氟橡膠的性能及應用

1、Viton氟橡膠的性能及應用Viton氟橡膠是在1957年為了滿足航空工業(yè)對高性能密封要求的需要而發(fā)展起來的。從那時起，氟橡膠就迅速地應用到汽車工業(yè)、化學工業(yè)等其他的工業(yè)領域。經(jīng)過40多年的應用，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如下：   (1)Viton氟橡膠能夠在高溫下工作，此時提供的物理機械性能優(yōu)于大多數(shù)其他彈性體。溫度的升高對于氟橡膠耐油、耐化學品性能的影響也相對小一些。即使連續(xù)在204或者間歇在260烘箱內老化后氟橡膠還會保持一定的彈性。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。已有實驗證明Viton氟橡膠在接近絕對零度的條件下作為靜密封制品來使用時，其性能還是令人滿意的。   (3)在所有工業(yè)化的彈性體當中，氟橡膠耐液體和化學介質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、耐潤滑劑、耐大多數(shù)礦物油的能力。氟橡膠對于大多數(shù)的物質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氟彈性體的型號和種類   Viton氟彈性體主要有三種型號，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型氟彈性體結構設計上是不同的，不同的

4、單體共聚比決定了最終聚合物氟含量的不同，進而導致它們對液體和化學介質的耐久性也各不相同。一般情況下通用類型氟彈性體對于大多數(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。對于通用類型和特種類型氟彈性體的一個最重要的差別就是在對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，耐介質性能相應提高。表1中的數(shù)據(jù)就很清楚地說明了這一點。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性能兩者之間均衡處理。為了滿足既需要有良好耐介質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，在耐液體介質方面與其他的F型一樣優(yōu)異。   表1 氟含量對耐介質和低溫性能的影響     普通類型 特殊類型      A B F B70 GLT GFLT ETP    氟質量分數(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被高pH值的物質破壞，包括腐蝕劑和一些胺類物質。此外通用類型的氟橡膠對小分子羰基類(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   硫化膠最終物理機械性能的差異，除了與生膠類型有關外，配合劑的不同也會產(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。當然也具有一些優(yōu)點，比如極好的高溫拉伸強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來交聯(lián)的，它在1970年首先用在預配硫化劑的混煉膠-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。在1987年一種改進的雙酚類的硫化劑開始在幾種不同的預混膠中使用，它們是：Viton A-201C、A-202C、A-401C、A-402C。這種改進的硫化劑與用在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。自1993年起，又生產(chǎn)了一些含這種改進硫化劑的預混膠：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。對于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滑油、耐水蒸汽、耐強酸的能力。對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介質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：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、時間。對于

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)動機潤滑油(SE-SF級) 較好

14、 極好 極好 極好 極好 極好 極好 極好  發(fā)動機潤滑油(SC-SH級) 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   對于密封制品來說，壓縮永久變形是一項重要的指標，如果將其當作一個最主要的性能來考慮，那么VitonA型將是一個最好的選擇。在實際的使用中，如果對多種介質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構不同，所以硫化膠除了物性不同外，耐介質的性能也是不同的。表4列出了不同類型的氟彈性體在不同的液體和化學介質中的耐久性。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)制品對物理性能和耐介質性能的實際需要來決定。結合表3和表4就可以根據(jù)最終的用途來選擇一個物性和耐介質性能的最佳平衡點。   4 Viton系列產(chǎn)品的命名   隨著1993年6個新改進的預混膠的投產(chǎn)，Viton氟彈性體起用了一種新的命名系統(tǒng)，這個新的命名規(guī)則在一個產(chǎn)品名稱中包含了以下的信息：門尼粘度大?。活愋?；預混膠中硫

17、化劑含量高低；能否用過氧化物硫化體系硫化；是生膠還是預混酚類硫化劑的預混膠等等。產(chǎn)品名稱中的每一個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)品的標準門尼粘度-ML(1+10)，121；

18、0;  數(shù)字代表預混膠中硫化劑的含量大小，分10級，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(性能上撕裂強度，拉斷伸長率提高)，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混膠一些細小方面的改進(例如：VitonA402C是在VitonA401C的基礎上添加了一種加工助劑)；   字母，沒有字母時代表該產(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)品是預混膠，含有促進劑和硫化劑。   5 Viton系列產(chǎn)品的性能及應用 &

19、#160; 多種型號和規(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。對于大多數(shù)同一型號的彈性體來說，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、耐介質性能，其產(chǎn)品已廣泛應用到汽車工業(yè)中。主要應用在以下幾個系統(tǒng)：動力系統(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、耐介質性能外，還具有良好的物理機械性能，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)在一個自動干洗設備上面有107多個組件是采用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，對于其他的彈性體來說將會很快的損壞；(2)在一個與液體介質接觸的自動溫度調節(jié)器中使用的氣動或電動感應膜片。采用Viton產(chǎn)品設計后獲得了應用上的成功，主要是因為Viton橡膠與使用的黃銅部件有良好的粘結性能；液體介質不能滲透、不能溶脹老化膜片，能夠承受149-204的高溫，良好的機械強度對反復的曲撓也提供了保障。

21、0;  5.3 化學工業(yè)方面   Viton產(chǎn)品在化工設備的密封件中的應用是非常普遍的。此外在化工工業(yè)也有一些其他的應用：(1)在一個接觸到80多種溶劑、油類、化學品的泵工作站中，Viton產(chǎn)品用來制造管道系統(tǒng)的回轉式和伸縮式接頭，當這些連接件使用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?；顫姷幕瘜W介質的泵中都采用Viton產(chǎn)品制造的隔膜；(4)每天都在使用的運輸溶劑和石化產(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，可噴涂在化工設備上用于防護。   5.4 工業(yè)方面   在許多工業(yè)領域，Viton產(chǎn)品都有可能取代一些普通的彈性體。例如：(1)汽油混合計量泵中的O形圈；(2)質子加速器中高真空度密封件；(3)燃氣排放管道耐熱、耐腐蝕的連接頭；(4)各類高質量要求工業(yè)器械中的管道和密封件；(5)在輕型導彈發(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備上的傳動輥；(7)在鋼鐵軋煉液壓設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電纜的護套；(10)高速運轉的馬口鐵生產(chǎn)線的折液板；(11)在一個汽車制造商實驗室內的實驗設備上的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這一領域應用材料的基本要求。根據(jù)航空飛行應用上的報道，Viton O形圈能夠在-54到316的溫度范圍內的使用。即使在這個溫度范圍的上限條件下，Viton產(chǎn)品也表現(xiàn)出了“長期的、可靠的使用壽命”，高溫時可在短時間內使用。Viton產(chǎn)品可承受溫度的周期性變化，這一情況在飛行器大