氟橡胶密封圈的主要性能和产品应用

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，它具有特别优异的性能，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%。中国氟橡胶在这一领域的应用比例也在不断提高。

维通型氟橡胶
氟-26或氟-246（即维通型氟橡胶），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。
自1956年美国杜邦公司的氟橡胶试验装置投产后，1958年即建成1800吨/年的规模生产装置，其后它的发展十分迅速。六十年代中后期，年递增率为20-30%，七十年代的增长率为10%，八十年代仍保持7-8%的增长速度，而且这种趋势一直保持下来。
维通型氟橡胶的高速发展，主要因为它具有优异的综合性能，包括力学强度较高，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绝对优势的地位，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。
氟橡胶的主要性能
26型氟橡胶一般的配合强度为10-20Mpa；伸长率为150-300%；撕裂强度在20-40KN/m之间，但是它的弹性较差。
氟橡胶的摩擦系数是0.8，比丁腈橡胶的摩擦系数（0.9-1.5）小。
耐高温性能
氟橡胶和硅橡胶的耐高温性能，是目前现有橡胶中最好的。F26-41氟橡胶可在200－250℃下长期工作，在300℃也可短期工作，F246的耐热性能比F26更好一点。
氟橡胶的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，随温度升高缓慢下降。
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。仅仅对低分子的酯、醚、酮以及部分胺类化合物无此性能。
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，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。
压缩永久变形性能
氟橡胶用于高温下的密封中，压缩变形是它的关键性能。维通型氟橡胶之所以得到极其广泛的应用，是与其压缩变形的改进分不开的。美国杜邦公司从六七十年代开始致力于提高氟橡胶压缩变形的抗耐性，并取得显着的效果。
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。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℃。
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。
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。
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。
耐燃性
氟橡胶遇火能燃烧，离火即自熄。
氟橡胶配合的技术
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、加工助剂等组成的。
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。
国产氟橡胶26相当于美国杜邦公司的VitonA，氟橡胶246则相当于VitonB。国外的氟橡胶生胶，有不少已加入了硫化剂，如美国3M公司和日本大金公司供应的氟橡胶。
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。氟橡胶硫化可以釆用亲核试剂的离子加成机理进行，也可以采用过氧化物或射线以自由基机理进行。
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，建议釆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，包括Ca(OH)2、MgO、CaO、ZnO、PbO、二盐基亚磷酸铅等，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和二盐基亚磷酸铅令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。
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，其外观比N-990和喷雾碳黑较佳，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，而伸长率低。
彩色氟橡胶制品可以使用白炭黑、钛白、氟化钙、碳酸钙等，配用不同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，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，它在不影响胶料发挥的前提下，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、Ws280、棕榈蜡、模特丽935P等新的加工助剂，为氟橡胶的加工和应用提供了新的手段。它的加入量为1-2份。
氟橡胶的应用
氟橡胶具有优异的综合性能，应用范围广泛。
1、高温密封
深井温度计是油田接触高温超高压的测试手段，它要求满足在200℃、50MPa的条件下工作。
经过对氟橡胶硫化体系的筛选和选用合适的配方，生产的制品不仅可以满足200℃和50MPa的密封使用要求，而且可以制成在180℃、
140MPa和250℃、100Mpa条件下使用的密封圈。
在内燃机车汽缸套中使用氟橡胶O形圈，其工作温度在180－204℃之间（每台机车汽缸套O形圈共32种），经过10000小时的长期考核之后，仍能保持良好的密封状态。拆检后，其O形圈的压缩变形很小。
高温高压阀门密封圈也需要使用氟橡胶材料，并且在高温低压阀门的密封上也有使用。
2、真空仪器、设备的应用
氟橡胶在各个橡胶中具有较低的气透性。加入补强填充剂之后，填补了高分子的一部分空隙，氟橡胶的间隙变小，气透性随之减小，是真空密封的好材料。从几种橡胶的对比中可以发现，氟橡胶的真空出气率和真空失重都是最小的。
利用氟橡胶物的这一特性，可制成能够在超高真空和高温烘烤下工作的密封制品，用于电子能谱仪、超高真空电子束区熔泸炉、超高真空机电机组和涡轮泵等真空仪器设备上。在200-250℃的烘烤温度下，无论是固定密封还是动密封处的零件，均可达到10-7Pa的超高真空密封要求。
3、低温密封的应用
通常氟橡胶在-20℃左右就失去橡胶的高弹性，它在动态下的使用温度极限为-29℃，在-34℃就变硬发脆。所以，氟橡胶的低温性能并不理想。但是，由于氟橡胶低温下的韧性好，在低温下还可以发挥作用。
为了解决氟橡胶在低温下的应用问题，从1957年杜邦公司开发氟橡胶以来，美国空军一直致力于寻找-54－204℃工作的氟橡胶密封材料，以求解决高寒地区施工机械的密封问题。另外，航空、航天技术装备也需要耐寒性好的橡胶。基于以上情况，美国杜邦公司和3M公司进行了大量研究。1978年投产的VitonGLT，其动态使用最低温度为-46℃；而VitonECD-487则可满足航空密封剂-54℃的使用要求。
中科院化学研究所使用的KH-1热释电仪，要求在-150至+250℃的低真空下对高分子化合物进行检测。中国釆用了国产氟橡胶O形圈，解决了该仪器的高低温密封要求，经反复使用，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胶作为密封材料，其真空度达到10-5Pa，并成功地用于-253℃、7Mpa的氦容器的密封。
可以说，对於静态无冲击条件下的密封，利用氟橡胶在低温下的韧性，氟橡胶O形圈可以在-240℃下使用。
自五十年代开发维通型氟橡胶以来，科研人员从未停止对其物理机械性能、加工性能等方面的研究，经过40年的不断努力，氟橡胶的加工与应用已日趋完善。
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