氟橡膠的加工與應(yīng)用
維通型氟橡膠
氟-26或氟-246（即維通型氟橡膠），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**氟橡膠總消耗量的90%以上。
自1956年美國(guó)杜邦公司的氟橡膠試驗(yàn)裝置投產(chǎn)后，1958年即建成1800噸/年的規(guī)模生產(chǎn)裝置，其后它的發(fā)展十分迅速。六十年代中后期，年遞增率為20-30%，七十年代的增長(zhǎng)率為10%，八十年代仍保持7-8%的增長(zhǎng)速度，而且這種趨勢(shì)一直保持下來(lái)。
維通型氟橡膠的高速發(fā)展，主要因?yàn)樗哂袃?yōu)異的綜合性能，包括力學(xué)強(qiáng)度較高，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**優(yōu)勢(shì)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(mén)，并在各個(gè)領(lǐng)域取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
氟橡膠的主要性能
26型氟橡膠一般的配合強(qiáng)度為10-20Mpa；伸長(zhǎng)率為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)是0.8，比丁月青橡膠的摩擦系數(shù)（0.9-1.5）小。
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*好的。F26-41氟橡膠可在200－250℃下長(zhǎng)期工作，在300℃也可短期工作，F(xiàn)246的耐熱性能比F26更好一點(diǎn)。
氟橡膠的拉伸強(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，隨溫度升高緩慢下降。
耐腐蝕性能
氟橡膠具有**的耐腐蝕性能。它對(duì)有機(jī)液體、不同燃料油和潤(rùn)滑油的穩(wěn)定性優(yōu)異。對(duì)大部分無(wú)機(jī)酸、碳?xì)浠衔?、苯和甲苯有良好的抗蝕性。僅僅對(duì)低分子的酯、醚、酮以及部分胺類化合物無(wú)此性能。
耐熱水和過(guò)熱蒸汽的性能
橡膠對(duì)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(duì)氟橡膠來(lái)說(shuō)，過(guò)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(shuō)，氟橡膠的耐熱水和過(guò)熱蒸汽性能一般，不如乙丙橡膠，在180℃×24h的過(guò)熱水浸泡后體積變化不超過(guò)10%，物理性能沒(méi)有太大的變化。
壓縮長(zhǎng)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。維通型氟橡膠之所以得到極其廣泛的應(yīng)用，是與其壓縮變形的改進(jìn)分不開(kāi)的。美國(guó)杜邦公司從六七十年代開(kāi)始致力于提高氟橡膠壓縮變形的抗耐性，并取得顯著的效果。
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?溫度的降低，它的拉伸強(qiáng)度變大，在低溫下顯得強(qiáng)韌。在測(cè)2mm厚的標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)，它的脆性溫度在-30℃左右；厚度1.87mm時(shí)為-45℃；厚度0.63mm時(shí)為-53℃；厚度0.25mm時(shí)為-69℃。一般氟橡膠的使用溫度可略低于脆性溫度。如美國(guó)**標(biāo)準(zhǔn)MIL-25879D中規(guī)定使用溫度為-40－205℃。國(guó)外對(duì)氟橡膠在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中使用溫度極限為-35℃。
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(méi)有明顯龜裂。它的耐氣候老化和耐臭氧性是令人滿意的。
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(duì)它的電性能影響很大，從24℃升到184℃時(shí)，其絕緣電阻下降35000倍。
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(duì)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。
耐燃性
氟橡膠遇火能燃燒，離火即自熄。
氟橡膠配合的技術(shù)
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、加工助劑等組成的。
生膠
國(guó)產(chǎn)氟橡膠和國(guó)外的氟橡膠的性能基本相同，只是加工性能有些差異，國(guó)產(chǎn)膠的加工性能較差，主要是門(mén)尼粘度較高，相應(yīng)影響膠料加工流動(dòng)性。
國(guó)產(chǎn)氟橡膠26相當(dāng)于美國(guó)杜邦公司的VitonA，氟橡膠246則相當(dāng)于VitonB。國(guó)外的氟橡膠生膠，有不少已加入了硫化劑，如美國(guó)3M公司和日本大金公司供應(yīng)的氟橡膠。
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。氟橡膠硫化可以釆用親核試劑的離子加成機(jī)理進(jìn)行，也可以采用過(guò)氧化物或射線以自由基機(jī)理進(jìn)行。
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(duì)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，建議釆用過(guò)氧化物硫化氟橡膠。
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(guò)程產(chǎn)生氟化氫對(duì)金屬的腐蝕和污染，使硫化反應(yīng)順利進(jìn)行，包括Ca(OH)2、MgO、CaO、ZnO、PbO、二鹽基亞磷酸鉛等，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壓縮變形小，對(duì)消除氣泡有利；ZnO和二鹽基亞磷酸鉛令膠料流動(dòng)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。
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(guò)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(dòng)性好，加工硫化復(fù)雜形狀產(chǎn)品之后，其外觀比N-990和噴霧碳黑較佳，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(dòng)橡膠件的使用。應(yīng)該指明的是加入炭纖維的成本高，而伸長(zhǎng)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，配用不同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(shí)，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。
加工助劑
加工助劑是近年來(lái)氟橡膠加工的一大進(jìn)步，它在不影響膠料發(fā)揮的前提下，改善氟橡膠的混煉工藝，防止焦燒，改進(jìn)膠料的流動(dòng)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(guò)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。它的加入量為1-2份。
氟橡膠的應(yīng)用
氟橡膠具有優(yōu)異的綜合性能，應(yīng)用範(fàn)圍廣泛。
高溫密封
深井溫度計(jì)是油田接觸高溫超高壓的測(cè)試手段，它要求滿足在200℃、50MPa的條件下工作。
經(jīng)過(guò)對(duì)氟橡膠硫化體系的篩選和選用合適的配方，生產(chǎn)的制品不僅可以滿足200℃和50MPa的密封使用要求，而且可以制成在180℃、
140MPa和250℃、100Mpa條件下使用的密封圈。
在內(nèi)燃機(jī)車(chē)汽缸套中使用氟橡膠O形圈，其工作溫度在180－204℃之間（每臺(tái)機(jī)車(chē)汽缸套O形圈共32種），經(jīng)過(guò)10000小時(shí)的長(zhǎng)期考核之后，仍能保持良好的密封狀態(tài)。拆檢后，其O形圈的壓縮變形很小。
高溫高壓閥門(mén)密封圈也需要使用氟橡膠材料，并且在高溫低壓閥門(mén)的密封上也有使用。
真空儀器、設(shè)備的應(yīng)用
氟橡膠在各個(gè)橡膠中具有較低的氣透性。加入補(bǔ)強(qiáng)填充劑之后，填補(bǔ)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，是真空密封的好材料。從幾種橡膠的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，氟橡膠的真空出氣率和真空失重都是*小的。
利用氟橡膠物的這一特性，可制成能夠在超高真空和高溫烘烤下工作的密封制品，用于電子能譜儀、超高真空電子束區(qū)熔瀘爐、超高真空機(jī)電機(jī)組和渦輪泵等真空儀器設(shè)備上。在200-250℃的烘烤溫度下，無(wú)論是固定密封還是動(dòng)密封處的零件，均可達(dá)到10-7Pa的超高真空密封要求。
低溫密封的應(yīng)用
通常氟橡膠在-20℃左右就失去橡膠的高彈性，它在動(dòng)態(tài)下的使用溫度極限為-29℃，在-34℃就變硬發(fā)脆。所以，氟橡膠的低溫性能并不理想。但是，由于氟橡膠低溫下的韌性好，在低溫下還可以發(fā)揮作用。
為了解決氟橡膠在低溫下的應(yīng)用問(wèn)題，從1957年杜邦公司開(kāi)發(fā)氟橡膠以來(lái)，美國(guó)空軍一直致力于尋找-54－204℃工作的氟橡膠密封材料，以求解決高寒地區(qū)施工機(jī)械的密封問(wèn)題。另外，航空、航天技術(shù)裝備也需要耐寒性好的橡膠?；谝陨锨闆r，美國(guó)杜邦公司和3M公司進(jìn)行了大量研究。1978年投產(chǎn)的VitonGLT，其動(dòng)態(tài)使用*低溫度為-46℃；而VitonECD-487則可滿足航空密封劑-54℃的使用要求。
中科院化學(xué)研究所使用的KH-1熱釋電儀，要求在-150至+250℃的低真空下對(duì)高分子化合物進(jìn)行檢測(cè)。中國(guó)釆用了國(guó)產(chǎn)氟橡膠O形圈，解決了該儀器的高低溫密封要求，經(jīng)反復(fù)使用，性能可靠。
此外，在大型粒子加速器真空室的密封上釆用氟橡膠作為密封材料，其真空度達(dá)到10-5Pa，并成功地用于-253℃、7Mpa的氦容器的密封。
可以說(shuō)，對(duì)於靜態(tài)無(wú)沖擊條件下的密封，利用氟橡膠在低溫下的韌性，氟橡膠O形圈可以在-240℃下使用。
自五十年代開(kāi)發(fā)維通型氟橡膠以來(lái)，科研人員從未停止對(duì)其物理機(jī)械性能、加工性能等方面的研究，經(jīng)過(guò)40年的不斷努力，氟橡膠的加工與應(yīng)用已日趨完善，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。
