不能提供較好的壓縮永久變形。當(dāng)然也具有一些優(yōu)點(diǎn)，比如極好的高溫拉伸強(qiáng)度和與金屬骨架良好的粘合性能。現(xiàn)在絕大多數(shù)的氟彈性體都是采用雙酚AF來交聯(lián)的，它在1970年首先用在預(yù)配硫化劑的混煉膠-VitonE-60C中。采用這種硫化劑的膠料表現(xiàn)出了硫化速度快、焦燒安全性好及壓縮永久變形小的特

9、點(diǎn)。在1987年一種改進(jìn)的雙酚類的硫化劑開始在幾種不同的預(yù)混膠中使用，它們是：Viton A-201C、A-202C、A-401C、A-402C。這種改進(jìn)的硫化劑與用在VitonE-60和E-430中的雙酚硫化系統(tǒng)相比，具有硫化速度加快，脫模性能得到改善，壓縮永久變形性能也有輕微的提高等特點(diǎn)。自1993年起，又生產(chǎn)了一些含這種改進(jìn)硫化劑的預(yù)混膠：Viton A-331C、A-361C、B-201C、B-601C、B-651C。   在1976年隨著VitonGLT的投產(chǎn)，使用過氧化物硫化氟彈性體第一次變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。對(duì)于GLT和GFLT聚合物來說，采用胺類或雙酚類硫化體系都不能快

10、速硫化，但是采用過氧化物就可以快速硫化并賦予硫化膠良好的物理機(jī)械性能。在VitonGF、GBL-200、GBL-900中使用過氧化物硫化，能夠提高硫化膠耐汽車潤(rùn)滑油、耐水蒸汽、耐強(qiáng)酸的能力。對(duì)同一種聚合物使用過氧化物硫化體系和雙酚類硫化體系比較，在耐其他液體及化學(xué)介質(zhì)方面并沒有明顯的差異。   采用不同硫化體系的膠料在加工特性和物理機(jī)械性能方面的差異見表2。  表2 不同硫化體系的性能比較    加工特性及物性 胺類 雙酚類 過氧化物類    加工安全性(焦燒) P-F E

11、E  硫化速度 P-F E E  脫模性/模具污染性 P C-E F-G  金屬骨架粘合性 E G G  壓縮永久變形 P E G  耐水、耐水蒸汽、耐酸性 F G E  曲撓疲勞性能 G G G     等級(jí)：E-極好；G-好；F-尚好；P-很差   3 Viton氟彈性體的選用   Viton氟彈性體硫化后物性差別主要取決于生膠的種類、填充劑和硫化劑的種類、用量及生產(chǎn)過程中硫化溫度、時(shí)間。對(duì)于

12、不同種類的氟彈性來說，由于在共聚過程中單體的種類、比例是不同的，所以在耐介質(zhì)腐蝕性、壓縮永久變形、低溫曲撓性等方面自然也不相同。表3列出了這些方面的差異。   表3 不同類型的Viton產(chǎn)品的性能    種類 壓縮永久變形 耐介質(zhì)性能* 低溫曲撓性能    A 極好 好 較好  B 較好 較好 較好  F 較好 極好 好  BG，BGL 較好 較好 較好  GF 好 極好 好  GLT 較好 好

13、極好  GFLT 較好 極好 極好  ETP 好 極好 較好  表4 不同類型氟彈性體耐介質(zhì)性能的比較     雙酚類硫化 過氧化物硫化      A B F GB GF GLT GFLT ETP    汽油，航空燃油 極好 極好 極好 極好 極好 極好 極好 極好  汽車燃油(含甲醇、乙醇) NR 較好 極好 較好 極好 NR 極好 極好  發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油(SE-SF級(jí)) 較好

14、 極好 極好 極好 極好 極好 極好 極好  發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油(SC-SH級(jí)) 好 較好 較好 極好 極好 極好 極好 極好  脂肪族烴類流體 極好 極好 極好 極好 極好 極好 極好 極好  芳香族烴類流體 較好 較好 極好 極好 極好 較好 極好 極好  水蒸汽、礦物酸(H2SO4，  HNO3，HCl等) 好 較好 較好 極好 極好 極好 極好 極好  胺類，高pH值腐蝕劑(KOH，  NaOH等) NR NR NR NR NR NR NR NR

15、0; 小分子羰基(MTBE，甲乙酮，  甲基異丁基甲酮等) NR NR NR NR NR NR NR NR     NR-不推薦使用   對(duì)于密封制品來說，壓縮永久變形是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，如果將其當(dāng)作一個(gè)最主要的性能來考慮，那么VitonA型將是一個(gè)最好的選擇。在實(shí)際的使用中，如果對(duì)多種介質(zhì)的耐久性比壓縮永久形性能更重要的話，那么F型的Viton氟橡膠可能是比較理想的選擇。如果在最終的使用中耐介質(zhì)性能和低溫性能兩方面都很重要的話，那么GFLT型Viton氟橡膠將更加能夠勝任一些。   由

16、于不同的氟彈性體的結(jié)構(gòu)不同，所以硫化膠除了物性不同外，耐介質(zhì)的性能也是不同的。表4列出了不同類型的氟彈性體在不同的液體和化學(xué)介質(zhì)中的耐久性。盡管某些氟彈性體在一些性能上比其他的產(chǎn)品表現(xiàn)得好，但是在另外一些方面就要差一些。最終的選擇還是要根據(jù)制品對(duì)物理性能和耐介質(zhì)性能的實(shí)際需要來決定。結(jié)合表3和表4就可以根據(jù)最終的用途來選擇一個(gè)物性和耐介質(zhì)性能的最佳平衡點(diǎn)。   4 Viton系列產(chǎn)品的命名   隨著1993年6個(gè)新改進(jìn)的預(yù)混膠的投產(chǎn)，Viton氟彈性體起用了一種新的命名系統(tǒng)，這個(gè)新的命名規(guī)則在一個(gè)產(chǎn)品名稱中包含了以下的信息：門尼粘度大??；類型；預(yù)混膠中硫

17、化劑含量高低；能否用過氧化物硫化體系硫化；是生膠還是預(yù)混酚類硫化劑的預(yù)混膠等等。產(chǎn)品名稱中的每一個(gè)字符都有特定的含義。         Viton A-401C         字母代表Viton的種類A、B、F三種，前綴字母“G”在代表種類的字母前面，表示可以用過氧化物硫化。字母“L”表示比同類型的A、B、F彈性體在低溫曲撓性方面輕微的改善。字母“LT”表示在低溫性能方面有顯著的改善；   數(shù)字代表該產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)門尼粘度-ML(1+10)，121；

18、0;  數(shù)字代表預(yù)混膠中硫化劑的含量大小，分10級(jí)，10用0表示，0代表硫化劑含量最高(性能上提供最優(yōu)的壓變性能)。從9到2代表硫化劑含量逐漸減少(性能上撕裂強(qiáng)度，拉斷伸長(zhǎng)率提高)，1代表低硫化劑含量(最佳的撕裂，曲撓性能)；    數(shù)字代表某種類型的預(yù)混膠一些細(xì)小方面的改進(jìn)(例如：VitonA402C是在VitonA401C的基礎(chǔ)上添加了一種加工助劑)；   字母，沒有字母時(shí)代表該產(chǎn)品是生膠不含硫化劑(可能包含加工助劑)，字母“C”代表產(chǎn)品是預(yù)混膠，含有促進(jìn)劑和硫化劑。   5 Viton系列產(chǎn)品的性能及應(yīng)用 &

19、#160; 多種型號(hào)和規(guī)格的Viton氟彈性體提供了各種各樣的物理性能，以此來滿足不同用途上的需要。對(duì)于大多數(shù)同一型號(hào)的彈性體來說，也有不同的粘度系列的產(chǎn)品來滿足不同加工工藝的要求。   5.1 汽車工業(yè)方面   由于Viton產(chǎn)品具有優(yōu)異的耐熱性、耐介質(zhì)性能，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用到汽車工業(yè)中。主要應(yīng)用在以下幾個(gè)系統(tǒng)：動(dòng)力系統(tǒng)中的曲軸密封、閥桿密封、變速器用密封；燃油系統(tǒng)中的燃油軟管、油箱中的燃油軟管和管道、泵密封件、隔膜、噴油器O型圈、加速泵皮碗、過濾器罩和密封件、化油器噴嘴等。   5.2 電器方面   除了耐熱和

20、耐介質(zhì)性能外，還具有良好的物理機(jī)械性能，因此Viton產(chǎn)品用于電器中是自然的。下面是一些主要的例子：(1)在一個(gè)自動(dòng)干洗設(shè)備上面有107多個(gè)組件是采用Viton彈性體制造的。包括密封門、連接器套管、軸密封件、O形圈、各類靜態(tài)墊片等。使用環(huán)境是在88、全氯乙烯的濃煙的氛圍下工作，對(duì)于其他的彈性體來說將會(huì)很快的損壞；(2)在一個(gè)與液體介質(zhì)接觸的自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)器中使用的氣動(dòng)或電動(dòng)感應(yīng)膜片。采用Viton產(chǎn)品設(shè)計(jì)后獲得了應(yīng)用上的成功，主要是因?yàn)閂iton橡膠與使用的黃銅部件有良好的粘結(jié)性能；液體介質(zhì)不能滲透、不能溶脹老化膜片，能夠承受149-204的高溫，良好的機(jī)械強(qiáng)度對(duì)反復(fù)的曲撓也提供了保障。

21、0;  5.3 化學(xué)工業(yè)方面   Viton產(chǎn)品在化工設(shè)備的密封件中的應(yīng)用是非常普遍的。此外在化工工業(yè)也有一些其他的應(yīng)用：(1)在一個(gè)接觸到80多種溶劑、油類、化學(xué)品的泵工作站中，Viton產(chǎn)品用來制造管道系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式和伸縮式接頭，當(dāng)這些連接件使用2年后，看起來仍然同新的一樣；(2)在很多設(shè)備上采用Viton產(chǎn)品制造的閥件用來解決耐熱、耐腐蝕的問題；(3)在傳送非常活潑的化學(xué)介質(zhì)的泵中都采用Viton產(chǎn)品制造的隔膜；(4)每天都在使用的運(yùn)輸溶劑和石化產(chǎn)品油罐車上的橡膠軟管；(5)耐熱、耐腐蝕的膠輥；(6)在造紙漂白車間使用的玻璃體電子真空管的法蘭墊片；(7)用發(fā)泡

22、的Viton產(chǎn)品替代密封填料制作的堵漏板材，包覆在熱溶劑罐外圍，每年可節(jié)省4000美元的維修費(fèi)用；(8)Viton產(chǎn)品的溶液作為一種多功能的材料，可噴涂在化工設(shè)備上用于防護(hù)。   5.4 工業(yè)方面   在許多工業(yè)領(lǐng)域，Viton產(chǎn)品都有可能取代一些普通的彈性體。例如：(1)汽油混合計(jì)量泵中的O形圈；(2)質(zhì)子加速器中高真空度密封件；(3)燃?xì)馀欧殴艿滥蜔?、耐腐蝕的連接頭；(4)各類高質(zhì)量要求工業(yè)器械中的管道和密封件；(5)在輕型導(dǎo)彈發(fā)射裝置上作為重要減震襯墊部件；(6)使用溶劑做清洗劑的設(shè)備上的傳動(dòng)輥；(7)在鋼鐵軋煉液壓設(shè)備中用作催化劑的固定填料環(huán)；(

23、8)浸入285焊料中酌夾具襯墊；(9)鋼鐵軋煉中使用的信號(hào)電纜的護(hù)套；(10)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的馬口鐵生產(chǎn)線的折液板；(11)在一個(gè)汽車制造商實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的O形密封圈。   5.5 其他方面   連續(xù)擠出海綿制品、剎車裝置涂覆料、耦合密封件、O形圈、融膜、墊片。   5.6 航天方面   在極其苛刻條件下的安全可靠性是對(duì)這一領(lǐng)域應(yīng)用材料的基本要求。根據(jù)航空飛行應(yīng)用上的報(bào)道，Viton O形圈能夠在-54到316的溫度范圍內(nèi)的使用。即使在這個(gè)溫度范圍的上限條件下，Viton產(chǎn)品也表現(xiàn)出了“長(zhǎng)期的、可靠的使用壽命”，高溫時(shí)可在短時(shí)間內(nèi)使用。Viton產(chǎn)品可承受溫度的周期性變化，這一情況在飛行器大