科普:几种氟橡胶简介

科普:⼏种氟橡胶简介
1 偏氟⼄烯系氟橡胶( FKM)
FKM ⾃ 1957 年由美国 Dupont 公司商品化后,⽬前已成为氟橡胶中被使⽤最多的产品。它以偏氟⼄烯( VDF)为主要成分,与六氟⼄烯( HEP)共聚,或进⼀步再与四氟⼄烯( TFE)反应⽽成。
1.1 合成⽅法
FKM 通常采⽤乳液聚合实施⽅法,以过硫酸钾或过硫酸铵这类⽆机过氧化物⾃由基聚合引发剂引发,含氟乳化剂乳化,控制反应温度为 60~110摄⽒度,以 8~15kg/cm 2 *G 左右的压⼒提供单体,反应数⼩时后得到含量20%~30%的乳液,破乳后洗涤⼲燥后得到聚合物氟橡胶。
市售 VDF 与 HFP 的⼆元体系中,⼆者的共聚摩尔⽐例为 4:1,氟含量为 66%。为了提⾼氟含量⽽进⼀步进⾏的与 TFE 的三元共聚摩尔⽐例⼤致在 4:1~1:1 范围内,氟含量可达 70%。另外,根据成型加⼯⽅法及要求,可以通过调整引发剂量和链转移剂量来调整其分⼦量及分⼦量分布。
1.2 硫化⽅法
FKM 的硫化⽅法通常是通过混⼊填料及助剂来实现的,下⾯列举三种:利⽤双酚 AF 进⾏的多醇硫化,
由于硫化速度快、硫化物性能稳定⽽成为时下最常⽤的硫化⽅法。此法需要有硫化促进剂(有机四级磷盐、有机四级铵盐)和受氧剂(过氧化镁 /氢氧化钙配⽐组合)。通常硫化剂与硫化促进剂是预先配好的复合物。
使⽤过氧化物为硫化剂,对于硫化部位,需要利⽤碘或溴,通常采取与含碘或溴的单体共聚,或通过氟烷基碘化物链转移剂将其导⼊。过氧化物硫化⽐多醇硫化得到的产品耐油性更好,因此在三元体系中使⽤较多。作为硫化助剂,三烯丙基三聚氰酸酯等不饱和多功能团化合物⼗分必要。另外,若将溴定为硫化部位,则⾦属氧化物也是不可或缺的( ZnO 等)。
⽽使⽤⼆胺化合物(六亚甲基⼆胺的氨基甲酸盐等)作为硫化剂,可以值得⾼机械强度的橡胶产品。但因其硫化性、稳定性及永久变形较差等问题,该硫化⽅法使⽤的不多。作为受氧剂, MgO 为必要成分。
1.3 产品性能及加⼯成型
FKM 橡胶耐热、耐油、耐燃油性能优异,但耐寒性还有待提⾼。该橡胶的性能与含氟量密切先关:含氟量增加,耐油性提⾼但耐寒性和永久压缩变形性明显降低。有机过氧化物硫化系具有较好的耐久性,且因没有添加碱性物质,耐胺性优良。
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根据不同的⽤途, FKM 常配合不同填充剂和添加剂进⾏混炼。采⽤与其他橡胶相同的成型⽅法,如模具成型、挤出成型等。粘结⽅法则是在被粘接物上涂上底漆(如要求要耐热性⽤途时可⽤硅烷偶联剂),再在进⾏硫化时将氟橡胶粘结在底漆上。
1.4 ⽤途及展望
⽬前,FKM 的⽤途主要集中于与汽车部件相关的应⽤领域,随着汽车性能逐步提⾼,未来,由耐热耐油性能更好的氟橡胶代替丙烯酸酯系橡胶及硅橡胶已成为这⼀领域的趋势。
烯合金2 四氟⼄烯 / 丙烯系橡胶( TFE-P)
TFE-P 是四氟⼄烯与丙烯交替聚合物为基的橡胶,该材料除具有氟橡胶特有的性能外,还兼具⾼电⽓绝缘及耐药品性等 FKM 不具备的特性。
电暖手套2.1 合成⽅法
TFE-P 系橡胶在⼯业上采取乳液聚合实施⽅法,以过硫酸钾或过硫酸铵为引发剂,在反应体系达到⼀定压⼒时加⼊原料进⾏反应。将这样得到的乳液⽤⽆机盐凝聚,清洗⼲燥后得到氟橡胶。合成步骤与 FKM 类似。
2.2 硫化⽅法
对于 TFE-P 系橡胶⽽⾔,⼆元系橡胶中⽤过氧化物硫化,三元系橡胶中⽤过氧化物硫化以及多醇硫化。
过氧化物硫化使⽤有机过氧化物作为硫化剂使⽤,与 FKM 不同的是,硫化部位不⽤溴和碘,因⽽更适合于医疗⾷品领域的应⽤。
三元系橡胶中有 VDF,多醇硫化也是可⾏的。硫化机理与 FKM 多醇硫化类似,但硫化反应活性稍低(这正是其耐化学药品性优越的原因),因⽽需要使⽤特殊的铵盐作为硫化促进剂。
由于⼆元系橡胶绝缘性能号,可⽤于制造电线,因此可以通过电⼦射线辐射的⽅法对其进⾏交联。
2.3 产品性能及加⼯成型
该橡胶具有优异的电绝缘性和耐药品性。氟含量低于 FKM 却具有⾮常⾼的分解温度。耐溶剂性优良,溶于四氢呋喃,⽽在低极性溶剂中发⽣溶胀。对胺系添加剂的⾼性能引擎油耐久性好,密度较低,催化温度为 -40℃。舞台烟火
TFE-P 系橡胶的成型加⼯中,混炼、成型、硫化、粘结等采⽤与其他橡胶完全相同的⽅法进⾏。电线成型时,可将橡胶被覆到芯线上后⽤有机过氧化物硫化。为了补强,还可将耐热、耐溶剂性好的⼄烯 -四氟⼄烯共聚物树脂熔融共混后再辐射交联。
2.4 ⽤途及展望
TFE-P 系橡胶由于其优越的电⽓性能,主要⽤于耐热电线,处在其他橡胶难以取代的位置。另外,随着⾼性能化引擎油的⼤规模使⽤, FKM 将难以应付其中的胺类添加剂,⽽耐寒性良好的三元系 TFE-P 橡胶将有望解决此类问题。
3 全氟橡胶
⼀般的氟橡胶聚合物中含有⼤量碳氢集团,在化学药品腐蚀及其它严苛的条件下容易劣化。四氟⼄烯与全氟烷基⼄烯醚共聚所得的氟橡胶中所有氢原⼦全部被氟原⼦取代,因⽽具有优良的耐热、耐腐蚀性能。
3.1 合成⽅法
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全氟橡胶的制造⼯业上依然采⽤乳液聚合⽅法。得到的产品具有全氟结构,硫化部位也具有与聚合物相同的耐热耐腐蚀性。四氟⼄烯-全全氟烷基⼄烯醚共聚物中,全氟碳基团少量聚合进⼊共聚物作为硫化部位。利⽤全氟烷基碘化物作为链转移及也可适当引⼊硫化部位。
3.2 硫化⽅法
与其它氟橡胶⼀样,加⼊填充料、硫化剂、硫化促进剂等混合后硫化。以四苯基锡作为催化剂,硫化过程中氰基形成了三聚体的三嗪环。此法硫化速度慢,难成型。
以碘为硫化部位的硫化⽅法较全氟氰基硫化法硫化性好,但有机过氧化物与硫化助剂中的碳氢化合物部分有可能进⼊聚合物结构。
3.3 产品性能及加⼯成型
全氟橡胶是合成橡胶中耐溶剂性能最好的⼀种,仅对氟利昂有较⼩程度的溶胀,但永久压缩变形性较其他橡胶要差得多。其耐热性和耐寒性因⼯具单体及硫化⽅法的不同有所差别:如六氟甲基⼄烯基醚( PMVE)共聚橡胶耐热性好,Tg ⾼,耐寒性较差;长链全氟烷基⼄烯醚共聚的橡胶耐寒性好但耐热性较 PMVE 差。
全氟橡胶的成型加⼯基本上可采⽤与其他氟橡胶相同的⽅法,但由于其硫化性能差,因⽽难成型。
3.4 ⽤途及展望
⽬前,全氟橡胶主要发挥其耐化学腐蚀的特性,作为半导体产业密封材料以及化学、是有化学⼯⼚中的密封材料。该材
⽬前,全氟橡胶主要发挥其耐化学腐蚀的特性,作为半导体产业密封材料以及化学、是有化学⼯⼚中的密封材料。该材料应⽤受到限制的最⼤原因便是材料价格太⾼,如何在改良其加⼯成型性能和压缩永久变形是未来最重要的课题。
4 氟硅橡胶( FVMQ )
氟硅橡胶主链上有硅氧键,侧链上有三氟烷基,耐热及耐寒性能优良,可使⽤温度范围⾮常宽。
4.1 合成⽅法
氟硅橡胶是采⽤本体聚合,⽤环状硅氧烷开环聚合合成的。碱性催化剂作⽤下,⼀般⽤三氟丙基甲基硅氧烷聚合制得,中和催化剂停⽌反应。⽤有机过氧化物硫化,因⽽可共聚⼊少量甲基⼄烯基硅氧烷作为硫化部位。采⽤低分⼦量直链硅氧烷作为链转移剂调节分⼦量。市售氟硅胶的分⼦量从数万到数⼗万范围不等。
4.2 硫化⽅法
氟硅橡胶的硫化⽅法有两类:过氧化物硫化和常温固化。
过氧化物硫化时,硫化部位是共聚物中反应活性⾼的⼄烯基(甲基⼄烯基硅氧烷中),因此硫化速度快,不需要硫化促进剂。
常温固化是基于硅烷醇缩合的硫化形式。锡催化剂作⽤下,空⽓中的⽔分将固化剂⽔解成硅烷醇,与聚合物末端的硅烷醇缩合达到固化效果。由于反应是从材料表⾯到深处发展进⾏的,固化时间较长。
4.3 产品性能
耐热性、耐化学药品性、耐油性及机械性能较其他氟橡胶稍差,但其兼具氟与硅两者的优点。耐燃油性优秀,使⽤温度范围为-60℃~200 ℃,对甲醇溶胀⼩。
4.4 ⽤途及展望
主要集中在以隔膜及单向阀等与燃料有关的器件为中⼼应⽤领域。
5 含氟膦腈橡胶( FPz)
FPz主链含磷与氮的耐寒氟橡胶。
5.1 合成⽅法
环状⼆氯代膦腈开环聚合,⽤氟烷基取代氯原⼦得到。
5.2 硫化⽅法
扫把头聚合物中导⼊少量不饱和基⽤以作为硫化部位,可⽤过氧化物或放射线硫化。
5.3 ⽤途及展望
含氟膦腈橡胶的使⽤温度范围为 -60℃~170℃,温度依赖性⼩,在宽温度范围内能保持良好的稳定性,常⽤于军事、宇宙、航空产业⽅⾯耐燃油的密封材料。
6 热塑性氟弹性体
氟橡胶通常需要⽤硫化剂及各种助剂加以混炼,成型⽅法复杂,因此,开发与热塑性氟弹性体⼗分必要。热塑性弹性体是兼有相交成分软连段和树脂成分硬链段的嵌段共聚物。共聚物中同时含有结晶性的树脂链段和柔软的橡胶链段,冷却时,由于硬段的作⽤,软段好似被交联起来,因⽽不需要硫化。
6.1 合成⽅法
以 Daiel TPE 为例,将作为软段的偏氟⼄烯( VDF)的共聚物体系与不同品种的可作为硬段的含氟单体,⽤碘转移聚合(活性⾃由基聚合)进⾏嵌段共聚。
⽽ Cefral soft 则是先在偏氟⼄烯共聚体系主链中引⼊过氧化基团,再进⼀步让过氧化基团热分解,从⽽将单⼀偏氟⼄烯树脂成分接枝到主链上去。
6.2 ⽤途及展望
热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理机械性能和软质塑料的⼯艺加⼯性能。由于不需再经过热硫化,因⽽使⽤简单的塑料加⼯机械即可制成最终产品。这⼀特点使⽣产流程缩短了 l/4,节约能耗 25%~40%,提⾼效率 10~20 倍。热塑性弹性体不仅可以取代部分橡胶,还能使塑料得到改性。

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