氟橡膠的加工與應(yīng)用

1、氟橡膠的加工與應(yīng)用日期:2008-4-11 作者:來源:【字體:大中小】【打印】【關(guān)閉】氟橡膠是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上含有氟原子的一種高分子彈性體,所以它具有特別優(yōu)異的性能。這里要討論的是氟-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。其用量占世界氟橡膠總消耗量的90%以上。氟橡膠自1956年由美國杜邦公司的試驗裝置投產(chǎn)后,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年代中后期,年遞增為20%-30%,70年代的增長率為10%,踏進(jìn)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。氟橡膠大量用于特殊密封制

2、品的生產(chǎn)。據(jù)報道,美國50%的氟橡膠用于橡膠密封制品;日本的應(yīng)用比例更大,高達(dá)80%。維通型氟橡膠的高速發(fā)展,主要是他具有最好的綜合性能,包括它具有較好的力學(xué)強度、熱穩(wěn)定性好,耐介質(zhì)性能特別優(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絕對優(yōu)勢的地位。已廣泛用于航天、航空、交通、石油、機械、冶金、化工等工業(yè)部門,并在各個領(lǐng)域取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。2. 氟橡膠的主要性能(1常態(tài)下的力學(xué)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。氟橡膠的摩擦系數(shù)(0.8,較丁腈橡膠的摩擦系數(shù)(0.91.5小。(

3、2耐高溫性能氟橡膠和硅橡膠的耐高溫性能,是目前現(xiàn)有橡膠中最好的。F26-41氟橡膠在200250下可長期工作,在300也可短期工作(見表1,F246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20423210000以上300026010002882403164 8在耐老化方面,氟橡膠和硅橡膠優(yōu)于其它品種的橡膠(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硅橡膠320丁腈橡膠180天然橡膠130*橡膠在該濃度下,經(jīng)過2426小時老化后,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

4、變化特點是:在150以下,隨溫度升高而迅速降低;在150260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24150204拉伸強度? MPa16.83.42.0伸長率100%33012080?硬度(邵氏A756563基于以上情況,在高溫條件下使用的氟橡膠密封件,應(yīng)避免非裝配應(yīng)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卓越的耐腐蝕性能。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?xì)浠衔?、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,不僅取決于本體材料,而且決

5、定于膠料的配合。對氟橡膠來說,過氧化物硫化的氟橡膠優(yōu)于胺類和酚類硫化體系的膠料。應(yīng)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的過熱水浸泡后體積變化不超過10%,物理性能沒有太大的變化。(5壓縮永久變形性能氟橡膠用于高溫下的密封中,壓縮變形是它的關(guān)鍵性能。維通型氟橡膠所以得到極其廣泛的應(yīng)用,是與它的壓縮變形的改進(jìn)分不開的。美國杜邦公司從6070年代致力于提高氟橡膠壓縮變形的抗耐性,并取得顯著的效果。表4是杜邦公司氟橡膠壓縮變形的改進(jìn)。表4. 杜邦公司氟橡膠壓縮變形的改進(jìn)年度204×70h1964>8019686019695019703019

6、7313? (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(biāo)準(zhǔn)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于脆性溫度。如美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-25879D中規(guī)定使用溫度為-40205。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V itonA自然存放10年之后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天作用沒有明顯龜裂。它的耐氣候老化和耐臭氧性是令人滿意

7、的。(8電性能氟橡膠的電絕緣性能不是太好,只適于低頻低壓下使用。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(nèi)部的空隙,從而使硫化膠的氣透性變小,這對于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(shù)一個氟橡膠的配方,一般是由生膠、吸酸劑、硫化劑、促進(jìn)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,只是加工性能有些差異,國產(chǎn)膠的加工性能較差,主要是門

8、尼粘度較高,相應(yīng)影響膠料加工流動性差。國產(chǎn)氟橡膠26相當(dāng)于美國杜邦公司的V itonA,氟橡膠246相當(dāng)于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(yīng)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(jìn)行,也可以以過氧化物或射線以自由基機理進(jìn)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。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。在密封制品中,為使其有較小的壓

9、縮變形值,應(yīng)優(yōu)先選用酚類化合物作為硫化劑。如對苯二酚、雙酚A、雙酚AF等,并配用相應(yīng)的促進(jìn)劑,以適合高層次的性能要求。在解決腐蝕介質(zhì)的抗耐性上,建議采用過氧化物硫化氟橡膠。(3吸酸劑吸酸劑也稱為穩(wěn)定劑。它是為了解決氟橡膠加工過程產(chǎn)生氟化氫對金屬的腐蝕和污染,使硫化反應(yīng)順利進(jìn)行。Ca(OH2等。一般采用MgO、CaO、ZnO、PbO、二鹽基亞磷酸鉛,其用量一般在5 10份。它們的加入各有特點:MgO耐熱性好;PbO 耐酸性好;CaO壓縮變形小;對消除氣泡有利;ZnO和二鹽基亞磷酸鉛,膠料流動性得到改善,耐水性好;Ca(OH2壓縮變形小,加入Ca(OH2和活性MgO,在酚類硫化體系中,可得到低壓縮

10、變形的膠料?？傊?要選擇合適的吸酸劑,以滿足實際性能的要求。(4補強填充劑氟橡膠是一種自補強性能的橡膠。由于性能要求和用途的不同,需要通過補強、填充體系進(jìn)行調(diào)節(jié),使其功能和成本適應(yīng)用戶的需要。一般用量在10-30份之間。目前常用的補強填充劑大致上有熱裂法炭黑(N-990、噴霧碳黑、白炭黑、硫酸鈣、硫酸鋇、氧化鈣、炭纖維等。用加拿大進(jìn)口的N990炭黑或噴霧碳黑,在黑色制品中均取得較好的加工工藝和相應(yīng)的物理性能。加入20份炭纖維的氟橡膠,膠料流動性好,加工硫化復(fù)雜形狀產(chǎn)品之后,其外觀好于N-990和噴霧碳黑,表面光滑。由于炭纖維的膠料導(dǎo)熱系數(shù)大,適合高速運動橡膠件的使用。應(yīng)該指明的是加入炭纖維的成

11、本高,其伸長率低。彩色氟橡膠制品可以使用白炭黑、鈦白、氟化鈣、碳酸鈣等,并配用相應(yīng)的顏料即可得到相應(yīng)的膠料。但是,在加工壓縮型密封制品時,在選用彩色原料時,要注意顏料與高溫的合理匹配,還要控制膠料的壓縮變形值,以使產(chǎn)品適應(yīng)壓縮下的工作需要。(5加工助劑加工助劑是近年來氟橡膠加工的一大進(jìn)步,它是在不影響膠料發(fā)揮的前提下,能改善氟橡膠的混煉工藝,防止焦燒,改進(jìn)膠料的流動性和壓出性能,并能在加工中防止粘輥、粘模,起到外脫模劑的作用。在氟橡膠的加工中,已出現(xiàn)過氟蠟、低分子聚乙烯、硬脂酸鋅、Ws280、棕櫚蠟、模特麗935P等新的加工助劑,為氟橡膠的加工和應(yīng)用提供了新的手段。它的加入量在1-2份。4.

12、氟橡膠的加工工藝氟橡膠的加工過程和使用設(shè)備、加工方法,和一般橡膠相同。由于它的結(jié)構(gòu)特點,它的加工性能較差,以下簡要敘述一下。(1塑煉:生膠在輥距0.30.5mm的開煉機薄通10次,包輥即可加入配合劑。(2混煉:容量:氟橡膠的容量比合成膠還要小。63混煉機500克143混煉機5000克輥溫:40-60加料順序:生膠吸酸劑加工助劑填充劑硫化促進(jìn)劑。配合劑加完,均勻、薄通打三角包、打卷、放下后片。(3硫化一段165-170×10min二段230×24h(要保證逐步加溫,到230后,恒溫記時。5. 氟橡膠于金屬粘合金屬件采用金屬噴砂或鹽酸浸泡,清洗干凈,建議采用CHEMLOK515

13、0或首立公司PC-22作為金屬粘合劑。(詳細(xì)操作可參考相應(yīng)公司的規(guī)定6. 國內(nèi)外氟橡膠的性能對比表5是國內(nèi)外氟橡膠的性能對比情況,可以看出,國產(chǎn)膠的試驗數(shù)據(jù)與美國杜邦、3M、日本大5.國內(nèi)外氟橡膠的性能對比性能鐵嶺3M公司1杜邦公司2大金公司3蘇聯(lián)5拉伸強度MPa9-209-198.9-17.217.214.27.0伸長率? %130-180100-500100-300250228225硬度(邵氏A65-9565-95707670-85撕裂強度KN/m18-35壓縮變形? %(B法3.5mm O型圈23×70h9-1613200×70h18-8010-3020-702026

14、200×24h70-100?【1】R、C、TVOL55No3【2】杜邦公司樣本VT210·1 編號81/06【3】大金公司樣本【5】-1144關(guān)于200×70h壓縮變形,因為我們是按照GB1683進(jìn)行測試,它的樣品是10×10的圓柱體,所得的數(shù)值要比環(huán)形式樣(3.5大。因此,我們的壓縮變形數(shù)值,還是比較好的。應(yīng)該說明的是:氟橡膠的壓縮變形是一個關(guān)鍵指標(biāo)。杜邦公司進(jìn)行大量工作,他們研究出來的低壓縮變形氟橡膠,在200×336h壓縮變形為19%。200×1000h時為37%。這樣的數(shù)據(jù),目前,我們是達(dá)不到的。1. 氟橡膠的應(yīng)用氟橡膠具有優(yōu)

15、異的綜合性能,它不僅有較好的力學(xué)性能,而且有很高的耐熱性,耐介質(zhì)性能特別突出。所以它的應(yīng)用范圍廣泛,現(xiàn)就氟橡膠的應(yīng)用作一簡要的敘述。(1高溫密封深井溫度計是油田接觸高溫超高壓的測試手段,它要求滿足在200、50MPa的條件下工作。我們經(jīng)過對氟橡膠硫化體系的篩選,找出了高溫保持硬度穩(wěn)定性的配方,以保證超高壓密封所需硬度的合理匹配。經(jīng)使用單位在200和50MPa的室內(nèi)模擬試驗,達(dá)到對方的密封要求。后來,石油部的有關(guān)工廠又研制180、140MPa和250、100MPa的密封圈,經(jīng)過我們的反復(fù)試驗,已解決了對方的問題。東風(fēng)4內(nèi)燃機車汽缸套使用的氟橡膠O形圈,其工作溫度在180204之間(每臺機車汽缸套

16、O形圈共32種,經(jīng)過10000小時的長期考核之后,仍保持良好的密封狀態(tài)。拆檢后,其O形圈的壓縮變形很小,用戶比較滿意。高溫高硬度氟橡膠圈的研制,青島黃島工程配套的高溫高壓閥門密封圈。是按照美國ACF公司的W-K-M閥門技術(shù)要求,其氟橡膠的硬度要求為94±30。我們采用國產(chǎn)氟橡膠和相應(yīng)的加工助劑,解決了高硬度的配合技術(shù),已通過工程的驗收,并且投入批量生產(chǎn)。高溫低壓閥門的密封:它是壓力在1.6MPa以下的大口徑(名義尺寸10003000鑄鐵閥門的密封,我們承擔(dān)耐腐蝕介質(zhì)、耐高溫閥門配套密封件的研制工作,側(cè)重解決大截面燕尾膠圈的生產(chǎn)工藝問題,為氟橡膠的應(yīng)用打通新的渠道。在鐵嶺閥門廠的配合下

17、,從1980年以來,每年都有50-60臺套生產(chǎn)要求,其應(yīng)用溫度大部分在200-250下工作,主要用于航空、冶金、電力、石油、化工及大型工礦企業(yè),已得到各方面的認(rèn)可。(2真空儀器、設(shè)備的應(yīng)用氟橡膠在各個橡膠中具有較低的氣透性。加入補強填充劑之后,填補了高分子的一部分空隙,氟橡膠的間隙變小,氣透性隨之減小。為了弄清氟橡膠的真空出氣率和真空失重,我們在中科院蘭州物理研究所的大;大力支持下,進(jìn)行了集中橡膠的對比試驗,表6和表7分別是真空出氣率和真空失重的數(shù)據(jù)。從幾種橡膠的對比中,橡膠的真空出氣率和真空失重都是最小的,所以,氟橡膠是真空密封的好材料.?表6 橡膠的真空出氣率(×10-4Pa&#

18、183;l/scm225?時間(分2030406090天然橡膠191614118.4氯丁橡膠13.210.78.86.2丁腈橡膠1714129.27.2共聚氯醇橡膠8063544233乙烯硅酸38312619.515.5氟酸26417.05.85.04.23.5氟酸2465.24.43.93.23.7表7. 橡膠的真空失重(%50.10-2 -10-3Pa時間(小時 151025191.954.713.21.23.6丁腈橡膠1.094.18共聚氯醇橡膠0.991.171.261.331.34乙烯硅酸0.360.450.460.500.50氟酸2641 0.220.300.320.380.39氟

19、酸 246 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20 ? 在超高真空和高溫烘烤下的密封，采用氟橡膠 26 低壓縮變形的膠料，試制不同規(guī)格 的 O 形圈，分別在中科院和機電工業(yè)部等有關(guān)單位裝配于電子能譜儀、超高真空電子束區(qū) 熔爐、超高真空機電機組和渦輪分子泵等真空儀器設(shè)備上，經(jīng)過調(diào)試和長時間的應(yīng)用考核， 在 200-250的烘烤溫度下，無論是固定密封，還是動密封處的零件，均達(dá)到 10-7Pa 超高真 空的密封要求。 在北京正負(fù)電子對撞機同步輻射實驗區(qū)的 EXAFS 光速線雙平晶單色儀法蘭密封采 用 我們研制的608×8 的氟橡膠 O 形圈，真空室的真空度達(dá)到 10-5Pa，滿足了工程的設(shè) 計要求。 北京有色金屬研究總院研制的太陽能電池非晶硅沉積裝置采用的氟橡膠圈，在 10-5Pa 的真空度下，運行一年多，密封情況良好。 三型分子束外延設(shè)備（MBE）是中科院沈陽科儀研制中心承接的國家"七五"攻關(guān)項 目，是我國表面科學(xué)研究的重要手段。該設(shè)備分子泵插板閥200 氟膠圈是 MBE 設(shè)備運行 一年，均保持 10-8Pa 的真空度 ，達(dá)到設(shè)計要求。 （3）低溫密封的應(yīng)用 通常氟橡膠在-20左右