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什麽是氟化橡膠?

氟橡膠

氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐多種化學品腐蝕的特性,是現代航空、導彈、火箭、航天等尖端科技不可缺少的材料。近年來,隨著汽車工業對可靠性和安全性要求的不斷提高,氟橡膠在汽車中的用量也迅速增加。

氟橡膠是指主鏈或側鏈碳原子中含有氟原子的合成高分子彈性體。最早的氟橡膠是聚2-氟-1.3-丁二烯及其與苯乙烯、丙烯等的* * *聚合物。,由美國杜邦公司於1948年試制。但其性能並不比氯丁橡膠和順丁橡膠好,而且價格昂貴,沒有實用的工業價值。20世紀50年代末,美國Thiokol公司開發出壹種具有良好低溫和耐強氧化劑(N2O4)性能的二元亞硝基氟橡膠,氟橡膠開始進入實際工業應用。此後,隨著技術的進步,各種新型氟橡膠不斷被開發出來。

我國也從1958開始開發多種氟橡膠,主要是聚烯烴氟橡膠,如23、26、246和亞硝基氟橡膠;後來,開發出了更新的四丙基氟橡膠、全氟醚橡膠和氟化磷橡膠。這些氟橡膠品種首先推廣應用於民用工業領域,以滿足航空、航天等國防和軍事工業的需要。

主要性能

良好的化學穩定性

氟橡膠具有高度的化學穩定性,是目前所有彈性體中耐介質性能最好的。26型氟橡膠耐石油基油、二酯油、矽醚油、矽酸油、無機酸、大多數有機和無機溶劑、藥物等。,但不包括低分子酮、醚、酯、胺、氨、氫氟酸、氯磺酸和磷酸液壓油。23型氟膠的介電性能與26型氟膠相似,更具獨特性。其耐發煙硝酸、濃硫酸等強氧化性無機酸的性能優於26型氟膠。室溫下在98% HNO3中浸泡27天,其體積膨脹僅為13%~15%。

優異的耐高溫性能

氟橡膠的耐高溫性能和矽橡膠壹樣,可以說是目前最好的彈性體。26-41氟橡膠可在250℃長期使用,在300℃短期使用;246氟橡膠的耐熱性能優於26-41。26-41經300℃×100小時空氣熱老化後的物理性能與246經300℃×100小時空氣熱老化後相當,其斷裂伸長率可保持在100%左右,硬度為90~95度。246型在350℃熱空氣老化16小時後,在400℃熱空氣老化110分鐘後,仍保持良好的彈性。在400℃下熱空氣老化110分鐘後,含噴霧炭黑、熱裂解炭黑或碳纖維的膠料伸長率提高了約65438。23-11型氟橡膠可在200℃長期使用,在250℃短期使用。

良好的抗老化性能

氟橡膠具有優異的耐候性和耐臭氧性。據悉,杜邦研發的VitonA經過十年的自然存放,性能依然令人滿意,在臭氧濃度為0.01%的空氣中45天也沒有出現明顯的裂痕。23型氟橡膠具有優異的耐候性和耐臭氧性。

出色的真空性能

26型氟橡膠具有優異的真空性能。基礎配方為246氟橡膠的硫化膠的真空放氣速率僅為37×10-6托/秒。平方厘米。246氟橡膠已成功地應用於10-9托的真空條件下。

優異的機械性能

氟橡膠具有優異的物理機械性能。壹般26型氟橡膠的強度為10~20MPa,扯斷伸長率為150~350%,撕裂強度為3 ~ 4 kN/m..23型氟橡膠的強度為15.0~25MPa,伸長率為200%~600%,撕裂強度為2~7MPa。氟橡膠在高溫下的壓縮永久變形壹般較大,但如果在相同條件下比較,如150℃下相同時間的壓縮永久變形,丁二烯和氯丁橡膠均大於26型氟橡膠,26型氟橡膠在200℃×24小時的壓縮永久變形與順丁橡膠在150℃×24小時的壓縮永久變形相當。

良好的電氣性能。

23型氟橡膠具有良好的電氣性能和比其他彈性體更低的吸濕性,因此可用作良好的電氣絕緣材料。26型橡膠可以在低頻低壓下使用。

低透氣性

氟橡膠在氣體中的溶解度較大,但擴散速度相對較小,所以整體滲透率也較小。據報道,26型氟橡膠在30℃時對氧氣、氮氣、氦氣和二氧化碳的滲透率與丁基橡膠和順丁橡膠相當,但優於氯丁橡膠和天然橡膠。

低溫性能差

氟橡膠低溫性能不好,是由於其自身的化學結構,如23-11型的TG > 0℃。實際使用的氟橡膠的低溫性能通常用脆性溫度和壓縮耐寒系數來表示。膠料配方和制品形狀(如厚度)對脆性溫度影響很大。配方中填料用量增加,脆性溫度敏感惡化,制品厚度增加,脆性混溶性增加。

抗輻射能力差

氟橡膠的耐輻射性是較差的彈性體之壹。輻射後,26型橡膠表現出交聯效應,23型氟橡膠表現出龜裂效應。246型氟橡膠在室溫空氣中輻照,劑量為5×107時,性能發生顯著變化。在1×107的條件下,硬度增加1~3度,強度下降不到20%,伸長率下降30%~50%,所以壹般認為246型氟橡膠可以承受65438。

關鍵應用

由於氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐高真空、耐酸堿和耐各種化學品的特性,已應用於現代航空、導彈、火箭、航天、船舶、原子能等尖端技術和汽車、造船、化學、石油、電信、儀器、機械等工業領域。

典型應用

氟橡膠密封可長時間工作在200℃~250℃,短時間工作在300℃,工作壽命可與發動機修理壽命相同,達到1000~5000飛行小時(時間5~10年);用於化工行業時,可密封無機酸(如140℃的67%硫酸,70℃的濃鹽酸,30%的硝酸),有機溶劑(如氯代烴、苯、高芳烴汽油)及其他有機物(如275℃的丁二烯、苯乙烯、丙烯、苯酚、脂肪酸等)。用於深井采油時,能承受149℃和420個大氣壓的惡劣工況;用於過熱蒸汽密封時,可長期工作在160~170℃的蒸汽介質中。單晶矽生產中,常用氟橡膠密封件來密封高溫(300℃)下的特殊介質——三氯氫矽、四氯化矽、砷化鎵、三氯化磷、三氯乙烯、120℃的鹽酸。

在高真空的應用中,飛行高度200~300Km時,氣壓為133×10-6pa(10-6 mmHg),可應用氯丁橡膠、順丁橡膠、丁基橡膠。當飛行高度超過643Km時,氣壓會降到133 x 10-7pa(10-7 mmhg)以下,在這種高真空下只能使用氟橡膠。通常,高真空或超高真空設備系統需要高溫烘烤處理。26型和246型氟橡膠能承受200℃~250℃的高溫老化,因此成為高真空設備和航天器中最重要的橡膠材料。

氟橡膠制成的軟管適用於高溫、油類及特殊介質,如飛機燃油、液壓油、合成雙酯油、高溫熱空氣、熱無機及其他特殊介質(如氯代烴及其他氯化物)的輸送和引導。由氟橡膠制成的電線和電纜具有良好的柔韌性和良好的絕緣性。氟橡膠制成的玻璃纖維膠帶耐300℃高溫,耐化學腐蝕。芳綸布塗氟膠後,可用於制造石油化工廠高溫和酸堿儲罐之間的連接伸縮管(兩端可連接金屬法蘭),能承受高壓、高溫和介質腐蝕,對兩個儲罐的變形和膨脹起到緩沖和阻尼作用。用塗有氟膠的尼龍布制成的膠帶密封袋作為煉油廠內浮頂儲罐的軟密封,起到密封和減少油位揮發損失的作用。

23型和4丙烯型氟橡膠主要用於耐酸和耐特殊化學品的腐蝕性密封場合。羥基亞硝基氟橡膠主要用作防護產品和密封產品,並以溶液形式作為不燃塗料,應用於在純氧中工作的防火電子元器件。它的溶液和液體橡膠可以噴塗和澆註制成許多產品,如宇航服、手套、管帶、球等。它還可用作玻璃、金屬和織物的粘合劑,並可用於制造海綿、墊圈、O型圈、膠囊、閥門密封件等。接觸火箭推進劑(N2O4)。

G系列氟橡膠制成的密封件具有耐高溫蒸汽、耐甲醇汽油或含高芳烴汽油的性能,這是使用VitonA、B、E等氟橡膠所不能達到的。GLT氟橡膠、氯化磷橡膠、全氟醚橡膠等。具有較寬的使用溫度範圍、低溫柔韌性、彈性密封等特點。全氟醚橡膠還具有突出的耐介質腐蝕性,廣泛應用於軍工尖端技術。

膩子是氟橡膠制成的密封劑,具有突出的耐燃油性能,可在200℃左右的油中使用,用作飛機整體油箱的密封材料。氟橡膠制成的閉孔海綿具有耐酸、耐油、溫度範圍寬、絕緣性好的優點。可用作火箭燃料、溶劑、液壓油、潤滑油、油膏的密封材料,也可用作火箭、導彈的減震材料。耐溫可達204℃,用氟橡膠乳液浸漬的石棉纖維布可制成石棉橡膠板,可用於高溫、燃燒和耐化學腐蝕的場合。

汽車工業

近年來,隨著汽車工業的快速發展,汽車機艙溫度升高,改性燃料和高腐蝕性發動機燃料的使用日益普遍。氟碳化合物作為汽車密封材料的應用越來越廣泛。

為了提高汽車發動機的功率,節省燃油,保證汽車行駛的安全性,出現了壹種新的燃油噴射系統。在這個系統中,汽車從油箱流入發動機,再回到油箱循環,汽油和氧氣的混合物會產生氫過氧化物。含有過氧化氫的汽油被稱為“酸性汽油”,可以軟化或硬化各種碳氫橡膠。但是氟橡膠不會因為接觸酸性汽油而變質。

世界各國每年都制定新的環境保護法規。汽車的總碳氫化合物排放越來越受到限制,汽車工業越來越難以滿足這壹要求。在美國,汽車必須通過車棚測試。氟橡膠對碳氫化合物滲透具有優異的阻隔性能(表1)。如果燃料軟管結構覆蓋有氟橡膠層,則可以減少碳氫化合物的滲透。

汽車燃油系統產品必須在-40℃~150℃的溫度範圍內正常工作。但隨著氟含量的增加,氟橡膠的耐低溫性能變差(玻璃化轉變溫度上升)。為了制造在-40℃下性能正常的產品,需要對耐寒性差的氟橡膠產品進行改進。如今全氟醚橡膠已經開發上市,有效改善了氟橡膠的低溫性能,但由於價格問題,仍難以大批量推廣。

汽車工業十分關註燃料甲醇,迫切希望開展可適應任何燃料的FFV(靈活燃料汽車)的研究,特別是橡膠件的FFV。當甲醇與汽油混合時,氟橡膠的體積膨脹約為10%。但就甲醇而言,由於氟含量不同,氟橡膠的體積溶脹差異很大。氟含量高時幾乎不發生溶脹,但隨著氟含量的降低,低溫區的溶脹變大,特別是氟含量為66%時,體積溶脹會顯著增加。可以認為,低溫下氫鍵生成的甲醇共軛物的SP值與氟含量為66%的聚合物接近。

從某種意義上說,氟橡膠也是隨著時代的進步和發展而成長的產物。這些材料雖然價格昂貴,但由於其優異的耐磨性、耐油性和可靠性,具有很高的實用價值。因此,他們的劑量逐漸增加也就不足為奇了。氟化物的開發仍有很大的潛力和可能性,預計未來將開發出使用價值更高的含氟聚合物。

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