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氟橡胶的加工性能

氟橡胶的加工性能

 

      1. 前言
     氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种高分子弹性体,所以它具有特别优异的性能。这里要讨论的是氟-26或氟-246(即维通型氟橡胶),它是偏氟乙烯、六氟丙烯的二元和三元(第三单体为四氟乙烯)共聚物。其用量占世界氟橡胶总消耗量的90%以上。氟橡胶自1956年由美国杜邦公司的试验装置投产后,1958年即建成1800吨/年规模生产装置以来,它的发展十分迅速。60年代中后期,年递增为20%-30%,70年代的增长率为10%,踏进80年代仍保持7%-8%的增长速度,而且这种趋势一直保持下来。氟橡胶大量用于特殊密封制品的生产。据报道,美国50%的氟橡胶用于橡胶密封制品;日本的应用比例更大,高达80%。
     维通型氟橡胶的高速发展,主要是他具有*好的综合性能,包括它具有较好的力学强度、热稳定性好,耐介质性能特别优异,而且加工生产工艺方便、成本较低,因此,它在氟弹性体中占有优良优势的地位。已广泛用于航天、航空、交通、石油、机械、冶金、化工等工业部门,并在各个领域取得较好的经济效益和社会效益。
      2. 氟橡胶的主要性能
      (1)常态下的力学性能
     26型氟橡胶一般的配合强度10-20Mpa;伸长率150-300%;撕裂强度在20-40KN/m之间,但是它的弹性较差。
      氟橡胶的摩擦系数(0.8),较丁腈橡胶的摩擦系数(0.9~1.5)小。
      (2)耐高温性能
     氟橡胶和硅橡胶的耐高温性能,是目前现有橡胶中*好的。F26-41氟橡胶在200~250℃下可长期工作,在300℃也可短期工作(见表1),F246的耐热性能比F26好一点。

      表1.氟橡胶的耐热性
            试验温度℃时间(小时)
            204
            23210000以上
            3000
            2601000
            288240
            3164 8

      在耐老化方面,氟橡胶和硅橡胶优于其它品种的橡胶(见表2)
      表.2各种橡胶的耐热老化性*
            橡胶种类具有工作能力的极限温度℃
            氟 橡 胶320
            硅 橡 胶320
            丁腈橡胶180
            天然橡胶130

     *橡胶在该浓度下,经过24~26小时老化后,拉伸强度≥7MPa;伸长率≥100%的称为具有工作能力。
     氟橡胶拉伸强度和硬度随温度升高而明显下降。拉伸强度和硬度的变化特点是:在150℃以下,随温度升高而迅速降低;在150~260℃之间,随温度升高下降缓慢(见表3)。
      表3.氟橡胶在不同温度下的性能变化
            性能24℃150℃204℃
            拉伸强度 MPa16.83.42.0
            伸长率 100%33012080
            硬度 (邵氏A)756563

     基于以上情况,在高温条件下使用的氟橡胶密封件,应避免非装配应力的作用,以免造成高温下早期损坏。
      (3)耐腐蚀性能
     氟橡胶具有卓越的耐腐蚀性能。它对有机液体、不同燃料油和润滑油的稳定性优异。对大部分无机酸、碳氢化合物、苯和甲苯有良好的抗蚀性。仅仅不耐低分子的酯、醚、酮以及部分胺类化合物。
      (4)耐热水和过热蒸汽的性能
     橡胶对热水作用的稳定性,不仅取决于本体材料,而且决定于胶料的配合。对氟橡胶来说,过氧化物硫化的氟橡胶优于胺类和酚类硫化体系的胶料。应该说,氟橡胶的耐热水和过热蒸汽性能一般,它不如乙丙橡胶,在180℃×24h的过热水浸泡后体积变化不超过10%,物理性能没有太大的变化。
      (5)压缩长久变形性能
     氟橡胶用于高温下的密封中,压缩变形是它的关键性能。维通型氟橡胶所以得到极其广泛的应用,是与它的压缩变形的改进分不开的。美国杜邦公司从60~70年代致力于提高氟橡胶压缩变形的抗耐性,并取得显著的效果。表4是杜邦公司氟橡胶压缩变形的改进。
      表4. 杜邦公司氟橡胶压缩变形的改进
            年度204℃×70h
            1964>80
            196860
            196950
            197030
            197313

      (6)耐低温性能
     氟橡胶的耐低温性能一般,它能保持弹性的极限温度为-15~-20℃。随着温度的降低,它的拉伸强度变大,在低温下显得强韧的。在测2mm厚的标准试样时,它的脆性温度在-30℃左右;厚度1.87mm时为-45℃;厚度0.63mm时为-53℃;厚度0.25mm时为-69℃。一般氟橡胶的使用温度可略低于脆性温度。如美国军用标准MIL-25879D中规定使用温度为-40~205℃。国外对氟橡胶在航空发动机中使用温度极限为-35℃。
      (7)耐气候老化和耐臭氧性
     VitonA自然存放10年之后的性能仍然是令人满意的。在臭氧浓度为0.01%的空气中,经45天作用没有明显龟裂。它的耐气候老化和耐臭氧性是令人满意的。
      (8)电性能
     氟橡胶的电绝缘性能不是太好,只适于低频低压下使用。温度对它的电性能影响很大,从24℃升到184℃时,其绝缘电阻下降35000倍。
      (9)气透性
     氟橡胶的气体溶解度比较大,其扩散速度比较小,总的气透性很小。在氟橡胶中,填料的加入,充填了橡胶内部的空隙,从而使硫化胶的气透性变小,这对于真空密封是很有利的。如配合适中,氟橡胶可解决10-7Pa真空密封。
      (10)耐燃性
      氟橡胶遇火能燃烧,离火即自熄。
      3. 氟橡胶的配合技术
      一个氟橡胶的配方,一般是由生胶、吸酸剂、硫化剂、促进剂、补强填充剂、加工助剂等组成。
      (1) 生胶
     国产氟橡胶和国外的氟橡胶的性能基本相同,只是加工性能有些差异,国产胶的加工性能较差,主要是门尼粘度较高,相应影响胶料加工流动性差。
     国产氟橡胶26相当于美国杜邦公司的VitonA,氟橡胶246相当于VitonB,国外的氟橡胶生胶,有不少已加好了硫化剂,美国3M公司和日本大金公司供应的氟橡胶已经加好了硫化剂。氟橡胶的加工性能
      (2) 硫化剂
      硫化是使氟橡胶产生一定程度的交联,使其具有良好的使用性能。氟橡胶硫化可以采用亲核试
      剂的离子加成机理进行,也可以以过氧化物或射线以自由基机理进行。
     胺类化合物(1#、3#硫化剂)硫化氟橡胶,可以解决一般产品的要求;采用2#硫化剂,可以解决胶浆的加工。
     在密封制品中,为使其有较小的压缩变形值,应优先选用酚类化合物作为硫化剂。如对苯二酚、双酚A、双酚AF等,并配用相应的促进剂,以适合高层次的性能要求。
      在解决腐蚀介质的抗耐性上,建议采用过氧化物硫化氟橡胶。
      (3) 吸酸剂
     吸酸剂也称为稳定剂。它是为了解决氟橡胶加工过程产生氟化氢对金属的腐蚀和污染,使硫化反应顺利进行。Ca(OH)2等。一般采用
      MgO、CaO、ZnO、PbO、二盐基亚磷酸铅,其用量一般在5~10份。它们的加入各有特点:MgO耐热性好; PbO
     耐酸性好;CaO压缩变形小;对消除气泡有利;ZnO和二盐基亚磷酸铅,胶料流动性得到改善,耐水性好;Ca(OH)2压缩变形小,加入Ca(OH)2和活性MgO,在酚类硫化体系中,可得到低压缩变形的胶料。总之,要选择合适的吸酸剂,以满足实际性能的要求。
      (4) 补强填充剂
     氟橡胶是一种自补强性能的橡胶。由于性能要求和用途的不同,需要通过补强、填充体系进行调节,使其功能和成本适应用户的需要。一般用量在10-30份之间。目前常用的补强填充剂大致上有热裂法炭黑(N-990)、喷雾碳黑、白炭黑、硫酸钙、硫酸钡、氧化钙、炭纤维等。
     用加拿大进口的N990炭黑或喷雾碳黑,在黑色制品中均取得较好的加工工艺和相应的物理性能。
     加入20份炭纤维的氟橡胶,胶料流动性好,加工硫化复杂形状产品之后,其外观好于N-990和喷雾碳黑,表面光滑。由于炭纤维的胶料导热系数大,适合高速运动橡胶件的使用。应该指明的是加入炭纤维的成本高,其伸长率低。
     彩色氟橡胶制品可以使用白炭黑、钛白、氟化钙、碳酸钙等,并配用相应的颜料即可得到相应的胶料。但是,在加工压缩型密封制品时,在选用彩色原料时,要注意颜料与高温的合理匹配,还要控制胶料的压缩变形值,以使产品适应压缩下的工作需要。
      (5)加工助剂
     加工助剂是近年来氟橡胶加工的一大进步,它是在不影响胶料发挥的前提下,能改善氟橡胶的混炼工艺,防止焦烧,改进胶料的流动性和压出性能,并能在加工中防止粘辊、粘模,起到外脱模剂的作用。
      在氟橡胶的加工中,已出现过氟蜡、低分子聚乙烯、硬脂酸锌、Ws2
 

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