Viton氟橡胶的性能及应用

Viton氟橡胶的性能及应用

Viton氟橡胶是在1957年为了满足航空工业对高性能密封要求的需要而发展起来的。从那时起，氟橡胶就迅速地应用到汽车工业、化学工业等其他的工业领域。经过40多年的应用，证明Viton氟橡胶在耐热、耐腐蚀方面具有优异的性能。其硫化胶的一些主要特点如下：(1)Viton氟橡胶能够在高温下工作，此时提供的物理机械性能优于大多数其他弹性体。温度的升高对于氟橡胶耐油、耐化学品性能的影响也相对小一些。即使连续在204℃或者间歇在260℃烘箱内老化后氟橡胶还会保持一定的弹性。高温下的使用条件通常为232℃×3000h、260℃×100h、288℃×240h、316℃×48h。

(2)在动态条件下使用氟橡胶一般温度可低至-18到-23℃，但是特定的胶料在静态下使用温度可低至-54℃。已有实验证明Viton氟橡胶在接近绝对零度的条件下作为静密封制品来使用时，其性能还是令人满意的。

(3)在所有工业化的弹性体当中，氟橡胶耐液体和化学介质的性能比任何非氟弹性体都好，它具有优异的耐油、耐航空燃油、耐润滑剂、耐大多数矿物油的能力。氟橡胶对于大多数的物质都具有很低的渗透性，在低抗氧化汽车燃油渗透方面也有出色的表现。脂肪族和芳香族的烃类是一般弹性体的溶剂，但Viton橡胶对它们却有很好的耐久性。

(4)即使在高温条件下，Viton橡胶仍具有优越的压缩永久变形性能。

(5)优异的耐大气、光、氧化老化的性能，良好的耐霉菌、耐真菌性能，在低压低频下使用时具有良好的电性能，比非氟弹性体具有更好的固有的阻燃性能。

1 Viton氟弹性体的型号和种类

Viton氟弹性体主要有三种型号，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型氟弹性体结构设计上是不同的，不同的单体共聚比决定了最终聚合物氟含量的不同，进而导致它们对液体和化学介质的耐久性也各不相同。一般情况下通用类型氟弹性体对于大多数的矿物酸、碱、芳香烃类都具有良好的耐久性。氟含量越高，体积溶胀就越小。对于通用类型和特种类型氟弹性体的一个最重要的差别就是在对于小分子含氧溶剂抵抗能力上的不同。

如上所述，随着氟含量的提高，耐介质性能相应提高。表1中的数据就很清楚地说明了这一点。但是随着氟含量的提高，聚合物低温曲挠性也随之下降，因此最终的硫化胶必须在低温性能和耐介质性能两者之间均衡处理。为了满足既需要有良好耐介质性能又需要有良好的低温性能的要求，开发了一种新的含氟化乙烯醚单体的聚合物。与一般类型的氟弹性体相比，它具有更好的低温曲挠性能。1976年生产的VitonGLT是第一个含氟化乙烯醚单体的工业化的氟弹性体。这种聚合物在耐热、耐介质方面具有与VitonA一样的优越性能；VitonGELT与VitonGLT相似，具有良好的低温柔软性，在耐液体介质方面与其他的F型一样优异。

表1 氟含量对耐介质和低温性能的影响

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━普通类型特殊类型

─────── ─────────────

A B F B70 GLT GFLT ETP

─────────────────────────────

氟质量分数，% 66 68 70 66 64 67 67

体积变化率，%，23℃×168h

燃油C 4 3 2 5 5 2 4

甲醇90 40 5 90 90 5 5

甲乙酮>200 >200 >200 >200 >200 >200 19

30%KOH 试样损坏14

低温回缩

TR-10，℃* -17 -13 -6 -19 -30 -24 -12

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━注：硫化胶硬度75度，30份N990炭黑填充

通常含偏氟乙烯的氟弹性体会被高pH值的物质破坏，包括腐蚀剂和一些胺类物质。此外通用类型的氟橡胶对小分子羰基类(甲乙酮、丙酮、甲基叔丁基醚等)的耐久性不好。为了解决这个问题，特种Viton 氟弹性体ETP-500和ETP-900在1998年就被工业化生产。它由乙烯、四氟乙烯(TFE)、全氟甲基乙烯基醚(PMVE)共聚而成。这种特殊的单体共聚物提供了一种极其优异的耐介质性能，与一般的氟弹性体不同的是它能够抵抗小分子酯、酮、醛的侵蚀。由于这种材料本身具有极好的耐腐蚀性，所以在高腐蚀性的溶剂和胺类物质中的体积溶胀和物性下降就较小。

2 Viton氟弹性体的硫化体系

硫化胶最终物理机械性能的差异，除了与生胶类型有关外，配合剂的不同也会产生重要的影响，其中影响最大的就是交联剂，或者说是硫化体系。

自1957年开始，首先用于Viton氟橡胶的硫化剂是胺类硫化剂(diak-1)，通常这类硫化剂的硫化速度较慢，且不能提供较好的压缩永久变形。当然也具有一些优点，比如极好的高温拉伸强度和与金属骨架良好的粘合性能。现在绝大多数的氟弹性体都是采用双酚AF来交联的，它在1970年首先用在预配硫化剂的混炼胶-VitonE-60C中。采用这种硫化剂的胶料表现出了硫化速度快、焦烧安全性好及压缩永久变形小的特点。在1987年一种改进的双酚类的硫化剂开始在几种不同的预混胶中使用，它们是：Viton A-201C、A-202C、A-401C、A-402C。这种改进的硫化剂与用在VitonE-60和E-430中的双酚硫化系统相比，具有硫化速度加快，脱模性能得到改善，压缩永久变形性能也有轻微的提高等特点。自1993年起，又生产了一些含这种改进硫化剂的预混胶：Viton A-331C、A-361C、B-201C、B-601C、B-651C。在1976年随着VitonGLT的投产，使用过氧化物硫化氟弹性体第一次变为现实。对于GLT和GFLT聚合物来说，采用胺类或双酚类硫化体系都不能快速硫化，但是采用过氧化物就可以快速硫化并赋予硫化胶良好的物理机械性能。在VitonGF、GBL-200、GBL-900中使用过氧化物硫化，能够提高硫化胶耐汽车润滑油、耐水蒸汽、耐强酸的能力。对同一种聚合物使用过氧化物硫化体系和双酚类硫化体系比较，在耐其他液体及化学介质方面并没有明显的差异。

采用不同硫化体系的胶料在加工特性和物理机械性能方面的差异见表2。

表2 不同硫化体系的性能比较

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加工特性及物性胺类双酚类过氧化物类