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年美國杜邦公司的氟橡膠試驗(yàn)裝置投產(chǎn)後，1958年即建成1800噸/年的規(guī)模生產(chǎn)裝置，其後它的發(fā)展十分迅速。六十年代中後期，年遞增率為20-30%，七十年代的增長率為10%，八十年代仍保持7-8%的增長速度，而且這種趨勢(shì)一直保持下來。
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)性能特彆優(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，已廣泛用於航天、航空、交通、石油、機(jī)械、冶金、化工等工業(yè)部門，並在各個(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。
氟橡膠的摩擦係數(shù)是0.8，比丁月青橡膠的摩擦係數(shù)（0.9-1.5）小。
耐高溫性能
氟橡膠和矽橡膠的耐高溫性能，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、不同燃料油和潤滑油的穩(wěn)定性優(yōu)異。對(duì)大部分無機(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此性能。
耐熱水和過熱蒸汽的性能
橡膠對(duì)熱水作用的穩(wěn)定性，不僅取決於本體材料，而且決定於膠料的配合。對(duì)氟橡膠來說，過氧化物硫化的氟橡膠優(yōu)於胺類和酚類硫化體係的膠料。應(yīng)該說，氟橡膠的耐熱水和過熱蒸汽性能一般，不如乙丙橡膠，在180℃×24h的過熱水浸泡後體積變化不超過10%，物理性能冇有太大的變化。
壓縮長久變形性能
氟橡膠用於高溫下的密封中，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)分不開的。美國杜邦公司從六七十年代開始致力於提高氟橡膠壓縮變形的抗耐性，並取得顯著的效果。
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於脆性溫度。如美國**標(biāo)準(zhǔn)MIL-25879D中規(guī)定使用溫度為-40－205℃。國外對(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年之後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天作用冇有明顯龜裂。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，隻適於低頻低壓下使用。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)於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
國產(chǎn)氟橡膠和國外的氟橡膠的性能基本相同，隻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(dòng)性。
國產(chǎn)氟橡膠26相當(dāng)於美國杜邦公司的VitonA，氟橡膠246則相當(dāng)於VitonB。國外的氟橡膠生膠，有不少已加入了硫化劑，如美國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，也可以采用過氧化物或射線以自由基機(jī)理進(jìn)行。
在密封製品中，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，並配用相應(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程產(chǎn)生氟化氫對(duì)金屬的腐蝕和汙染，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，在酚類硫化體係中，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。由於性能要求和用途的不同，需要通過補(bǔ)強(qiáng)、填充體係進(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，在黑色製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，加工硫化複雜形狀產(chǎn)品之後，其外觀比N-990和噴霧碳黑較佳，表麵光滑。由於炭纖維的膠料導(dǎo)熱係數(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，而伸長率低。
彩色氟橡膠製品可以使用白炭黑、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，在加工壓縮型密封製品時(shí)，要注意顏料與高溫的合理匹配，還要控製膠料的壓縮變形值，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，並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)過對(duì)氟橡膠硫化體係的篩選和選用合適的配方，生產(chǎn)的製品不僅可以滿足200℃和50MPa的密封使用要求，而且可以製成在180℃、
140MPa和250℃、100Mpa條件下使用的密封圈。
在內(nèi)燃機(jī)車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)車汽缸套O形圈共32種），經(jīng)過10000小時(shí)的長期考核之後，仍能保持良好的密封狀態(tài)。拆檢後，其O形圈的壓縮變形很小。
高溫高壓閥門密封圈也需要使用氟橡膠材料，並且在高溫低壓閥門的密封上也有使用。
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)填充劑之後，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，可製成能夠在超高真空和高溫烘烤下工作的密封製品，用於電子能譜儀、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，氟橡膠的低溫性能並不理想。但是，由於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)用問題，從1957年杜邦公司開發(fā)氟橡膠以來，美國空軍一直致力於尋找-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)械的密封問題。另外，航空、航天技術(shù)裝備也需要耐寒性好的橡膠?；兑陨锨闆r，美國杜邦公司和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)。中國釆用了國產(chǎn)氟橡膠O形圈，解決了該儀器的高低溫密封要求，經(jīng)反複使用，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，並成功地用於-253℃、7Mpa的氦容器的密封。
可以說，對(duì)於靜態(tài)無衝擊條件下的密封，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。
自五十年代開發(fā)維通型氟橡膠以來，科研人員從未停止對(duì)其物理機(jī)械性能、加工性能等方麵的研究，經(jīng)過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。
