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氟橡膠 你選對(duì)了嗎

2021-12-04  來自: 西安方盛密封 瀏覽次數(shù):911

氟橡膠中含有氟原子,氟原子與碳原子組成的C-F鍵性能很高,同時(shí)氟原子有的吸附效應(yīng),有賴于這種特殊的分子結(jié)構(gòu),使得氟橡膠具有優(yōu)異的耐熱性、耐藥品性、耐溶劑性、耐氟化性、耐真空性、耐油性、耐老化等多種性能。氟橡膠早應(yīng)用于航空領(lǐng)域,但應(yīng)用廣泛的是在汽車領(lǐng)域,占應(yīng)用總量的60% ~ 70%因此,從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā),確保選擇合適的氟橡膠是十分重要的。

氟橡膠

分類[1-2]

FKM(美國)及FPM(歐洲)均為偏氟乙烯系氟橡膠的縮寫,只因地域不同而有所差異,1956年首先由杜邦公司生產(chǎn),商標(biāo)為VITON。因?yàn)槎虐畹闹冗^高,很多人認(rèn)為VITON就是FKM,但其實(shí)不然。氟橡膠的種類很多,性能也不盡相同。根據(jù)化學(xué)組成的不同,氟橡膠可大體上分為氟碳橡膠、氟硅橡膠、氟化磷腈橡膠。目前,比較常見的氟橡膠為以下幾類:

1)氟橡膠23,國內(nèi)俗稱1號(hào)膠,為偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物;

2)氟橡膠26,國內(nèi)俗稱2號(hào)膠,杜邦牌號(hào)VITON A,為偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物,綜合性能優(yōu)于氟橡膠23;

3)氟橡膠246,國內(nèi)俗稱3號(hào)膠,杜邦牌號(hào)VITON B,為偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯三元共聚物,氟含量高于氟橡膠26,耐溶劑性能較好;

4)氟橡膠TP,國內(nèi)俗稱四丙氟橡膠FEPM,旭硝子牌號(hào)Aflas,為四氟乙烯和碳?xì)浔┕簿畚?,耐水蒸氣和耐堿性能優(yōu)越;

5)偏氟醚橡膠,杜邦牌號(hào)VITON GLT,為偏氟乙烯、四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚、硫化點(diǎn)單體四元共聚物,低溫性能優(yōu)異;

6)全氟醚橡膠,簡(jiǎn)稱FFKM,杜邦牌號(hào)Kalrez,低溫性能優(yōu)異,氟含量高,耐溶劑性能優(yōu)異;

7)氟硅橡膠,低溫性能優(yōu)異,具有一定的耐溶劑性能。

氟橡膠

性能分析與對(duì)比


2.1 機(jī)理分析


氟元素是已知的化學(xué)元素中電負(fù)性的元素,C-F鍵能很高,如表1所示。氟原子半徑很小,相當(dāng)于C-C鍵長(zhǎng)的一半,這使得氟原子能緊密的排列在碳原子的周圍,形成了C-C鍵的保護(hù)屏障,這賦予了含氟高分子彈性體C-C鍵的化學(xué)惰性。

另外,由于氟原子的存在,在其強(qiáng)吸電子效應(yīng)和對(duì)C-C鍵屏蔽保護(hù)作用下,使C-C鍵的鍵長(zhǎng)縮短,鍵能增加。不僅如此,氟化了的碳原子與其他原子結(jié)合的鍵能也相應(yīng)的有所提高,從而提高了含氟高分子彈性體的耐熱性和耐腐蝕性,如表2。同時(shí),氟原子也使含氟化合物化學(xué)鍵的自由旋轉(zhuǎn)能大為增加,使氟碳彈性體分子的剛性增強(qiáng),柔性和耐低溫性能有所下降,如表3[3-4]。

鍵能對(duì)比

氟橡膠

氟化碳原子和非氟化碳原子與其他原子生成的化學(xué)鍵鍵能比較

氟橡膠

含氟化合物化學(xué)鍵的自由旋轉(zhuǎn)能

氟橡膠

2.2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比


通過大量的對(duì)比試驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)氟橡膠與其他類別相比,性能十分優(yōu)異(見圖1-4及表4[3-4]。它的氣體透過性較低,適用于高真空裝置、隔斷外界氣體的用途;力學(xué)性能較好,但常溫下彈性較差,其伸長(zhǎng)率一般為150%~300%,撕裂強(qiáng)度20~40KN/n,拉伸強(qiáng)度10~25MPa;耐高溫性能較好,氟橡膠26可在200~ 250℃范圍內(nèi)長(zhǎng)期工作,或在300℃下短期工作,但耐低溫性能一般,能保持彈性的極限溫度范圍為-15~20℃。

氟橡膠

1耐熱性與耐油性的對(duì)比

氟橡膠

2耐燃油性能對(duì)比

氟橡膠

3燃料透過性的對(duì)比

氟橡膠

壓縮變形量對(duì)比

氟橡膠

各類橡膠的耐溫曲線

常用橡膠的氣體透過系數(shù)(cm3 mm/24h m2 atm

氟橡膠

從氟橡膠的生產(chǎn)工藝來看,它的配方一般包括生膠、硫化劑(交聯(lián)劑)、催化劑、補(bǔ)強(qiáng)劑和助劑等幾個(gè)方面。在滿足所需交聯(lián)度的條件下,硫化劑應(yīng)盡量少用,雖然增加補(bǔ)強(qiáng)劑對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的提高和電性能有利,但用量也不宜過多,否則對(duì)耐熱性有很大影響。因此,生產(chǎn)工藝中氟含量、分子量、分子量分布、硫化劑濃度等系數(shù)的差異往往也是造成氟橡膠間特性差異的主要原因,如表5-9及圖6所示[5-6]。

含氟量與各特性間的關(guān)系

氟橡膠
氟橡膠

6氟含量與耐甲醇、耐的關(guān)系

硫化方法與特性間的關(guān)系

氟橡膠

分子量與特性間的關(guān)系

氟橡膠

分子量分布的影響

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硫化劑與硫化促進(jìn)劑與特性間的關(guān)系

氟橡膠
氟橡膠

四丙氟橡膠FEPM、全氟醚橡膠FFKM與偏氟乙烯系氟橡膠FKM[7-8]


3.1 FEPMFKM


FEPM與一般的FKM有很大區(qū)別,由于其不同的分子結(jié)構(gòu),它對(duì)堿、胺具有優(yōu)異的耐久性能。同時(shí)具有耐熱性以及電氣絕緣性,由于耐蒸汽性較好,所以可用于其他FKM無法使用的用途中。具有偏氟乙烯單體的FKM對(duì)堿的耐久性相對(duì)較弱,相反,對(duì)汽油性的耐久性和低溫柔軟性都較好,圖7FEPMFKM(二元系、三元系)的比較,我們由此也可以看出它們具有完全不同的特性,即使同屬于氟橡膠,所擅長(zhǎng)的領(lǐng)域也完全不同,因此,根據(jù)性能要求,需分開使用。

氟橡膠

A  FEPMFKM不同的分子結(jié)構(gòu)

氟橡膠

B  Aflas100系列)與FKM(二元系)的性能差異

7 FEPMFKM(二元系、三元系)的比較


3.2 FFKMFKM


FFKM主要由四氟乙烯、全基乙烯基醚為主要單體,并與少量帶硫化點(diǎn)的第三單體共聚而成。具有對(duì)高溫及化學(xué)藥品及其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),可抵抗1600多種化學(xué)品的腐蝕,其優(yōu)異性有助于保持密封的完整性和安全性。這種突出的實(shí)用價(jià)值使它在工業(yè)上具有各種各樣的特殊應(yīng)用。它的開發(fā)和應(yīng)用代表了氟橡膠發(fā)展的高點(diǎn)。圖8和表10FFKMFKM的比較,對(duì)比發(fā)現(xiàn)由于主鏈的四氟乙烯被氟化,性能發(fā)生了質(zhì)的飛越。圖9則是Kalrez常用牌號(hào)類型,可滿足各種苛刻工況的要求。

氟橡膠

A  KalrezFKM不同的分子結(jié)構(gòu)

氟橡膠

B  KalrezFKM分別浸泡在、等有機(jī)介質(zhì)中

16分鐘后FKM明顯溶脹)

8 FFKMFKM的比較

10 KalrezFKM不同介質(zhì)中的體積增加率

氟橡膠
氟橡膠

9各類苛刻工況下的Kalrez常用牌號(hào)

氟橡膠

展望

氟橡膠因其優(yōu)異的性能,已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用,很好地解決了苛刻條件下的密封問題。隨著人們對(duì)氟橡膠制造工藝的不斷改進(jìn)和應(yīng)用的深入研究,未來,這一綜合性能的密封材料勢(shì)必在更多的領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。

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