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氟橡膠的加工性能
日期：2024-10-31 02:26
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摘要：
氟橡膠的加工性能
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**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*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**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*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),F246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)
204
23210000以上
3000
2601000
288240
3164 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 MPa16.83.42.0
伸長率 100%33012080
硬度 (邵氏A)756563
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**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)壓縮長久變形性能
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
196860
196950
197030
197313
(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**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。氟橡膠的加工性能
(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壓縮變形小;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。總之,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、Ws2
氟橡膠的加工性能