氟橡膠的性能及其應用
氟橡膠的性能及其應用
氟橡膠具有耐高溫、耐油及耐多種化學藥品侵蝕的特性，是現代航空、導彈、火箭、宇宙航行等**科學技術不可缺少的材料。近年，隨著汽車工業對可靠性、**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）是指主鏈或側鏈的碳原子上含有氟原子的合成高分子彈性體。早期的氟橡膠為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，沒有實際工業價值。50年代后期，美國Thiokol公司開發了一種低溫性好，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應用。此后，隨著技術進步，各種新型氟橡膠不斷開發出來。
中國從1958年開始也開發了多種氟橡膠，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**配套需要出發，逐步推廣應用到民用工業部門。
主要性能
化學穩定性佳
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、磷酸類液壓油。23型氟膠的介質性能與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好。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。據報導，DuPont開發的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。
真空性能優良
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型氟橡膠已成功應用在10-9乇的真空條件下。
機械性能優良
氟橡膠具有優良的物理機械性能。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長久變形大，但是如果以相同條件比較，如從150℃下的同等時間的壓縮長久變形來看，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，所以總體表現出來的透氣性也小。據報導，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結構所致，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來表示。膠料的配方以及產品的形狀（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為交聯效應，23型氟橡膠則表現為裂解效應。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、耐多種化學藥品的特點，已應用于現代航空、導彈、火箭、宇宙航行、艦艇、原子能等**技術及汽車、造船、化學、石油、電訊、儀儀、機械等工業領域。
典型應用
氟橡膠密封件，用于發動機的密封時，可在200℃~250℃下長期工作，在300并下短期工作，其工作壽命可與發動機返修壽命相同，達1000~5000飛行小時（時間5~10年）；用于化學工業時，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℃的蒸汽介質中長期工作。在單晶硅的生產中，常用氟橡膠密封件以密封高溫（300℃）下的特殊介質—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。
在高真空應用方面，當飛行高度在200~300Km時，氣壓為133×10-6Pa（10-6mmHg），氯丁橡膠，丁橡膠、丁基橡膠均可應用；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用。一般在高真空或超高真空裝置系統使用前，需經過高溫烘烤處理，26型、246型氟橡膠能承受200℃~250℃高溫老化，因此成為高真空設備及宇宙飛行器中主要的橡膠材料。
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（如氯化烴及其它氯化物）的輸送、導引等。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，作為煉油廠的內浮頂貯罐用軟密封件，起到密封、減少油液面的揮發損失等作用。
23型、四丙型氟橡膠主要用作耐酸、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制品和密封制品，以溶液形式作為不燃性涂料，應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腐蝕性，在****技術中得到廣泛應用。
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、耐燃燒和耐化學腐蝕性的場合。
汽車工業
近年來，隨著汽車工業飛速發展，汽車發動機室的溫度增高，改性燃料和強腐蝕性發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。
為了提高汽車發動機的功率，節約燃料，保證汽車行駛的**性，新的燃料噴射系統出現。在此系統中，汽車從油箱流入發動機，然后又返回油箱循環流動，汽油與氧混合會產生氫過氧化物。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生劣化變質。
表1 燃油C的滲透率
**各國每年都制訂新的環境保護法規。汽車的總烴排出量受到日益嚴格的限制，汽車工業越來越難滿足這方面的要求。在美國，汽車必須經SHED（密封箱蒸發量測定）試驗合格。氟橡膠對烴類的滲透有極優良的阻隔性（表1），在燃油膠管結構中覆以氟橡膠層，即可減少烴的滲透量。
汽車燃料系統的制品，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品進行改進。如今，全氟醚橡膠已經開發上市，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。
汽車行業都密切關注燃料的甲醇化，都急切地開展可能適應任何燃料的FFV（Flexible FuelVehicle）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生溶脹，但隨著氟含量的降低，在低溫區域下的溶脹就變大，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生的甲醇結合體與氟含量為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展而成長的產物。盡管這些材料價格較高，但以其優良的耐磨性、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。氟化物的開發還有很大的潛力和可能性，期待今后能開發出使用價值更高的氟聚合物。