氟橡胶

2020-07-23

氟橡胶
氟橡胶是分子结构中含有氟原子的合成橡胶,是一种耐高温、耐油、耐化学腐蚀的特种橡胶。

氟橡胶 - 正文
分子结构中含有氟原子的合成橡胶,是一种耐高温、耐油、耐化学腐蚀的特种橡胶。有许多品种,通常以共聚物中含氟单元的

氟原子数目来表示,例如:氟橡胶23是偏二氟乙烯同三氟氯乙烯的共聚物,氟橡胶246是偏二氟乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物

,氟橡胶26是偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物等。氟橡胶26是白色、无臭、无毒、不易燃的固体,其突出特性是耐高温、耐化学腐

蚀、耐油和抗氧化,可在250℃长期使用,300℃短期使用。其硫化胶抗张强度为7.0~17.5MPa,伸长率为150%~300%,耐候、耐

臭氧,电绝缘性能优良,透气性低于其他橡胶。氟橡胶23的耐强氧化性甚为突出。主要氟橡胶长期使用的最高温度分别是:氟醚橡胶

为 288℃,氟橡胶246为270℃,氟硅橡胶为232℃,氟橡胶23和四氟乙烯-丙烯橡胶为200℃,膦腈氟橡胶为177℃,亚硝基氟橡胶为

170℃。氟橡胶的主要缺点是耐低温性能较差,密度较大,价格较高。
沿革  20世纪50年代,美国、苏联为了满足火箭、导弹和航天事业发展的需要,陆续研制了一批氟橡胶,其中最重要的品种是美

国1958年工业生产的氟橡胶23和氟橡胶26,后者的产量占氟橡胶产量的80%以上。为改善加工性能、耐压缩永久变形性和耐蒸汽及

耐寒性,美国先后研制了20多种氟橡胶。与此同时,美国、日本又相继研制了硅氟橡胶、亚硝基氟橡胶、膦腈氟橡胶、氟醚橡胶和

四氟乙烯-丙烯橡胶等新品种。80年代初,世界氟橡胶年产量约3kt。上述氟橡胶中国均能少量试生产。
生产方法  氟橡胶26采用间歇或连续悬浮聚合工艺。以水为介质,过硫酸盐为引发剂、全氟羧酸盐为分散剂,氟代烯烃混合单

体在80~125℃、2.2~10.4MPa压力下共聚制得分散液,经凝聚、水洗、干燥得到白色橡胶。分子量由引发剂的浓度或加入链转移剂

(四氯化碳、十二烷基硫醇、丙二酸二乙酯)的量加以控制。
加工方法  氟橡胶可用橡胶加工厂的设备加工。将生胶放在开放式或密闭式炼胶机内塑炼,加入吸酸剂、填料和硫化剂(N,N

′-双亚肉桂基-1,6-己二胺、对氨基环己基甲烷氨基甲酸盐、氢醌、过氧化苯甲酰、双酚AF)一起混炼、模压或压出,然后硫

化得到氟橡胶制品。硫化条件随氟橡胶品种而异,如氟橡胶26的硫化条件是:一段硫化130~170℃,30min;二段硫化200℃,24h。
用途  氟橡胶在航空、航天、汽车、石油、石油化工、工业污染控制等方面是必不可少的特种合成橡胶,主要用于制造耐高温

、耐油、耐化学腐蚀的垫片,密封圈等密封件;其次,用于制造胶管、浸渍制品和防护用品等。
氟橡胶 - 类型
氟橡胶23,国内俗称1号胶,为偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物。
氟橡胶26,国内俗称2号胶,杜邦牌号VITON A,为偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物,综合性能优于1号胶。
氟橡胶246,国内俗称3号胶,杜邦牌号VITON B,为偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯三元共聚物,氟含量高于26胶,耐溶剂性能

好。
氟橡胶TP,国内俗称四丙胶,旭硝子牌号AFLAS,为四氟乙烯和碳氢丙烯共聚物,耐水蒸汽和耐碱性能优越。
偏氟醚橡胶,杜邦牌号VITON GLT,为偏氟乙烯、四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚、硫化点单体四元共聚物,低温性能优异。
全氟醚橡胶,杜邦牌号kalrez,低温性能优异,氟含量高,耐溶剂性能优异。
氟硅橡胶,低温性能优异,具有一定耐溶剂性能
氟橡胶生产供应商不止杜邦一家,在中国市场上,进口氟橡胶供应商还有美国3M,日本的大金和欧洲的Solvay。
我们自己国产的有3F、晨光、东岳等等。
氟橡胶主要应用于汽车和机动车行业,由于它的耐高温、耐油和耐介质性能优异,主要是做油封和O型圈。
氟橡胶 - 主要性能
化学稳定性佳
氟橡胶具有高度的化学稳定性,是目前所有弹性体中耐介质性能最好的一种。26型氟橡胶耐石油基油类、双酯类油、硅醚类油

、硅酸类油,耐无机酸,耐多数的有机、无机溶剂、药品等,仅不耐低分子的酮、醚、酯,不耐胺、氨、氢氟酸、氯磺酸、磷酸类

液压油。23型氟胶的介质性能与26型相似,且更有独特之处,它耐强氧化性的无机酸如发烟硝酸、浓硫酸性能比26型好,在室温下

98%的HNO3中浸渍27天它的体积膨胀仅为13%~15%。
耐高温性优异
氟橡胶的耐高温性能和硅橡胶一样,可以说是目前弹性体中最好的。26-41氟胶在250℃下可长期使用,300℃下短期使用;246

氟胶耐热比26-41还好。在300℃×100小时空气热老化后的26-41的物性与300℃×100小时热空气老化后246型的性能相当,其扯断伸

长率可保持在100%左右,硬度90~95度。246型在350℃热空气老化16小时之后保持良好弹性,在400℃热空气老化110分钟之后保持良

好弹性,在400℃热空气老化110分钟之后,含有喷雾炭黑、热裂法炭黑或碳纤维的胶料伸长率上升约1/2~1/3,强度下降1/2左右,

仍保持良好的弹性。23-11型氟胶可以在200℃下长期使用,250℃下短期使用。
耐老化性能好
氟橡胶具有极好的耐天候老化性能,耐臭氧性能。据报导,DuPont开发的VitonA在自然存放十年之后性能仍然令人满意,在臭

氧浓度为0.01%的空气中经45天作用没有明显龟裂。23型氟橡胶的耐天候老化、耐臭氧性能也极好。
真空性能极佳
26型氟橡胶具有极好的真空性能。246氟橡胶基本配方的硫化胶真空放气率仅为37×10-6乇升/秒.厘米2。246型氟橡胶已成功

应用在10-9乇的真空条件下。
机械性能优良
氟橡胶具有优良的物理机械性能。26型氟橡胶一般配合的强力在10~20MPa之间,扯断伸长率在150~350%之间,抗撕裂强度在

3~4KN/m之间。23型氟橡胶强力在15.0~25MPa之间,伸长率在200%~600%,抗撕裂强度在2~7MPa之间。一般地,氟橡胶在高温下的压

缩永久变形大,但是如果以相同条件比较,如从150℃下的同等时间的压缩永久变形来看,丁和氯丁橡胶均比26型氟胶要大,26型氟

橡胶在200℃×24小时下的压缩变形相当于丁橡胶在150℃×24小时的压缩变形。
电性能较好
23型氟橡胶的电性能较好,吸湿性比其他弹性体低,可作为较好的电绝缘材料。26型橡胶可在低频低压下使用。
透气性小
氟橡胶对气体的溶解度比较大,但扩散速度却比较小,所以总体表现出来的透气性也小。据报导,26型氟橡胶在30℃下对于氧

、氮、氦、二氧化碳气体的透气性和丁基橡胶、丁橡胶相当,比氯丁胶、天然橡胶要好。
低温性能不好
氟橡胶的低温性能不好,这是由于其本身的化学结构所致,如23-11型的Tg>0℃。实际使用的氟橡胶低温性能通常用脆性温度及

压缩耐寒系数来表示。胶料的配方以及产品的形状(如厚度)对脆性温度影响都比较大,如配方中填料量增加则脆性温度敏感地变

坏,制品的厚度增加,脆性混同度也敏感地变坏。
耐辐射性能较差
氟橡胶的耐辐射性能是弹性体中比较差的一种,26型橡胶辐射作用后表现为交联效应,23型氟橡胶则表现为裂解效应。246型氟

橡胶在空气中常温辐射在5×107仑的剂量下性能剧烈变化,在1×107仑条件下硬度增加1~3度,强度下降20%以下,伸长率下降30%

~50%,所以一般认为246型氟橡胶可以耐1×107仑,极限为5×107仑。
编辑本段
重点应用

  由于氟橡胶具有耐高温、耐油、耐高真空及耐酸碱、耐多种化学药品的特点,已应用于现代航空、导弹、火箭、宇宙航行、舰

艇、原子能等尖端技术及汽车、造船、化学、石油、电讯、仪器、机械等工业领域。
典型应用
氟橡胶密封件,用于发动机的密封时,可在200℃~250℃下长期工作,在300℃并下短期工作,其工作寿命可与发动机返修寿命

相同,达1000~5000飞行小时(时间5~10年);用于化学工业时,可密封无机酸(如140℃下的67%的硫酸、70℃的浓盐酸,并℃下

30%的硝酸),有机溶剂(如氯代烃、苯、高芳烃汽油)及其它有机物(如丁二烯、苯乙烯、丙烯、苯酚、275℃下的脂肪酸等);

用于深井采油时,可承受149℃和420个大气压的苛刻工作条件;用于过热蒸汽密封件时,可在160~170℃的蒸汽介质中长期工作。在

单晶硅的生产中,常用氟橡胶密封件以密封高温(300℃)下的特殊介质—三氯氢硅、四氯化硅、砷化镓、三氯化磷、三氯乙烯以及

120℃的盐酸等。
在高真空应用方面,当飞行高度在200~300Km时,气压为133×10-6 Pa(10-6mmHg),氯丁橡胶,丁橡胶、丁基橡胶均可应用;

当飞行高度超过643Km时,气压将下降为133×10-7Pa(10-7mmHg)以下,在这种高真空中只有氟橡胶能够应用。一般在高真空或超

高真空装置系统使用前,需经过高温烘烤处理,26型、246型氟橡胶能承受200℃~250℃高温老化,因此成为高真空设备及宇宙飞行

器中最主要的橡胶材料。
用氟橡胶制造的胶管适用于耐高温、耐油及耐特种介质场合,如用作飞机燃料油、液压油、合成双酯类油、高温热空气、热无

机及其它特种介质(如氯化烃及其它氯化物)的输送、导引等。用氟橡胶制成的电线电缆屈挠性好,且有良好的绝缘性。氟橡胶制

作的玻璃纤维胶布,能耐300℃的高温和耐化学腐蚀。芳纶布涂氟胶后,可以制作石油化工厂耐高温、耐酸碱类储罐间的连接伸缩管

(两端可有金属法兰连接),可承受高压力、高温度和介质腐蚀,并对两罐的变形伸缩起缓冲减震连接作用。尼龙布涂氟胶后制成

的胶布密封袋,作为炼油厂的内浮顶贮罐用软密封件,起到密封、减少油液面的挥发损失等作用。
23型、四丙型氟橡胶主要用作耐酸、耐特殊化学品的腐蚀性密封场合。羟基亚硝基氟橡胶主要用作防护制品和密封制品,以溶

液形式作为不燃性涂料,应用于防火电子元件及纯氧中工作的部件。其溶液和液体橡胶可用喷涂、浇注等方法制造许多制品,如宇

宙服、手套、管带、球等。也可用作玻璃、金属”濑性体、织物的胶粘剂,制造海绵及接触火箭推进剂(N2O4)的垫圈、“O”型圈

、胶囊、阀尹畴各类密封件等。
G型系列氟橡胶制作的密封件具有使用VitonA、B、E等氟橡胶无法达到的耐高温蒸汽性、耐甲醇汽油或含高芳香烃汽油的性能;

GLT型氟橡胶、氯化磷橡胶、全氟醚橡胶等更具有宽广的使用温度范围,低温柔软性、弹性密封性等。全氟醚橡胶还具有突出的耐介

质腐蚀性,在军工尖端技术中得到广泛应用。
用氟橡胶制成的密封剂—腻子,耐燃料油性能突出,可在200℃左右的油中使用,被用作飞机整体油箱的密封材料。用氟橡胶制

得的闭孔海绵,具有耐酸、耐油、宽广使用温度范围和良好的绝缘性,可用作火箭燃料、溶剂、液压油、润滑油及油膏的密封和火

箭、导弹的减震材料,耐温达204℃,浸渍氟胶乳液的石棉纤维布,可制成石棉胶板,用于耐高温、耐燃烧和耐化学腐蚀性的场合。
汽车工业
近年来,随着汽车工业飞速发展,汽车发动机室的温度增高,改性燃料和强腐蚀性发动机燃油的使用日益普遍,氟橡胶比以往

更为广泛地用于汽车的密封材料。
为了提高汽车发动机的功率,节约燃料,保证汽车行驶的安全性,新的燃料喷射系统出现。在此系统中,汽车从油箱流入发动

机,然后又返回油箱循环流动,汽油与氧混合会产生氢过氧化物。含有引氢过氧化物的汽油称为“酸性汽油”,它能使多种烃类橡

胶软化或硬化。而氟橡胶不会因接触酸性汽油而产生劣化变质。
世界各国每年都制订新的环境保护法规。汽车的总烃排出量受到日益严格的限制,汽车工业越来越难满足这方面的要求。在美

国,汽车必须经SHED(密封箱蒸发量测定)试验合格。氟橡胶对烃类的渗透有极优良的阻隔性(表1),在燃油胶管结构中覆以氟橡

胶层,即可减少烃的渗透量。
汽车燃料系统的制品,必须在-40℃~150℃的温度范围功能正常。但是氟橡胶随含氟量的增加耐低温性能劣化(玻璃化温度上升

),为了制造在-40℃下性能正常的制品,需要对耐寒性差的氟橡胶产品进行改进。如今,全氟醚橡胶已经开发上市,有效地改善了

氟橡胶的低温性能,但目前因价格问题还难以大量推广。
汽车行业都密切关注燃料的甲醇化,都急切地开展可能适应任何燃料的FFV(Flexible Fuel Vehicle)的研究,橡胶零件的FFV

化尤为迫切。甲醇与汽油混合时,氟橡胶的体积溶胀约为10%左右。但单就甲醇而言,由于氟含量不同,氟橡胶的体积溶胀差别就很

大。氟含量高时几乎不发生溶胀,但随着氟含量的降低,在低温区域下的溶胀就变大,尤其在氟含量为66%的情况下体积溶胀将显着

增大。这可认为是由于低温下氢键产生的甲醇结合体与氟含量为66%的聚合物的SP值接近所致。
从某种意义上讲,氟橡胶也是随时代的进步与发展而成长的产物。尽管这些材料价格较高,但以其优良的耐磨性、耐油性及其

可靠性等,具有较高的实用价值,因此,其用量在逐渐上升也不足为奇。氟化物的开发还有很大的潜力和可能性,期待今后能开发

出使用价值更高的氟聚合物。
全氟橡胶
由三个或更多氟橡胶单体聚合而成,单体上所有的氢原子的位置被氟原子取代。其具有杰出的抗高温硬化的性能,又兼具橡胶

的弹性和聚四氟乙烯的耐腐蚀性。在-20F-615F范围里,全氟醚 o形圈(密封件),拉长度和密封性都很好。无论是遇到温度、压

力、化学腐蚀或者上述所有的相关情况,的产品都能提供相应的解决难题的方案。全氟醚o形圈(密封件)能耐绝大多数化学品的腐

蚀,包括有机酸 、无机酸、碱、酮类、醇类、醛类和燃料。因此,全氟o形圈(密封件)能长期服役于大多数化学和石化流程中。

在其它橡胶会膨胀或失效的介质中。o形圈(密封件)不会膨胀或变得易碎,依然保持原有的品质。o形圈安装方便,比金属密封件

更能适应不正确的安装,不会造成磨损。它与聚四氟乙烯密封件也不一样,不会出现“冷流性”或者磨损轴。


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