聚烯烃类氟橡胶的性能及应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)锦西化工研究院 作者:张亨

  氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种合成高分子弹性体。聚烯烃类氟橡胶包括氟橡胶-23、氟橡胶-26、氟橡胶-246、四丙氟橡胶、G 型系列氟橡胶等。氟橡胶具有耐高温、耐油及耐多种化学药品侵蚀的特性,是现代航空、导弹、火箭、宇宙航行等类端科学技术及其它工业领域不可缺少的材料。

  国际上,对含氟有机化合物的研究始于1886年,在氟元素分离成功以后,Swents 首先致力于含氟烯烃类化合物的合成,并取得成效,直到20世纪30 年代晚期仍局限于致冷剂方面的应用。第二次世界大战期间,军事工业部门迫切需要一种兼有低温柔软性、耐油性,适应温度范围为-65~170℃的橡胶,以取代丁腈橡胶。1948 年美国DuPont 公司试制的第一种氟橡胶为聚-2-氟代-1,3-丁二烯及其与苯乙烯、丙烯腈等的共聚体,其性能并不比氯丁橡胶、丁腈橡胶突出,价格昂贵,没有工业生产价值。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)调研后发现1958 年以后我国发展的聚烯烃类氟橡胶主要有氟橡胶-23、氟橡胶-26、氟橡胶-246、四丙氟橡胶等。

1、氟橡胶-23

  1.1、性能

  氟橡胶-23 亦称23 型氟橡胶,学名偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物,英文名fluororubber23。CAS登录号[9010-75-5],生胶为白色或琥珀色胶片,无毒、无嗅、难燃(自熄性)。分子量50~100 万,玻璃化温度约0℃,脆化点-20~-40℃,溶于低分子醛、酮、酯等有机溶剂中。氟橡胶具有突出的的耐氧化介质(如发烟硫酸、硝酸、过氧化氢等),良好的耐热性(长期使用温度200℃、短期250℃),满意的介电性能、物理机械性能(拉伸强度10.8~24.5MPa,拉断伸长率>500%,邵尔A 硬度50~80 度),还具有耐天候、耐臭氧、耐辐射、低吸水性等优良特性。

  上世纪50 年代,美国Kellogg 公司和陆军Quartermaster 公司合约,于1955 年研制成功氟橡胶-23,以Kel-f 商品名上市,此乃第一个商品化、性能优于当时其他各种弹性体的氟碳弹性体,Kellogg 公司后并入美国3M 公司。此后前苏联于1959 年,我国上海市有机氟材料研究所于1965年先后研制成功。

  1.2、应用

  氟橡胶-23 适宜制作各种耐热、耐介质、耐强氧化剂的胶管、隔膜、密封件、电线外皮、防腐衬里、胶布制品等。

  氟橡胶-23 为较早工业生产的氟橡胶品种,加工困难,价格昂贵,发展受到一定的限制。美国Kellogg 公司氟橡胶-23 的主要品种为Kel-f 5500和Kel-f 3700 。前苏联氟橡胶-23 的品种为СКФ-32。我国晨光化工研究院的氟橡胶主要品种为氟橡胶-2321 和氟橡胶-2311。国产氟橡胶-2321相当于美国的Kel-f 3700,两种单体的量的比为2:1;国产氟橡胶-2311 相当于美国的Kel-f5500,两种单体的量的比为1:1。前者的耐油性较后者好;后者的耐酸性,特别在耐发烟硝酸或耐化学药品性方面较前者优越。国产氟橡胶-2311 还有三个牌号:F2311D、F2311G 和F2311Q。F2311D 分子量低,加工性好。F2311Q 的加工性能更好。这两种胶适宜于压制软管、刮浆及制作形状较为复杂的制品。F2311G 分子量高,机械强度高,适宜于压制板材、垫圈等形状简单的制品,如输送浓或发烟硫酸、硝酸的泵上垫片。

2、氟橡胶-26

  2.1、性能

  氟橡胶-26 亦称26 型氟橡胶,学名偏氟乙烯-全氟丙烯共聚物,英文名fluororubber26。CAS 登录号[9011-17-0],生胶为白色或琥珀色胶片,无毒、无嗅、难燃(自熄性)。分子量几万到几十万,脆化点-40~-50℃,溶于低分子酮类和酯类。氟橡胶-26 具有优良的耐热性(长期使用温度250℃、短期300℃)、耐压缩性、机械强度(老化前≥12.0MPa,老化后≥10.0MPa,)和良好的耐介质性能。氟橡胶-26 耐有机溶剂、浓酸,在耐双酯类油、磷酸酯类方面稍差。其耐强氧化剂性能不如氟橡胶-23 和氟橡胶-246。由于胶的粘度不同,其性能略有不同。

  氟橡胶-26 于1958 年问世,是目前最常用的氟橡胶品种,其共聚比分别为4:1(国产氟橡胶26-41)、7:3(美国Viton A、A-35、A-HV、LM、

  C-10、LD-242、D-80、LD-925、E-60、E-60C 和Fluorel-2140 、Fluorel-2141 、Fluorel-KX-2146 、Fluorel-KX-2150 、Fluorel-KX -2151 、Fluorel-LCS-2160)和3:1(前苏联СКФ-26)。国产氟橡胶-26 按分子量高低有G、D 两个品种,后来以连续聚合法合成了分子量分布宽的新品种B 型。

  2.2、应用

  氟橡胶-26 主要应用于耐高温、耐油、耐介质等密封制品,如各种机械的液压系统、润滑系统、轴承及传动装置的管接头等密封件。其次用来制造各种胶管,如飞机输油管、热空气导管、高温高压和液体胶管等。高粘度胶高温强度高,压缩永久变形性能好,适合作模制品。中粘度胶加工性能好,适合作挤出或模压的复杂制品。宽分子量分布的胶如26D、K-60 具有优良的压缩永久变形性能。低粘度胶加工性好,可作高浓度溶液涂料,也可与高粘度胶并用改善加工性能。

3、氟橡胶-246

  3.1、性能

  氟橡胶-246 亦称246 型氟橡胶,学名偏氟乙烯- 四氟乙烯- 全氟丙烯共聚物, 英文名fluororubber246。CAS 登录号[25190-89-1],生胶为白色或琥珀色胶片,无毒、无嗅、难燃(自熄性)。分子量12 万左右,脆化点-45~-55℃,溶于低分子酮类和酯类。氟橡胶-246 具有突出的耐高温(最高工作温度比氟橡胶-26 高约20℃)和耐液体性(耐双酯类油、磷酸酯性能比氟橡胶-26 好),具有良好的化学稳定性(耐氢氧化钠和硝酸的侵蚀)及物理机械性能(拉伸强度15.7~17.6MPa,拉断伸长率310%~390%)。与氟橡胶-26 相似,由于胶的粘度不同,其性能略有差异。

  在氟橡胶-26 的基础上,1960 年开发出氟橡胶-246。其三种单体的比例(mol%):偏氟乙烯65~70;四氟乙烯14~20;六氟丙烯15~16。国产品种为氟橡胶-246G 和氟橡胶-246B;美国品种有Viton B、Viton B-5 和Viton B-910。氟橡胶-246G与美国Viton B 相当;国内改进品种为宽分子量分布的氟橡胶-246B,加工性能比氟橡胶-246G 好,可进行注压、压出。

  3.2、应用

  氟橡胶-246 主要用来制造耐高温、耐油、耐腐蚀的橡胶制品,如各种密封件、胶管、胶布等。其密封件可应用于发动机的静态或动态密封,石油深井设备的耐高温密封等。其胶管可输送各种燃油、润滑油或腐蚀性介质。

4、四丙氟橡胶

  4.1、性能

  四丙氟橡胶学名四氟乙烯-丙烯共聚弹性体,英文名tetrafluoroethylene-propylene rubber,tetrafluoroethylene-propylene copolymer ,CAS 登录号[27029-05-6],生胶为白色或琥珀色胶片,无毒、无嗅、难燃(自熄性)。具有优异的化学稳定性。对于无机酸、碱、各类漂白剂、过热水和蒸汽,尤其混有酸、碱等化学物质的蒸汽及磷酸酯类液压油等具有高度耐蚀性。可在230℃以下长期工作(分解温度>400℃),低温性稍差(静态-40~230℃,动态0~230℃)。四丙氟橡胶生胶可用过氧化二异丙苯-三异氰酸三烯丙酯硫化体系硫化,还具有其它氟橡胶无法比拟的加工工艺性能。

  日本旭硝子公司于1960 年开始研制四丙氟橡胶,20 世纪70 年代后期投产,共有三个橡胶品种:Aflas100、150 和200。Aflas 100 门尼度65、易挤出;Aflas 150 门尼粘度40,可作为加工助剂或胶粘剂;Aflas 200 为四氟乙烯、丙烯与偏氟乙烯三元共聚弹性体,耐油性与低温性均较好。国内四氟丙橡胶于1974 年由上海市有机氟材料研究所开始试制,1980 年进行技术鉴定投产,国产Sinoflas TP-1 、TP-2 相当于旭硝子公司的Aflas100、150。

  4.2、应用

  四丙氟橡胶具有优异的特性,适宜于模压加工,易于挤出成型,广泛应用于航天、航空、油田、汽车、电气、化工、食品、纺织等工业部门。其制品有各种耐酸、耐腐蚀、耐水蒸汽的胶管、密封件、“O”形圈、垫片、膜片等。

5、G型系列氟橡胶

  G 型系列氟橡胶是在氟橡胶-26 或氟橡胶-246的基础上,在其主链上引进少量可提供交联中心的含氟单体,采用有机过氧化物并必须配有共硫化剂三异氰酸三烯丙酯(TAIC)体系硫化的一种改进的新型氟橡胶。G 型系列氟橡胶含氟量达69%,与采用胺类硫化体系、双酚类硫化体系硫化的胶料比较,具有更优越的耐水、耐水蒸汽性、更佳的耐溶剂性、耐燃料油性和耐化学药品性。如在甲醇中的膨胀性为2%(25℃×7d),耐新型混合汽油(含有苯、醇)性能极佳。采用有机过氧化物体系硫化后,挥发性不溶副产物较少。

  G 型系列氟橡胶国外产品牌号有:Du Pont公司的Viton GH、Viton GF 、Viton GLT 、VTR-4590、FKM 5737,3M 公司的Fluorel 2460、Fluorel 2690,日本旭化成工业公司的Daiel G801、Daiel G901、Daiel G902。Viton GH 胶料压出后,在常压下进行热空气连续硫化不易产生气泡。Viton GLT 为偏氟乙烯、六氟丙烯及含有全氟甲基乙烯基醚的三元共聚物,改进了原来氟橡胶-26 的低温性能。G 型系列氟橡胶可经压出、模压、压延,制造航空、汽车、石油化工用密封零件。

6、结束语

  聚烯烃类氟橡胶品种多,制品性能好,具有耐高温、耐强腐蚀性等特点。经过几十年的改进,新型氟橡胶品种和配合助剂(硫化剂、共硫化剂)不断出现,改善了工艺性,使其在各种军品、民品中得到日益增多的应用。

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