Viton氟橡膠的性能和應(yīng)用

Viton氟橡膠的性能及應(yīng)用Viton氟橡膠是在1957年為了滿足航空工業(yè)對高性能密封規(guī)定的需要而發(fā)展起來的。從那時(shí)起，氟橡膠就快速地應(yīng)用到汽車工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等其它的工業(yè)領(lǐng)域。通過40數(shù)年的應(yīng)用，證明Viton氟橡膠在耐熱、耐腐蝕方面含有優(yōu)秀的性能。其硫化膠的某些重要特點(diǎn)以下：

(1)Viton氟橡膠能夠在高溫下工作，此時(shí)提供的物理機(jī)械性能優(yōu)于大多數(shù)其它彈性體。溫度的升高對于氟橡膠耐油、耐化學(xué)品性能的影響也相對小某些。即使持續(xù)在204℃或者間歇在260℃烘箱內(nèi)老化后氟橡膠還會保持一定的彈性。高溫下的使用條件普通為232℃×3000h、260℃×100h、288℃×240h、316℃×48h。

(2)在動態(tài)條件下使用氟橡膠普通溫度可低至-18到-23℃，但是特定的膠料在靜態(tài)下使用溫度可低至-54℃。已有實(shí)驗(yàn)證明Viton氟橡膠在靠近絕對零度的條件下作為靜密封制品來使用時(shí)，其性能還是令人滿意的。

(3)在全部工業(yè)化的彈性體當(dāng)中，氟橡膠耐液體和化學(xué)介質(zhì)的性能比任何非氟彈性體都好，它含有優(yōu)秀的耐油、耐航空燃油、耐潤滑劑、耐大多數(shù)礦物油的能力。氟橡膠對于大多數(shù)的物質(zhì)都含有很低的滲入性，在低抗氧化汽車燃油滲入方面也有杰出的體現(xiàn)。脂肪族和芳香族的烴類是普通彈性體的溶劑，但Viton橡膠對它們卻有較好的耐久性。

(4)即使在高溫條件下，Viton橡膠仍含有優(yōu)越的壓縮永久變形性能。

(5)優(yōu)秀的耐大氣、光、氧化老化的性能，良好的耐霉菌、耐真菌性能，在低壓低頻下使用時(shí)含有良好的電性能，比非氟彈性體含有更加好的固有的阻燃性能。

1Viton氟彈性體的型號和種類

Viton氟彈性體重要有三種型號，即A、B、F型。VitonA型是偏氟乙烯(VF2)和六氟丙烯(HFP)共聚物；VitonB、F型是偏氟乙烯(VF2)、四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)的共聚物。A、B、F型氟彈性體構(gòu)造設(shè)計(jì)上是不同的，不同的單體共聚比決定了最后聚合物氟含量的不同，進(jìn)而造成它們對液體和化學(xué)介質(zhì)的耐久性也各不相似。普通狀況下通用類型氟彈性體對于大多數(shù)的礦物酸、堿、芳香烴類都含有良好的耐久性。氟含量越高，體積溶脹就越小。對于通用類型和特種類型氟彈性體的一種最重要的差別就是在對于小分子含氧溶劑抵抗能力上的不同。

如上所述，隨著氟含量的提高，耐介質(zhì)性能對應(yīng)提高。表1中的數(shù)據(jù)就很清晰地闡明了這一點(diǎn)。但是隨著氟含量的提高，聚合物低溫曲撓性也隨之下降，因此最后的硫化膠必須在低溫性能和耐介質(zhì)性能兩者之間均衡解決。為了滿足既需要有良好耐介質(zhì)性能又需要有良好的低溫性能的規(guī)定，開發(fā)了一種新的含氟化乙烯醚單體的聚合物。與普通類型的氟彈性體相比，它含有更加好的低溫曲撓性能。1976年生產(chǎn)的VitonGLT是第一種含氟化乙烯醚單體的工業(yè)化的氟彈性體。這種聚合物在耐熱、耐介質(zhì)方面含有與VitonA同樣的優(yōu)越性能；VitonGELT與VitonGLT相似，含有良好的低溫柔軟性，在耐液體介質(zhì)方面與其它的F型同樣優(yōu)秀。

表1氟含量對耐介質(zhì)和低溫性能的影響

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普通類型特殊類型

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ABFB70GLTGFLTETP

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氟質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%66687066646767

體積變化率，%，23℃×168h

燃油C4325524

甲醇90405909055

甲乙酮>200>200>200>200>200>20019

30%KOH試樣損壞14

低溫回縮

TR-10，℃*-17-13-6-19-30-24-12

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注：硫化膠硬度75度，30份N990炭黑填充

普通含偏氟乙烯的氟彈性體會被高pH值的物質(zhì)破壞，涉及腐蝕劑和某些胺類物質(zhì)。另外通用類型的氟橡膠對小分子羰基類(甲乙酮、丙酮、甲基叔丁基醚等)的耐久性不好。為理解決這個(gè)問題，特種Viton氟彈性體ETP-500和ETP-900在1998年就被工業(yè)化生產(chǎn)。它由乙烯、四氟乙烯(TFE)、全氟甲基乙烯基醚(PMVE)共聚而成。這種特殊的單體共聚物提供了一種極其優(yōu)秀的耐介質(zhì)性能，與普通的氟彈性體不同的是它能夠抵抗小分子酯、酮、醛的侵蝕。由于這種材料本身含有極好的耐腐蝕性，因此在高腐蝕性的溶劑和胺類物質(zhì)中的體積溶脹和物性下降就較小。

2Viton氟彈性體的硫化體系

硫化膠最后物理機(jī)械性能的差別，除了與生膠類型有關(guān)外，配合劑的不同也會產(chǎn)生重要的影響，其中影響最大的就是交聯(lián)劑，或者說是硫化體系。

自1957年開始，首先用于Viton氟橡膠的硫化劑是胺類硫化劑(diak-1)，普通這類硫化劑的硫化速度較慢，且不能提供較好的壓縮永久變形。固然也含有某些優(yōu)點(diǎn)，例如極好的高溫拉伸強(qiáng)度和與金屬骨架良好的粘合性能。現(xiàn)在絕大多數(shù)的氟彈性體都是采用雙酚AF來交聯(lián)的，它在1970年首先用在預(yù)配硫化劑的混煉膠-VitonE-60C中。采用這種硫化劑的膠料體現(xiàn)出了硫化速度快、焦燒安全性好及壓縮永久變形小的特點(diǎn)。在1987年一種改善的雙酚類的硫化劑開始在幾個(gè)不同的預(yù)混膠中使用，它們是：VitonA-201C、A-202C、A-401C、A-402C。這種改善的硫化劑與用在VitonE-60和E-430中的雙酚硫化系統(tǒng)相比，含有硫化速度加緊，脫模性能得到改善，壓縮永久變形性能也有輕微的提高等特點(diǎn)。自1993年起，又生產(chǎn)了某些含這種改善硫化劑的預(yù)混膠：VitonA-331C、A-361C、B-201C、B-601C、B-651C。

在1976年隨著VitonGLT的投產(chǎn)，使用過氧化物硫化氟彈性體第一次變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。對于GLT和GFLT聚合物來說，采用胺類或雙酚類硫化體系都不能快速硫化，但是采用過氧化物就能夠快速硫化并賦予硫化膠良好的物理機(jī)械性能。在VitonGF、GBL-200、GBL-900中使用過氧化物硫化，能夠提高硫化膠耐汽車潤滑油、耐水蒸汽、耐強(qiáng)酸的能力。對同一種聚合物使用過氧化物硫化體系和雙酚類硫化體系比較，在耐其它液體及化學(xué)介質(zhì)方面并沒有明顯的差別。

采用不同硫化體系的膠料在加工特性和物理機(jī)械性能方面的差別見表2。

表2不同硫化體系的性能比較

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加工特性及物性胺類雙酚類過氧化物類

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加工安全性(焦燒)P-FEE

硫化速度P-FEE

脫模性/模具污染性PC-EF-G

金屬骨架粘合性EGG

壓縮永久變形PEG

耐水、耐水蒸汽、耐酸性FGE

曲撓疲勞性能GGG

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等級：E-極好；G-好；F-尚好；P-很差

3Viton氟彈性體的選用

Viton氟彈性體硫化后物性差別重要取決于生膠的種類、填充劑和硫化劑的種類、用量及生產(chǎn)過程中硫化溫度、時(shí)間。對于不同種類的氟彈性來說，由于在共聚過程中單體的種類、比例是不同的，因此在耐介質(zhì)腐蝕性、壓縮永久變形、低溫曲撓性等方面自然也不相似。表3列出了這些方面的差別。

表3不同類型的Viton產(chǎn)品的性能

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種類壓縮永久變形耐介質(zhì)性能*低溫曲撓性能

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A極好好較好

B較好較好較好

F較好極好好

BG，BGL較好較好較好

GF好極好好

GLT較好好極好

GFLT較好極好極好

ETP好極好較好

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━表4不同類型氟彈性體耐介質(zhì)性能的比較

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雙酚類硫化過氧化物硫化

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ABFGBGFGLTGFLTETP

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汽油，航空燃油極好極好極好極好極好極好極好極好

汽車燃油(含甲醇、乙醇)NR較好極好較好極好NR極好極好

發(fā)動機(jī)潤滑油(SE-SF級)較好極好極好極好極好極好極好極好

發(fā)動機(jī)潤滑油(SC-SH級)好較好較好極好極好極好極好極好

脂肪族烴類流體極好極好極好極好極好極好極好極好

芳香族烴類流體較好較好極好極好極好較好極好極好

水蒸汽、礦物酸(H2SO4，

HNO3，HCl等)好較好較好極好極好極好極好極好

胺類，高pH值腐蝕劑(KOH，

NaOH等)NRNRNRNRNRNRNRNR

小分子羰基(MTBE，甲乙酮，

甲基異丁基甲酮等)NRNRNRNRNRNRNRNR

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NR-不推薦使用

對于密封制品來說，壓縮永久變形是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，如果將其當(dāng)作一種最重要的性能來考慮，那么VitonA型將是一種最佳的選擇。在實(shí)際的使用中，如果對多個(gè)介質(zhì)的耐久性比壓縮永久形性能更重要的話，那么F型的Viton氟橡膠可能是比較抱負(fù)的選擇。如果在最后的使用中耐介質(zhì)性能和低溫性能兩方面都很重要的話，那么GFLT型Viton氟橡膠將更加能夠勝任某些。

由于不同的氟彈性體的構(gòu)造不同，因此硫化膠除了物性不同外，耐介質(zhì)的性能也是不同的。表4列出了不同類型的氟彈性體在不同的液體和化學(xué)介質(zhì)中的耐久性。盡管某些氟彈性體在某些性能上比其它的產(chǎn)品體現(xiàn)得好，但是在另外某些方面就要差某些。最后的選擇還是要根據(jù)制品對物理性能和耐介質(zhì)性能的實(shí)際需要來決定。結(jié)合表3和表4就能夠根據(jù)最后的用途來選擇一種物性和耐介質(zhì)性能的最佳平衡點(diǎn)。

4Viton系列產(chǎn)品的命名

隨著1993年6個(gè)新改善的預(yù)混膠的投產(chǎn)，Viton氟彈性體起用了一種新的命名系統(tǒng)，這個(gè)新的命名規(guī)則在一種產(chǎn)品名稱中包含了下列的信息：門尼粘度大??；類型；預(yù)混膠中硫化劑含量高低；能否用過氧化物硫化體系硫化；是生膠還是預(yù)混酚類硫化劑的預(yù)混膠等等。產(chǎn)品名稱中的每一種字符都有特定的含義。

①③⑤

│││

VitonA-401C

││

②④

①字母代表Viton的種類——A、B、F三種，前綴字母“G”在代表種類的字母前面，表達(dá)能夠用過氧化物硫化。字母“L”表達(dá)比同類型的A、B、F彈性體在低溫曲撓性方面輕微的改善。字母“LT”表達(dá)在低溫性能方面有明顯的改善；

②數(shù)字代表該產(chǎn)品的原則門尼粘度-ML(1+10)，121℃；

③數(shù)字代表預(yù)混膠中硫化劑的含量大小，分10級，10用0表達(dá)，0代表硫化劑含量最高(性能上提供最優(yōu)的壓變性能)。從9到2代表硫化劑含量逐步減少(性能上撕裂強(qiáng)度，拉斷伸長率提高)，1代表低硫化劑含量(最佳的撕裂，曲撓性能)；

④數(shù)字代表某種類型的預(yù)混膠某些細(xì)小方面的改善(例如：VitonA402C是在VitonA401C的基礎(chǔ)上添加了一種加工助劑)；

⑤字母，沒有字母時(shí)代表該產(chǎn)品是生膠不含硫化劑(可能包含加工助劑)，字母“C”代表產(chǎn)品是預(yù)混膠，含有增進(jìn)劑和硫化劑。

5Viton系列產(chǎn)品的性能及應(yīng)用

多個(gè)型號和規(guī)格的Viton氟彈性體提供了多個(gè)各樣的物理性能，以此來滿足不同用途上的需要。對于大多數(shù)同一型號的彈性體來說，也有不同的粘度系列的產(chǎn)品來滿足不同加工工藝的規(guī)定。

5.1汽車工業(yè)方面

由于Viton產(chǎn)品含有優(yōu)秀的耐熱性、耐介質(zhì)性能，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用到汽車工業(yè)中。重要應(yīng)用在下列幾個(gè)系統(tǒng)：動力系統(tǒng)中的曲軸密封、閥桿密封、變速器用密封；燃油系統(tǒng)中的燃油軟管、油箱中的燃油軟管和管道、泵密封件、隔閡、噴油器O型圈、加速泵皮碗、過濾器罩和密封件、化油器噴嘴等。

5.2電器方面

除了耐熱和耐介質(zhì)性能外，還含有良好的物理機(jī)械性能，因此Viton產(chǎn)品用于電器中是自然的。下面是某些重要的例子：(1)在一種自動干洗設(shè)備上面有107多個(gè)組件是采用Viton彈性體制造的。涉及密封門、連接器套管、軸密封件、O形圈、各類靜態(tài)墊片等。使用環(huán)境是在88℃、全氯乙烯的濃煙的氛圍下工作，對于其它的彈性體來說將會很快的損壞；(2)在一種與液體介質(zhì)接觸的自動溫度調(diào)節(jié)器中使用的氣動或電動感應(yīng)膜片。采用Viton產(chǎn)品設(shè)計(jì)后獲得了應(yīng)用上的成功，重要是由于Viton橡膠與使用的黃銅部件有良好的粘結(jié)性能；液體介質(zhì)不能滲入、不能溶脹老化膜片，能夠承受149℃-204℃的高溫，良好的機(jī)械強(qiáng)度對重復(fù)的曲撓也提供了保障。

5.3化學(xué)工業(yè)方面

Viton產(chǎn)品在化工設(shè)備的密封件中的應(yīng)用是非常普遍的。另外在化工工業(yè)也有某些其它的應(yīng)用：(1)在一種接觸到80多個(gè)溶劑、油類、化學(xué)品的泵工作站中，Viton產(chǎn)品用來制造管道系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式和伸縮式接頭，當(dāng)這些連接件使用2年后，看起來仍然同新的同樣；(2)在諸多設(shè)備上采用Viton產(chǎn)品制造的閥件用來解決耐熱、耐腐蝕的問題；(3)在傳送非常活潑的化學(xué)介質(zhì)的泵中都采用Viton產(chǎn)品制造的隔閡；(4)每天都在使用的運(yùn)輸溶劑和石化產(chǎn)品油罐車上的橡膠軟管；(5)耐熱、耐腐蝕的膠輥；(6)在造紙漂白車間使用的玻璃體電子真空管的法蘭墊片；(7)用發(fā)泡的Viton產(chǎn)品替代密封填料制作的堵漏板材，包覆在熱溶劑罐外圍，每年可節(jié)省4000美元的維修費(fèi)用；(8)Viton產(chǎn)品的溶液作為一種多功效的材料，可噴涂在化工設(shè)備上用于防護(hù)。

5.4工業(yè)方面

在許多工業(yè)領(lǐng)域，Viton產(chǎn)品都有可能取代某些普通的彈性體。例如：(1)汽油混累計(jì)量泵中的O形圈；(2)質(zhì)子加速器中高真空度密封件；(3)燃?xì)馀欧殴艿滥蜔?、耐腐蝕的連接頭；(4)各類高質(zhì)量規(guī)定工業(yè)器械中的管道和密封件；(5)在輕型導(dǎo)彈發(fā)射裝置上作為重要減震襯墊部件；(6)使用溶劑做清洗劑的設(shè)備上的傳動輥；(7)在鋼鐵軋煉液壓設(shè)備中用作催化劑的固定填料環(huán)；(8)浸入285℃焊料中酌夾具襯墊；(9)鋼鐵軋煉中使用的信號電纜的護(hù)套；(10)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的馬口鐵生產(chǎn)線的折液板；(11)在一種汽車制造商實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的O形密封圈。

5.5其它方面

持續(xù)擠出海綿制品、剎車裝置涂覆料、耦合密封件、O形圈、融膜、墊片。

5.6航天方面

在極其苛刻條件下的安全可靠性是對這一領(lǐng)域應(yīng)用材料的基本規(guī)定。根據(jù)航空飛行應(yīng)用上的報(bào)道，VitonO形圈能夠在-54℃到316℃的溫度范疇內(nèi)的使用。即使在這個(gè)溫度范疇的上限條件下，Viton產(chǎn)品也體現(xiàn)出了“長久的、可靠的使用壽命”，高溫時(shí)可在短時(shí)間內(nèi)使用。Viton產(chǎn)品可承受溫度的周期性變化，這一狀況在飛行器大氣層中爬升和下降過程中會