Viton氟橡膠的性能和應(yīng)用

Viton氟橡膠的性能及應(yīng)用Viton氟橡膠是在1957年為了滿(mǎn)足航空工業(yè)對(duì)高性能密封規(guī)定的需要而發(fā)展起來(lái)的。從那時(shí)起，氟橡膠就快速地應(yīng)用到汽車(chē)工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等其它的工業(yè)領(lǐng)域。通過(guò)40數(shù)年的應(yīng)用，證明Viton氟橡膠在耐熱、耐腐蝕方面含有優(yōu)秀的性能。其硫化膠的某些重要特點(diǎn)以下：

(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)其它彈性體。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)小某些。即使持續(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。高溫下的使用條件普通為232℃×3000h、260℃×100h、288℃×240h、316℃×48h。

(2)在動(dòng)態(tài)條件下使用氟橡膠普通溫度可低至-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氟橡膠在靠近絕對(duì)零度的條件下作為靜密封制品來(lái)使用時(shí)，其性能還是令人滿(mǎn)意的。

(3)在全部工業(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，它含有優(yōu)秀的耐油、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)都含有很低的滲入性，在低抗氧化汽車(chē)燃油滲入方面也有杰出的體現(xiàn)。脂肪族和芳香族的烴類(lèi)是普通彈性體的溶劑，但Viton橡膠對(duì)它們卻有較好的耐久性。

(4)即使在高溫條件下，Viton橡膠仍含有優(yōu)越的壓縮永久變形性能。

(5)優(yōu)秀的耐大氣、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)含有良好的電性能，比非氟彈性體含有更加好的固有的阻燃性能。

1Viton氟彈性體的型號(hào)和種類(lèi)

Viton氟彈性體重要有三種型號(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型氟彈性體構(gòu)造設(shè)計(jì)上是不同的，不同的單體共聚比決定了最后聚合物氟含量的不同，進(jìn)而造成它們對(duì)液體和化學(xué)介質(zhì)的耐久性也各不相似。普通狀況下通用類(lèi)型氟彈性體對(duì)于大多數(shù)的礦物酸、堿、芳香烴類(lèi)都含有良好的耐久性。氟含量越高，體積溶脹就越小。對(duì)于通用類(lèi)型和特種類(lèi)型氟彈性體的一種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)性能對(duì)應(yīng)提高。表1中的數(shù)據(jù)就很清晰地闡明了這一點(diǎn)。但是隨著氟含量的提高，聚合物低溫曲撓性也隨之下降，因此最后的硫化膠必須在低溫性能和耐介質(zhì)性能兩者之間均衡解決。為了滿(mǎn)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規(guī)定，開(kāi)發(fā)了一種新的含氟化乙烯醚單體的聚合物。與普通類(lèi)型的氟彈性體相比，它含有更加好的低溫曲撓性能。1976年生產(chǎn)的VitonGLT是第一種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)方面含有與VitonA同樣的優(yōu)越性能；VitonGELT與VitonGLT相似，含有良好的低溫柔軟性，在耐液體介質(zhì)方面與其它的F型同樣優(yōu)秀。

表1氟含量對(duì)耐介質(zhì)和低溫性能的影響

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普通類(lèi)型特殊類(lèi)型

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ABFB70GLTGFLTETP

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氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%66687066646767

體積變化率，%，23℃×168h

燃油C4325524

甲醇90405909055

甲乙酮>200>200>200>200>200>20019

30%KOH試樣損壞14

低溫回縮

TR-10，℃*-17-13-6-19-30-24-12

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注：硫化膠硬度75度，30份N990炭黑填充

普通含偏氟乙烯的氟彈性體會(huì)被高pH值的物質(zhì)破壞，涉及腐蝕劑和某些胺類(lèi)物質(zhì)。另外通用類(lèi)型的氟橡膠對(duì)小分子羰基類(lèi)(甲乙酮、丙酮、甲基叔丁基醚等)的耐久性不好。為理解決這個(gè)問(wèn)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)秀的耐介質(zhì)性能，與普通的氟彈性體不同的是它能夠抵抗小分子酯、酮、醛的侵蝕。由于這種材料本身含有極好的耐腐蝕性，因此在高腐蝕性的溶劑和胺類(lèi)物質(zhì)中的體積溶脹和物性下降就較小。

2Viton氟彈性體的硫化體系

硫化膠最后物理機(jī)械性能的差別，除了與生膠類(lèi)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(shuō)是硫化體系。

自1957年開(kāi)始，首先用于Viton氟橡膠的硫化劑是胺類(lèi)硫化劑(diak-1)，普通這類(lèi)硫化劑的硫化速度較慢，且不能提供較好的壓縮永久變形。固然也含有某些優(yōu)點(diǎn)，例如極好的高溫拉伸強(qiáng)度和與金屬骨架良好的粘合性能?，F(xiàn)在絕大多數(shù)的氟彈性體都是采用雙酚AF來(lái)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體現(xiàn)出了硫化速度快、焦燒安全性好及壓縮永久變形小的特點(diǎn)。在1987年一種改善的雙酚類(lèi)的硫化劑開(kāi)始在幾個(gè)不同的預(yù)混膠中使用，它們是：VitonA-201C、A-202C、A-401C、A-402C。這種改善的硫化劑與用在VitonE-60和E-430中的雙酚硫化系統(tǒng)相比，含有硫化速度加緊，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)了某些含這種改善硫化劑的預(yù)混膠：VitonA-331C、A-361C、B-201C、B-601C、B-651C。

在1976年隨著VitonGLT的投產(chǎn)，使用過(guò)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(lái)說(shuō)，采用胺類(lèi)或雙酚類(lèi)硫化體系都不能快速硫化，但是采用過(guò)氧化物就能夠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(guò)氧化物硫化，能夠提高硫化膠耐汽車(chē)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(guò)氧化物硫化體系和雙酚類(lèi)硫化體系比較，在耐其它液體及化學(xué)介質(zhì)方面并沒(méi)有明顯的差別。

采用不同硫化體系的膠料在加工特性和物理機(jī)械性能方面的差別見(jiàn)表2。

表2不同硫化體系的性能比較

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加工特性及物性胺類(lèi)雙酚類(lèi)過(guò)氧化物類(lèi)

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加工安全性(焦燒)P-FEE

硫化速度P-FEE

脫模性/模具污染性PC-EF-G

金屬骨架粘合性EGG

壓縮永久變形PEG

耐水、耐水蒸汽、耐酸性FGE

曲撓疲勞性能GGG

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等級(jí)：E-極好；G-好；F-尚好；P-很差

3Viton氟彈性體的選用

Viton氟彈性體硫化后物性差別重要取決于生膠的種類(lèi)、填充劑和硫化劑的種類(lèi)、用量及生產(chǎn)過(guò)程中硫化溫度、時(shí)間。對(duì)于不同種類(lèi)的氟彈性來(lái)說(shuō)，由于在共聚過(guò)程中單體的種類(lèi)、比例是不同的，因此在耐介質(zhì)腐蝕性、壓縮永久變形、低溫曲撓性等方面自然也不相似。表3列出了這些方面的差別。

表3不同類(lèi)型的Viton產(chǎn)品的性能

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種類(lèi)壓縮永久變形耐介質(zhì)性能*低溫曲撓性能

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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較好好極好

GFLT較好極好極好

ETP好極好較好

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━表4不同類(lèi)型氟彈性體耐介質(zhì)性能的比較

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雙酚類(lèi)硫化過(guò)氧化物硫化

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ABFGBGFGLTGFLTETP

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汽油，航空燃油極好極好極好極好極好極好極好極好

汽車(chē)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(lèi)流體極好極好極好極好極好極好極好極好

芳香族烴類(lèi)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(lèi)，高pH值腐蝕劑(KOH，

NaOH等)NRNRNRNRNRNRNRNR

小分子羰基(MTBE，甲乙酮，

甲基異丁基甲酮等)NRNRNRNRNRNRNRNR

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NR-不推薦使用

對(duì)于密封制品來(lái)說(shuō)，壓縮永久變形是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，如果將其當(dāng)作一種最重要的性能來(lái)考慮，那么VitonA型將是一種最佳的選擇。在實(shí)際的使用中，如果對(duì)多個(gè)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氟橡膠可能是比較抱負(fù)的選擇。如果在最后的使用中耐介質(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某些。

由于不同的氟彈性體的構(gòu)造不同，因此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(lèi)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某些性能上比其它的產(chǎn)品體現(xiàn)得好，但是在另外某些方面就要差某些。最后的選擇還是要根據(jù)制品對(duì)物理性能和耐介質(zhì)性能的實(shí)際需要來(lái)決定。結(jié)合表3和表4就能夠根據(jù)最后的用途來(lái)選擇一種物性和耐介質(zhì)性能的最佳平衡點(diǎn)。

4Viton系列產(chǎn)品的命名

隨著1993年6個(gè)新改善的預(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)則在一種產(chǎn)品名稱(chēng)中包含了下列的信息：門(mén)尼粘度大小；類(lèi)型；預(yù)混膠中硫化劑含量高低；能否用過(guò)氧化物硫化體系硫化；是生膠還是預(yù)混酚類(lèi)硫化劑的預(yù)混膠等等。產(chǎn)品名稱(chēng)中的每一種字符都有特定的含義。

①③⑤

│││

VitonA-401C

││

②④

①字母代表Viton的種類(lèi)——A、B、F三種，前綴字母“G”在代表種類(lèi)的字母前面，表達(dá)能夠用過(guò)氧化物硫化。字母“L”表達(dá)比同類(lèi)型的A、B、F彈性體在低溫曲撓性方面輕微的改善。字母“LT”表達(dá)在低溫性能方面有明顯的改善；

②數(shù)字代表該產(chǎn)品的原則門(mén)尼粘度-ML(1+10)，121℃；

③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表達(dá)，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代表硫化劑含量逐步減少(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)；

④數(shù)字代表某種類(lèi)型的預(yù)混膠某些細(xì)小方面的改善(例如：VitonA402C是在VitonA401C的基礎(chǔ)上添加了一種加工助劑)；

⑤字母，沒(méi)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，含有增進(jìn)劑和硫化劑。

5Viton系列產(chǎn)品的性能及應(yīng)用

多個(gè)型號(hào)和規(guī)格的Viton氟彈性體提供了多個(gè)各樣的物理性能，以此來(lái)滿(mǎn)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(lái)說(shuō)，也有不同的粘度系列的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足不同加工工藝的規(guī)定。

5.1汽車(chē)工業(yè)方面

由于Viton產(chǎn)品含有優(yōu)秀的耐熱性、耐介質(zhì)性能，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用到汽車(chē)工業(yè)中。重要應(yīng)用在下列幾個(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、隔閡、噴油器O型圈、加速泵皮碗、過(guò)濾器罩和密封件、化油器噴嘴等。

5.2電器方面

除了耐熱和耐介質(zhì)性能外，還含有良好的物理機(jī)械性能，因此Viton產(chǎn)品用于電器中是自然的。下面是某些重要的例子：(1)在一種自動(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。涉及密封門(mén)、連接器套管、軸密封件、O形圈、各類(lèi)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)于其它的彈性體來(lái)說(shuō)將會(huì)很快的損壞；(2)在一種與液體介質(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，重要是由于Viton橡膠與使用的黃銅部件有良好的粘結(jié)性能；液體介質(zhì)不能滲入、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)重復(fù)的曲撓也提供了保障。

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。另外在化工工業(yè)也有某些其它的應(yīng)用：(1)在一種接觸到80多個(gè)溶劑、油類(lèi)、化學(xué)品的泵工作站中，Viton產(chǎn)品用來(lái)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(lái)仍然同新的同樣；(2)在諸多設(shè)備上采用Viton產(chǎn)品制造的閥件用來(lái)解決耐熱、耐腐蝕的問(wèn)題；(3)在傳送非?；顫姷幕瘜W(xué)介質(zhì)的泵中都采用Viton產(chǎn)品制造的隔閡；(4)每天都在使用的運(yùn)輸溶劑和石化產(chǎn)品油罐車(chē)上的橡膠軟管；(5)耐熱、耐腐蝕的膠輥；(6)在造紙漂白車(chē)間使用的玻璃體電子真空管的法蘭墊片；(7)用發(fā)泡的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效的材料，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)品都有可能取代某些普通的彈性體。例如：(1)汽油混累計(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(lèi)高質(zhì)量規(guī)定工業(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)；(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)在一種汽車(chē)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其它方面

持續(xù)擠出海綿制品、剎車(chē)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)用材料的基本規(guī)定。根據(jù)航空飛行應(yīng)用上的報(bào)道，VitonO形圈能夠在-54℃到316℃的溫度范疇內(nèi)的使用。即使在這個(gè)溫度范疇的上限條件下，Viton產(chǎn)品也體現(xiàn)出了“長(zhǎng)久的、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，這一狀況在飛行器大氣層中爬升和下降過(guò)程中會(huì)