氟橡膠特性及用途

氟橡膠是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子含有氟原子、并能進行硫化的一類合成高分子彈性體。這種彈性體，由于自身組成和結(jié)構(gòu)上的特點，具有許多優(yōu)異的性能，因此是一種優(yōu)良的彈性工程材料。廣泛地應(yīng)用于航空、汽車、造船、機械、化工、輕工等工業(yè)部門關(guān)鍵性的部位上。
特性：高度的耐熱性、優(yōu)良的化學(xué)惰性，很好的物理機械性能（包括耐磨）、對大氣的突出的穩(wěn)定性、滿意的介電性能和不燃性，它是目前正在使用的彈性體中最耐熱、最耐化學(xué)品的一種。它具備了聚四氟乙烯因機械密封性差和一般橡膠不耐腐蝕的特殊性能。
品種：氟橡26B、G、氟橡膠246G、B、氟橡膠TP，各種規(guī)格的骨架油封、“O”型圈及其它密封件。

氟橡膠具有耐高溫、耐油及耐多種化學(xué)藥品侵蝕的特性，是現(xiàn)代航空、導(dǎo)彈、火箭、宇宙航行等尖端科學(xué)技術(shù)不可缺少的材料。近年，隨著汽車工業(yè)對可靠性、安全性等要求的不斷提升，氟橡膠在汽車中的用量也迅速增長。氟橡膠（fluororubber）是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上含有氟原子的合成高分子彈性體。最早的氟橡膠為1948年美國DuPont公司試制出的聚-2-氟代-1.3-丁二烯及其與苯乙烯、丙烯等的共聚體，但性能并不比氯丁橡膠、丁橡膠突出，而且價格昂貴，沒有實際工業(yè)價值。

氟橡膠具有耐高溫、耐油及耐多種化學(xué)藥品侵蝕的特性，是現(xiàn)代航空、導(dǎo)彈、火箭、宇宙航行等尖端科學(xué)技術(shù)不可缺少的材料。近年，隨著汽車工業(yè)對可靠性、安全性等要求的不斷提升，氟橡膠在汽車中的用量也迅速增長。

氟橡膠（fluororubber）是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上含有氟原子的合成高分子彈性體。最早的氟橡膠為1948年美國DuPont公司試制出的聚-2-氟代-1.3-丁二烯及其與苯乙烯、丙烯等的共聚體，但性能并不比氯丁橡膠、丁橡膠突出，而且價格昂貴，沒有實際工業(yè)價值。50年代后期，美國Thiokol公司開發(fā)了一種低溫性好，耐強氧化劑（N2O4）的二元亞硝基氟橡膠，氟橡膠開始進入實際工業(yè)應(yīng)用。此后，隨著技術(shù)進步，各種新型氟橡膠不斷開發(fā)出來。

中國從1958年開始也開發(fā)了多種氟橡膠，主要為聚烯烴類氟橡膠，如23型、26型、246型以及亞硝基類氟橡膠；隨后又發(fā)展了較新品種的四丙氟

橡膠、全氟醚橡膠、氟化磷橡膠。這些氟橡膠品種都首先以航空、航天等國防軍工配套需要出發(fā)，逐步推廣應(yīng)用到民用工業(yè)部門。

主要性能

化學(xué)穩(wěn)定性佳

氟橡膠具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，是目前所有彈性體中耐介質(zhì)性能最好的一種。26型氟橡膠耐石油基油類、雙酯類油、硅醚類油、硅酸類油，耐無機酸，耐多數(shù)的有機、無機溶劑、藥品等，僅不耐低分子的酮、醚、酯，不耐胺、氨、氫氟酸、氯磺酸、磷酸類液壓油。23型氟膠的介質(zhì)性能與26型相似，且更有獨特之處，它耐強氧化性的無機酸如發(fā)煙硝酸、濃硫酸性能比26型好，在室溫下98%的HNO3中浸漬27天它的體積膨脹僅為13%~15%。

耐高溫性優(yōu)異

氟橡膠的耐高溫性能和硅橡膠一樣，可以說是目前彈性體中最好的。26-41氟膠在250℃下可長期使用，300℃下短期使用；246氟膠耐熱比26-41還好。在300℃×100小時空氣熱老化后的26-41的物性與300℃×100小時熱空氣老化后246型的性能相當，其扯斷伸長率可保持在100%左右，硬度90~95度。246型在350℃熱空氣老化16小時之后保持良好彈性，在400℃熱空氣老化110分鐘之后保持良好彈性，在400℃熱空氣老化110分鐘之后，含有噴霧炭黑、熱裂法炭黑或碳纖維的膠料伸長率上升約1/2~1/3，強度下降1/2左右，仍保持良好的彈性。23-11型氟膠可以在200℃下長期使用，250℃下短期使用。

耐老化性能好

氟橡膠具有極好的耐天候老化性能，耐臭氧性能。據(jù)報導(dǎo)，DuPont開發(fā)的VitonA在自然存放十年之后性能仍然令人滿意，在臭氧濃度為0.01%的空氣中經(jīng)45天作用沒有明顯龜裂。23型氟橡膠的耐天候老化、耐臭氧性能也極好。

真空性能極佳

26型氟橡膠具有極好的真空性能。246氟橡膠基本配方的硫化膠真空放氣率僅為37×10-6乇升/秒．厘米2。246型氟橡膠已成功應(yīng)用在10-9乇的真空條件下。

機械性能優(yōu)良

氟橡膠具有優(yōu)良的物理機械性能。26型氟橡膠一般配合的強力在10~20MPa之間，扯斷伸長率在150~350%之間，抗撕裂強度在3~4KN/m之間。23型氟橡膠強力在15.0~25MPa之間，伸長率在200%~600%，抗撕裂強度在2~7MPa之間。一般地，氟橡膠在高溫下的壓縮永久變形大，但是如果以相同條件比較，如從150℃下的同等時間的壓縮永久變形來看，丁和氯丁

橡膠均比26型氟膠要大，26型氟橡膠在200℃×24小時下的壓縮變形相當于丁橡膠在150℃×24小時的壓縮變形。

電性能較好

23型氟橡膠的電性能較好，吸濕性比其他彈性體低，可作為較好的電絕緣材料。26型橡膠可在低頻低壓下使用。

透氣性小

氟橡膠對氣體的溶解度比較大，但擴散速度卻比較小，所以總體表現(xiàn)出來的透氣性也小。據(jù)報導(dǎo)，26型氟橡膠在30℃下對于氧、氮、氦、二氧化碳氣體的透氣性和丁基橡膠、丁橡膠相當，比氯丁膠、天然橡膠要好。

低溫性能不好

氟橡膠的低溫性能不好，這是由于其本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)所致，如23-11型的Tg＞0℃。實際使用的氟橡膠低溫性能通常用脆性溫度及壓縮耐寒系數(shù)來表示。膠料的配方以及產(chǎn)品的形狀（如厚度）對脆性溫度影響都比較大，如配方中填料量增加則脆性溫度敏感地變壞，制品的厚度增加，脆性混同度也敏感地變壞。

耐輻射性能較差

氟橡膠的耐輻射性能是彈性體中比較差的一種，26型橡膠輻射作用后表現(xiàn)為交聯(lián)效應(yīng)，23型氟橡膠則表現(xiàn)為裂解效應(yīng)。246型氟橡膠在空氣中常溫輻射在5×107侖的劑量下性能劇烈變化，在1×107侖條件下硬度增加1~3度，強度下降20%以下，伸長率下降30%~50%，所以一般認為246型氟橡膠可以耐1×107侖，極限為5×107侖。

重點應(yīng)用

由于氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐高真空及耐酸鹼、耐多種化學(xué)藥品的特點，已應(yīng)用于現(xiàn)代航空、導(dǎo)彈、火箭、宇宙航行、艦艇、原子能等尖端技術(shù)及汽車、造船、化學(xué)、石油、電訊、儀儀、機械等工業(yè)領(lǐng)域。

典型應(yīng)用

氟橡膠密封件，用于發(fā)動機的密封時，可在200℃~250℃下長期工作，在300并下短期工作，其工作壽命可與發(fā)動機返修壽命相同，達1000~5000飛行小時（時間5~10年）；用于化學(xué)工業(yè)時，可密封無機酸（如140℃下的67%的硫酸、70℃的濃鹽酸，并℃下30%的硝酸），有機溶劑（如氯代烴、苯、高芳烴汽油）及其它有機物（如丁二烯、苯乙烯、丙烯、苯酚、275℃下的脂肪酸等）；用于深井采油時，可承受149℃和420個大氣壓的苛刻工作條件；用于過熱蒸汽密封件時，可在160~170℃的蒸汽介質(zhì)中長期工作。在單晶硅的生產(chǎn)中，常用氟橡膠密封件以密封高溫（300℃）下的特殊介質(zhì)—三氯氫硅、四氯化硅、砷化鎵、三氯化磷、三氯乙烯以及120℃的鹽酸等。

在高真空應(yīng)用方面，當飛行高度在200~300Km時，氣壓為133×10-6 Pa（10-6mmHg），氯丁橡膠，丁橡膠、丁基橡膠均可應(yīng)用；當飛行高度超過643Km時，氣壓將下降為133×10-7Pa（10-7mmHg）以下，在這種高真空中只有氟橡膠能夠應(yīng)用。一般在高真空或超高真空裝置系統(tǒng)使用前，需經(jīng)過高溫烘烤處理，26型、246型氟橡膠能承受200℃~250℃高溫老化，因此成為高真空設(shè)備及宇宙飛行器中最主要的橡膠材料。

用氟橡膠制造的膠管適用于耐高溫、耐油及耐特種介質(zhì)場合，如用作飛機燃料油、液壓油、合成雙酯類油、高溫熱空氣、熱無機及其它特種介質(zhì)（如氯化烴及其它氯化物）的輸送、導(dǎo)引等。用氟橡膠制成的電線電纜屈撓性好，且有良好的絕緣性。氟橡膠制作的玻璃纖維膠布，能耐300℃的高溫和耐化學(xué)腐蝕。芳綸布涂氟膠后，可以制作石油化工廠耐高溫、耐酸鹼類儲罐間的連接伸縮管（兩端可有金屬法蘭連接），可承受高壓力、高溫度和介質(zhì)腐蝕，并對兩罐的變形伸縮起緩沖減震連接作用。尼龍布涂氟膠后制成的膠布密封袋，作為煉油廠的內(nèi)浮頂貯罐用軟密封件，起到密封、減少油液面的揮發(fā)損失等作用。

23型、四丙型氟橡膠主要用作耐酸、耐特殊化學(xué)品的腐蝕性密封場合。羥基亞硝基氟橡膠主要用作防護制品和密封制品，以溶液形式作為不燃性涂料，應(yīng)用于防火電子元件及純氧中工作的部件。其溶液和液體橡膠可用噴涂、澆注等方法制造許多制品，如宇宙服、手套、管帶、球等。也可用作玻璃、金屬”瀨性體、織物的膠粘劑，制造海綿及接觸火箭推進劑（N2O4）的墊圈、“O”型圈、膠囊、閥尹疇各類密封件等。

G型系列氟橡膠制作的密封件具有使用VitonA、B、E等氟橡膠無法達到的耐高溫蒸汽性、耐甲醇汽油或含高芳香烴汽油的性能；GLT型氟橡膠、氯化磷橡膠、全氟醚橡膠等更具有寬廣的使用溫度范圍，低溫柔軟性、彈性密封性等。全氟醚橡膠還具有突出的耐介質(zhì)腐蝕性，在軍工尖端技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

用氟橡膠制成的密封劑—膩子，耐燃料油性能突出，可在200℃左右的油中使用，被用作飛機整體油箱的密封材料。用氟橡膠制得的閉孔海綿，具有耐酸、耐油、寬廣使用溫度范圍和良好的絕緣性，可用作火箭燃料、溶劑、液壓油、潤滑油及油膏的密封和火箭、導(dǎo)彈的減震材料，耐溫達204℃，浸漬氟膠乳液的石棉纖維布，可制成石棉膠板，用于耐高溫、耐燃燒和耐化學(xué)腐蝕性的場合。

汽車工業(yè)

近年來，隨著汽車工業(yè)飛速發(fā)展，汽車發(fā)動機室的溫度增高，改性燃料和強腐蝕性發(fā)動機燃油的使用日益普遍，氟橡膠比以往更為廣泛地用于汽車的密封材料。

為了提高汽車發(fā)動機的功率，節(jié)約燃料，保證汽車行駛的安全性，新的燃料噴射系統(tǒng)出現(xiàn)。在此系統(tǒng)中，汽車從油箱流入發(fā)動機，然后又返回油箱循環(huán)流動，汽油與氧混合會產(chǎn)生氫過氧化物。含有引氫過氧化物的汽油稱為“酸性汽油”，它能使多種烴類橡膠軟化或硬化。而氟橡膠不會因接觸酸性汽油而產(chǎn)生劣化變質(zhì)。 表1 燃油C的滲透率 :
合成橡膠種類 Mg/秒/m^2 g/日/m^2
低腈含量丁腈橡膠（含腈21%） 19.86 1715
高腈含量丁腈橡膠（含腈45%） 0.85 73
共聚氯醇橡膠?2.22 190
均聚氯醇橡膠?1.67 144
含氟66%的氟橡膠?0.026 2.2
含氟70%的氟橡膠?0.026 2.2

世界各國每年都制訂新的環(huán)境保護法規(guī)。汽車的總烴排出量受到日益嚴格的限制，汽車工業(yè)越來越難滿足這方面的要求。在美國，汽車必須經(jīng)SHED（密封箱蒸發(fā)量測定）試驗合格。氟橡膠對烴類的滲透有極優(yōu)良的阻隔性（表1），在燃油膠管結(jié)構(gòu)中覆以氟橡膠層，即可減少烴的滲透量。

汽車燃料系統(tǒng)的制品，必須在-40℃~150℃的溫度范圍功能正常。但是氟橡膠隨含氟量的增加耐低溫性能劣化（玻璃化溫度上升），為了制造在-40℃下性能正常的制品，需要對耐寒性差的氟橡膠產(chǎn)品進行改進。如今，全氟醚橡膠已經(jīng)開發(fā)上市，有效地改善了氟橡膠的低溫性能，但目前因價格問題還難以大量推廣。

汽車行業(yè)都密切關(guān)注燃料的甲醇化，都急切地開展可能適應(yīng)任何燃料的FFV（Flexible Fuel Vehicle）的研究，橡膠零件的FFV化尤為迫切。甲醇與汽油混合時，氟橡膠的體積溶脹約為10%左右。但單就甲醇而言，由于氟含量不同，氟橡膠的體積溶脹差別就很大。氟含量高時幾乎不發(fā)生溶脹，但隨著氟含量的降低，在低溫區(qū)域下的溶脹就變大，尤其在氟含量為66%的情況下體積溶脹將顯著增大。這可認為是由于低溫下氫鍵產(chǎn)生的甲醇結(jié)合體與氟含量為66%的聚合物的SP值接近所致。

從某種意義上講，氟橡膠也是隨時代的進步與發(fā)展而成長的產(chǎn)物。盡管這些材料價格較高，但以其優(yōu)良的耐磨性、耐油性及其可靠性等，具有較高的實用價值，因此，其用量在逐漸上升也不足為奇。氟化物的開發(fā)還有很大的潛力和可能性，期待今后能開發(fā)出使用價值更高的氟聚合物。