氟 橡 膠 的 加 工 與 應(yīng) 用

1. 前言 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(yàn)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)度10-20Mpa；伸長率150-300%；撕裂強(qiáng)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)（0.9~1.5）小。 （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200~250℃下可長期工作，在300℃也可短期工作（見表1），F(xiàn)246的耐熱性能比F26好一點(diǎn)。表1.氟橡膠的耐熱性試驗(yàn)溫度℃ 時間（小時）
204232 10000以上 3000
260 1000
288 240
316 4 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24~26小時老化后，拉伸強(qiáng)度≥7MPa；伸長率≥100%的稱為具有工作能力。氟橡膠拉伸強(qiáng)度和硬度隨溫度升高而明顯下降。拉伸強(qiáng)度和硬度的變化特點(diǎn)是：在150℃以下，隨溫度升高而迅速降低；在150～260℃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 24℃ 150℃ 204℃
拉伸強(qiáng)度 MPa 16.8 3.4 2.0
伸長率 100% 330 120 80
硬度 （邵氏Ａ） 75 65 63
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(jī)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(jī)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60～７0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℃×70h
1964 >80
1968 60
1969 50
1970 30
1973 13
（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(qiáng)度變大，在低溫下顯得強(qiáng)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-40~205℃。國外對氟橡膠在航空發(fā)動機(jī)中使用溫度極限為-35℃。 （7）耐氣候老化和耐臭氧性 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(kuò)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(bǔ)強(qiáng)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VitonA，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(jī)理進(jìn)行，也可以以過氧化物或射線以自由基機(jī)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。 在密封制品中，為使其有較小的壓縮變形值，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(OH)2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(diǎn)：MgO耐熱性好； PbO 耐酸性好；CaO壓縮變形??；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(OH)2壓縮變形小，加入Ca(OH)2和活性MgO，在酚類硫化體系中，可得到低壓縮變形的膠料?？傊?，要選擇合適的吸酸劑，以滿足實(shí)際性能的要求。 （4） 補(bǔ)強(qiáng)填充劑 氟橡膠是一種自補(bǔ)強(qiáng)性能的橡膠。由于性能要求和用途的不同，需要通過補(bǔ)強(qiáng)、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(bǔ)強(qiáng)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(yùn)動橡膠件的使用。應(yīng)該指明的是加入炭纖維的成本高，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. 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(diǎn)，它的加工性能較差，以下簡要敘述一下。 （1） 塑煉：生膠在輥距0.3~0.5mm的開煉機(jī)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(jī) 500克 143混煉機(jī) 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CHEMLOK5150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

注：大城縣京城密封件廠 供應(yīng)橡膠密封件 機(jī)械密封件 密封圈 油缸密封件 液壓密封件 氣缸密封件 煤礦用密封件 煤礦用單體液壓支柱密封件及立柱 千斤頂用密封件 氟膠密封件 硅膠密封件 聚胺脂鼓形圈 加布鼓形圈 車削密封件O型圈 氟膠O形圈 硅膠O型圈聚 氨酯密封件（鼓型圈 蕾型圈 山型圈 O型圈 Y型圈）三元乙丙O型圈耐油耐高溫用O形圈 加布蕾形圈 聚氨脂蕾形圈 山形圈 防塵圈 單體液壓支柱防塵堵蓋 Y形圈 活塞導(dǎo)向環(huán) 活柱導(dǎo)向環(huán) 防擠圈 卸載閥墊 單向閥墊 安全閥墊 連接鋼絲 三用閥配件活塞導(dǎo)向環(huán)、f4四氟擋圈、POM檔圈、皮碗防擠圈、底座防擠圈、防塵堵蓋等綜合采煤機(jī)等機(jī)械密封件