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氟醚橡膠的結(jié)構(gòu)與耐溫、耐介質(zhì)耐老化性能和摩擦學(xué)性能

2023年06月23日 11:43:22      來(lái)源:奧賽羅密封材料(中國(guó))有限公司 >> 進(jìn)入該公司展臺(tái)      閱讀量:49

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  氟醚橡膠是以全氟烷基乙烯基醚、 偏氟乙烯、四氟乙烯及交聯(lián)單體等為主要原料共聚合成的高分性體。其中不含偏氟乙烯成分的氟橡膠為全氟醚橡膠,其分子結(jié)構(gòu)中不含 C—H。目前,氟醚橡膠主要由乳液共聚法合成。 表 1 列出了幾種典型牌號(hào)氟醚橡膠的結(jié)構(gòu)。

表1

  氟醚橡膠作為應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的密封材料,其性能至關(guān)重要。表 2 對(duì)比了 DuPont 公司生產(chǎn)的 Viton GLT 牌號(hào)氟醚橡膠與北京航空材料研究院研制的 FM-11 氟醚橡膠的部分物理機(jī)械性能。

表2

  耐溫性能

  低溫條件下,橡膠分子的熱運(yùn)動(dòng)會(huì)減弱,其分子鏈及分子鏈段失去彈性,導(dǎo)致橡膠硬度增加,使密封件失去原有的密封性能。Tg 及結(jié)晶性是影響橡膠耐低溫能力的兩方面因素。普通氟橡膠因氟原子極性較高,氟原子之間由吸引力產(chǎn)生的高勢(shì)能會(huì)限制鍵的旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致分子剛性增大,Tg 升高,表現(xiàn)為較差的耐低溫性能,-20 ℃條件下便失去原有高彈性。合成氟醚橡膠所需的全氟烷基乙烯基醚將醚鍵引入聚合體系,使氧原子取代—CF2—基團(tuán),降低氟原子間吸引力,從而改善氟橡膠低溫柔順性,獲得更低溫度下正常工作的可能性,使用溫度可達(dá)-50 ℃。

  王珍等 將 DuPont 公司生產(chǎn)的 Viton GLT型氟醚橡膠、俄羅斯生產(chǎn)的 СКФ-260 型氟醚橡膠與上海有機(jī)氟材料研究所研制的國(guó)產(chǎn)普通 F 246 氟橡膠各方面性能進(jìn)行了對(duì)比,通過(guò)核磁共振 19 氟譜確定了醚鍵的存在,用差示掃描量熱法(DSC)曲線(xiàn)測(cè)定了3 種橡膠生膠的Tg,結(jié)果表明國(guó)外的氟醚橡膠具有更為優(yōu)異的耐低溫性能,壓縮耐寒系數(shù)實(shí)驗(yàn)同樣也證明了這一結(jié)果。此外,熱重分析及老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這 3種橡膠具有相近的耐熱性能。趙媛媛等對(duì)添加不同含量全氟甲基乙烯基醚(PMVE)的氟醚橡膠進(jìn)行了研究,并與 F 246 普通氟橡膠進(jìn)行性能對(duì)比。DSC、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析及低溫拉伸收縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,添加較低含量的 PMVE 在一定范圍內(nèi)效果不明顯。隨著 PMVE 添加量的增加,氟醚橡膠耐溫性能得到改善,但存在上限。同時(shí),PMVE 的加入使氟橡膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能得到顯著提高。表 3列舉了幾種典型牌號(hào)氟橡膠及氟醚橡膠的 Tg。

表3

  橡膠在低溫下會(huì)變脆變硬而失去彈性,此溫度稱(chēng)為脆性溫度。與Tg 一樣,橡膠的脆性溫度也是衡量橡膠制品低溫性能的指標(biāo)之一。程麗君等對(duì)氟醚橡膠的脆性溫度進(jìn)行了硫化壓力和裁切方向兩方面因素的研究,結(jié)果表明,硫化壓力越大,分子鏈排列越規(guī)整,氟醚橡膠的脆性溫度也隨之提高。

  氟醚橡膠含有或部分氟化的主鏈。C—F是的單鍵之一,氟醚橡膠具備的高解離能是其具有優(yōu)異耐氧老化性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的主要原因。何利萬(wàn)等對(duì)氮?dú)庵蟹严鹉z的分解規(guī)律進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)其熱分解溫度與升溫速率有一定關(guān)聯(lián)。趙奇等進(jìn)一步得出氟醚橡膠在氮?dú)庵械臒岱纸鉁囟葧?huì)隨升溫速率的增大而提高的結(jié)論,并與相同條件下空氣中的氟醚橡膠熱分解行為對(duì)比。結(jié)果表明,氟醚橡膠生膠在氮?dú)庵芯哂懈叩姆€(wěn)定性,其熱分解溫度和活化能也更高。

  耐介質(zhì)及耐老化性能

  氟醚橡膠通過(guò)使用乳液共聚的方式將含醚結(jié)構(gòu)單體引入原氟碳分子,使氟橡膠耐低溫性能得到改善。同時(shí),由于四氟乙烯或偏氟乙烯鏈節(jié)仍存在于原分子結(jié)構(gòu)中,未改變?cè)蠓肿又饕瘜W(xué)結(jié)構(gòu),氟醚橡膠仍保留了氟橡膠耐油、耐高溫及耐化學(xué)介質(zhì)等優(yōu)異性能。由于烷烴含量!

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