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SM骨架油封技术论坛 顾毅旭整理 2009/3/17

氟橡胶加工与应用

 

1.       前言

氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种高分子弹性体,所以它具有特别优异的性能。这里要讨论的是氟-26或氟-246(即维通型氟橡胶),它是偏氟乙烯、六氟丙烯的二元和三元(第三单体为四氟乙烯)共聚物。其用量占世界氟橡胶总消耗量的90%以上。氟橡胶自1956年由美国杜邦公司的试验装置投产后,1958年即建成1800/年规模生产装置以来,它的发展十分迅速,60年代中后期,年递增为20~30%70年代的增长率为10%,踏进80年代仍保持7~8%的增长速度,而且这种趋势一直保持下来。氟橡胶大量用于特殊密封制品的生产。据报道,美国50%的氟橡胶用于橡胶密封制品,日本的应用比例更大,高达80%

维通型(Viton)氟橡胶的高速发展,主要是他具有最好的综合性能,包括它具有较好的力学强度、热稳定性好,耐介质性能特别优异,而且加工生产工艺方便、成本较低,因此,它在氟弹性体中占有绝对优势的地位。已广泛用于航天、航空、交通、石油、机械、冶金、化工等工业部门,并在各个领域取得较好的经济效益呵社会效益。

2.       氟橡胶的主要性能

(1)       常态下的力学性能

    26型氟橡胶一般的配合强度10~20Mpa,伸长率150~300%,撕裂强度在20~40KN/m之间,但是它的弹性较差。

氟橡胶的摩擦系数(0.8),较丁腈橡胶的摩擦系数(0.9~1.5)小。

(2)       耐高温性能

氟橡胶和硅橡胶的耐高温性能,是目前现有橡胶中最好的。F26~41氟橡胶在200~250下可长期工作,在300也可短期工作,F246的耐热性能比F26好一点。

在耐老化方面,氟橡胶和硅橡胶优于其它品种的橡胶(见表1)。

1   各种橡胶的耐热老化性及极限温度:

氟橡胶          320

硅橡胶          320

丁腈橡胶        180

天然橡胶        130

*橡胶在该温度下,经过24~26小时老化后,拉伸强度大于等于7Mpa,伸长率大于等于100%的称为具有工作能力。

 

氟橡胶拉伸强度和硬度随温度升高而明显下降。拉伸强度和硬度的变化特点是:150以下,随温度升高而迅速降低,在150~260之间,随温度升高下降缓慢(见表2)。

2   氟橡胶在不同温度下的性能变化:

性能                 24             150               204

拉伸强度(Mpa     16                83                  42

伸长率               330%             120%               80%

硬度(邵氏A756563

(3)       耐腐蚀性能

    氟橡胶具有卓越的耐腐蚀性能。它对有机液体、不同燃料油和润滑油的稳定性优异。对大部分无机酸、碳氢化合物、苯和甲苯有良好的抗蚀性。仅仅不耐低分子的酯、醚、酮以及部分胺类化合物。

(4)       耐热水和过热蒸汽的性能

    橡胶对热水作用的稳定性,不仅取决于本体材料,而且决定于胶料的配合。对氟橡胶来说,过氧化物硫化的氟橡胶优于胺类和酚类硫化体系的胶料。应该说,氟橡胶的耐热水和过热蒸汽性能一般,它不如乙丙橡胶,在180*24H的过热水浸泡后体积变化不超过10%,物理性能没有太大的变化。

(5)       压缩永久变形性能

氟橡胶用于高温下的密封中,压缩变形是它的关键性能。维通型(Viton)氟橡胶所以得到极其广泛的应用,是与它的压缩变形的改进分不开的。美国杜邦公司从60~70年代致力于提高氟橡胶压缩变形的抗耐性,并取得显著的效果。表4是杜邦公司氟橡胶压缩变形的改进。

4

年度                  204X70H

1964                                                                              80

1968                                                                              60

1969                                                                              50

1970                                                                              30

1973                                                                              13

(6)       耐低温性能

氟橡胶的耐低温性能一般,它能保持弹性的极限温度为-15~-20。随着问题的降低,它的拉伸强度变大,在低温下显得强韧的。在测2MM厚的标准试样时,它的脆性温度在-30左右;厚度1.87MM时为-45;厚度0.63MM时为-53;厚度0.25MM时为-69。一般氟橡胶的使用可略低于脆性温度。如美国军用标准MIL-25879D中规定使用温度为-40~205。国外对氟橡胶在航空发动机中使用温度极限为-35

(7)       耐气候老化和耐臭氧性

VitonA自然存放10年之后的性能仍然是令人满意的。在臭氧浓度为0.01%的空气中,经45天作用没有明显龟裂。它的耐气候老化和耐臭氧性是令人满意的。

(8)       电性能

    氟橡胶的点绝缘性能不是太好,只适于低频低压下使用。温度对它的电性能影响很大,从24升到184时,其绝缘电阻下降35000倍。

(9)       气透性

    氟橡胶的气体溶解度比较大,其扩散速度比较小,总的气透性很小。在氟橡胶中,填料的加入,充填了橡胶内部的空隙,从而使硫化胶的气透性变小,这对于真空密封是很有利的,如配合适合中,氟橡胶可解决10~7Pa真空密封。

(10)   耐燃性

氟橡胶遇火能燃烧,离火即自熄。

3.       氟橡胶的配合技术

一个氟橡胶的配方,一般是由生胶、吸酸剂、硫化剂、促进剂、补强填充剂、加工助剂等组成。

(1)       生胶

国产氟橡胶和国外的氟橡胶的性能基本相同,只是加工性能有些差异,国产胶的加工性能较差,主要是门尼粘度较高,相应影响胶料加工流动性差。

国产氟橡胶26相当于美国杜邦公司的VitonA,氟橡胶246相当于VitonB,国外的氟橡胶生胶,有不少已加好了硫化剂,美国3M公司和日本大金公司供应的氟橡胶已经加好了硫化剂。

(2)       硫化剂

硫化是使氟橡胶产生一定程度的交联,使其具有良好的使用性能。

胺类化合物(1#3#硫化剂)硫化氟橡胶,可以解决一般产品的要求,采用2#硫化剂,可以解决胶浆的加工。

在密封制品中,为使其有较小的压缩变形值,应优选用酚类化合物作为硫化剂。如对苯二酚、双酚A,双酚AF等,并配用相应的促进剂,以适合高层次的性能要求。

在解决腐蚀介质的抗耐性上,建议采用过氧化物硫化氟橡胶。

(3)       吸酸剂

    吸酸剂也称为稳定剂。它是为了解决氟橡胶加工过程产生氟化氢对金属的腐蚀和污染,使硫化反应顺利进行。一般采用MgoCaoZnoPbo、二盐基亚磷酸铅,其用量一般在5~10份。它们的加入各有特点:Mgo耐热性好;Pbo耐酸性好;Cao压缩变形小,对消除气泡有利;Zno和二盐基亚磷酸铅,胶料流动性得到改善,耐水性好;       CaOH2压缩变形小,加入CaOH2和活性Mgo,在酚类硫化体系中,可得到低压缩变形的胶料。总之,要选择合适的吸酸剂,以满足实际性能的要求。

(4)       补强填充剂

    氟橡胶是一种自补强性能的橡胶。由于性能要求和用途的不同,需要通过补强、填充体系进行调节,使其功能和成本适应用户的需要,一般用量在10~30份之间。目前常用的补强填充剂大致上有热裂法炭黑(N-990)、喷雾炭黑、白炭黑、硫酸钙、硫酸钡、氧化钙、碳纤维等。

(5)       加工助剂

加工助剂是近年来氟橡胶加工的一大进步,它是在不影响胶料发挥的前提下,能改善氟橡胶的混炼工艺,防止焦烧,改进胶料的流动性和压出性能,并能在加工中防止粘辊、粘膜,起到外脱模剂的作用。

 

附:

通用的橡胶密封制品材料

通用的橡胶密封制品在国防、化工、煤炭、石油、冶金、交通运输和机械制造工业等方面的应用越来越广泛,已成为各种行业中的基础件和配件。

橡胶密封制品常用材料如下:

丁腈橡胶

丁腈橡胶具有优良的耐燃料油及芳香溶剂等性能,但不耐酮、酯和氯化氢等介质,因此耐油密封制品以及采用丁腈橡胶为主。

天然橡胶

天然橡胶与多数合成橡胶相比,具有良好的综合力学性、耐寒性、较高的回弹性及耐磨性。天然橡胶不耐矿物油,但在植物油呵醇类中较稳定。在以正丁醇与精制蓖麻油混合液体组成的制动液的液压制动系统中作为密封件的胶碗,胶圈均用天然橡胶制造,一般密封胶也常用天然橡胶制造。

氟橡胶

氟橡胶具有突出的耐热(200~250),耐油性能可用于制造汽缸套密封圈,胶碗和旋转唇形密封圈,能显著地提高使用时间。

硅橡胶

    硅橡胶具有突出的耐高低温,耐臭氧及耐气候老化性能,在-70~260℃的工作温度范围内能保持其特有的使用弹性及耐臭氧、耐气候等优点,适宜制作热机构中所需的密封垫,如强光源灯罩密封衬圈、阀垫等,由于硅橡胶不耐油,机械强度低,价格昂贵,因此不宜制作耐油密封制品。