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提高氟矽橡膠耐寒性的8個方法
日期：2025-06-08 07:30
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摘要：
氟矽橡膠是一種由矽氧鍵形成主鏈，而鍘鏈上含有三氟烷基的高聚物，它的聚合法方法與二甲基矽橡膠相似，是用環狀矽氧烷開環聚合法製造的。氟矽橡膠的耐熱性及耐藥品性不如其他氟橡膠，但由於其主鏈含有矽氧鍵，而側基上又含有氟原子，它兼有兩者的優點，因而可以在-60℃-200℃非常寬的溫度區域中使用，且耐燃料油特性優良，對甲醇溶脹小，但缺點是物理機械特性比其他氟橡膠差。
一、橡膠並用
將氟矽橡膠與一些通用橡膠、特種橡膠並用，能夠改善氟橡膠彈性低、耐寒性差、價格昂貴等缺點，獲得特性優異而成本較低的材料。由於氟橡膠自身結構上的特點，使得共硫化體係選擇比較困難，且並用後會部分降低氟橡膠的獨有特性，因此，國內外在並用方麵的研究開展的並不廣泛，其中能夠提高氟橡膠的耐寒性的並用體係主要有以下幾種。
二、氟矽橡膠/乙丙橡膠並用
二元乙丙橡膠和三元乙丙橡膠均能與氟橡膠進行並用改性，研究較多的是用於四丙氟橡膠的改性。與四丙氟橡膠相比，乙丙橡膠也具有極高的化學穩定性、耐熱、耐候、耐水、耐水蒸氣、耐化學藥品等許多優良特性，但它的典型特點是耐極性介質特性較好，且低溫特性優越。四丙氟橡膠相當於乙烯分子的氟取代物與丙烯的共聚物，因此兩者在組成結構上的相似，為兩者的並用提供了相容性基礎。據資料介紹，將四丙氟橡膠與二元或三元乙丙橡膠並用，能夠提高四丙氟橡膠的耐寒性和彈性，改善加工工藝特性並降低材料的成本。但由於二者的極性相差很大，合理解決共混物的共硫化是並用成功的關鍵。
三、氟矽橡膠/氟醚橡膠並用
為改善氟橡膠的低溫特性，國外已於20世紀70年代初合成出氟醚橡膠，其低溫特性較氟橡膠有明顯改善，如Viton GLT氟醚橡膠的Tg較氟橡膠F246降低了約14℃，但其價格較高。北京航空材料研究院通過橡膠並用技術並用少量氟醚橡膠研製出氟橡膠FX-13，改善了氟橡膠的耐寒性，其脆性溫度可達-45℃，且其他物理機械特性優良。通過並用氟醚橡膠不僅有效地改善了氟橡膠的耐寒性，而且其價格也比氟醚橡膠大大降低。
四、氟矽橡膠/矽橡膠並用
矽橡膠是指分子主鏈以-Si-O-鍵為主，而側基為有機基團(主要是甲基)的一類線形聚合物，是一種兼具無機和有機性質的高分子彈性體。由於其分子結構的特殊性，與其他橡膠相比，矽橡膠具有優異的耐熱性、彈性、耐寒性，優良的脫模性、電氣性、透氣性、導熱性、防水性及良好的溫度穩定性。將矽橡膠與氟橡膠並用，可獲得兼具二者特性的並用膠，可明顯改善氟橡膠耐寒性和彈性差的缺點，如日本合成橡膠公司開發的JSR-JENIXF係列氟橡膠/矽橡膠並用膠具有優良的耐熱性、耐寒性、耐油性、耐水性和耐蒸氣性，且價格相對較低。
五、添加合適的增塑劑
增塑劑是耐寒橡膠製品配方設計中除生膠之外，對耐寒性影響*大的配合劑。研究表明，加入增塑劑能提高橡膠分子鏈的柔性，從而改善硫化膠的耐寒性。一般加入凝固點較低的增塑劑，可降低硫化膠的玻璃化溫度；反之，若增塑劑的凝固點溫度較高，則可使硫化膠的玻璃化溫度提高。從提高硫化膠耐寒性的角度出發，增塑劑的選擇，必須充分估計增塑劑對玻璃化溫度的影響。
增塑劑的類型和用量，是由 矽橡膠製品 及品種的耐寒性指標決定的。在耐寒性較差的極性橡膠中加入適當的增塑劑，通過增塑劑的極性基團與極性橡膠分子鏈中的極性基團相互作用，降低了極性橡膠分子間的作用力，使分子鏈段易於運動，從而可獲得較好的低溫特性。但對於氟橡膠來說，由於其分子結構高度穩定，采用一般的增塑劑對它不起作用，況且在200-250℃下進行二段硫化的過程中增塑劑會揮發掉，因此能夠應用在氟橡膠中的增塑劑種類極為有限：一種是使用低相對分子質量的含氟烯烴共聚物，亦即氟蠟，作為氟橡膠的增塑劑。如在異戊橡膠與氟橡膠的並用體係中，若加入預先製備的低分子增塑劑ΦNA(由異戊橡膠與氟橡膠在特殊結構的反應器中力學降解製得)，則可明顯提高並用膠的耐寒性。另一種是采用含氟酸酯，如氟化己二酸酯作為氟橡膠的增塑劑。該種增塑劑由於分子結構中含有氟，與氟橡膠具有較好的親和性，因此能夠改善配合劑的分散和膠料的加工特性，但它的*大優點是在對硫化膠的物理機械特性無明顯影響的前提下，可明顯改善氟橡膠的耐寒性，使氟橡膠製品能夠在-50℃的溫度下使用。
六、氟橡膠/順式異戊橡膠並用
將順式1，4-聚異戊二烯與不同結構的氟橡膠並用可用於生產橡膠密封件。在此類並用膠中，隨著氟橡膠與異戊橡膠並用比的變化，並用膠可表現出不同的特性。當氟橡膠含量低於50份時，異戊橡膠為連續相，並用膠具有良好的耐寒性，但其耐油性較差，該缺點可通過采用合適的硫化方法(如動態硫化方法)來加以改善。采用動態硫化法，可合理控製並用膠的耐油、耐寒性。
七、選用合適的硫化體係
氟橡膠所用的硫化體係目前大體上可分為3類：胺類、酚類和有機過氧化物類。據資料報道，對於三愛富公司生產的F246係列氟橡膠，當采用單一硫化劑作為硫化體係時，無論是選用胺類、酚類還是過氧化物類硫化劑，對氟橡膠的低溫特性影響都不是很明顯，差異也不大。對於不同的氟橡膠品種與不同的硫化體係配合，及采用不同的硫化方法對氟橡膠耐寒性的影響還有待於進一步研究。
八、選用合適的填充劑
一般來說，加入填充劑不會明顯改變橡膠的玻璃化轉變溫度，填充劑對橡膠耐寒性的影響，取決於填充劑和橡膠相互作用後所形成的結構。活性炭黑粒子和橡膠分子之間會形成不同的物理吸附鍵和牢固的化學吸附鍵，會在炭黑粒子表麵形成生膠的吸附層(界麵層)，該界麵層的特性與玻璃態生膠的特性十分接近，限製分子鏈的運動，使被吸附生膠的玻璃化溫度上升，阻礙鏈段構型的改變，因此，不能指望加入填充劑來改善氟橡膠的耐寒性。
一、橡膠並用
將氟矽橡膠與一些通用橡膠、特種橡膠並用，能夠改善氟橡膠彈性低、耐寒性差、價格昂貴等缺點，獲得特性優異而成本較低的材料。由於氟橡膠自身結構上的特點，使得共硫化體係選擇比較困難，且並用後會部分降低氟橡膠的獨有特性，因此，國內外在並用方麵的研究開展的並不廣泛，其中能夠提高氟橡膠的耐寒性的並用體係主要有以下幾種。
二、氟矽橡膠/乙丙橡膠並用
二元乙丙橡膠和三元乙丙橡膠均能與氟橡膠進行並用改性，研究較多的是用於四丙氟橡膠的改性。與四丙氟橡膠相比，乙丙橡膠也具有極高的化學穩定性、耐熱、耐候、耐水、耐水蒸氣、耐化學藥品等許多優良特性，但它的典型特點是耐極性介質特性較好，且低溫特性優越。四丙氟橡膠相當於乙烯分子的氟取代物與丙烯的共聚物，因此兩者在組成結構上的相似，為兩者的並用提供了相容性基礎。據資料介紹，將四丙氟橡膠與二元或三元乙丙橡膠並用，能夠提高四丙氟橡膠的耐寒性和彈性，改善加工工藝特性並降低材料的成本。但由於二者的極性相差很大，合理解決共混物的共硫化是並用成功的關鍵。
三、氟矽橡膠/氟醚橡膠並用
為改善氟橡膠的低溫特性，國外已於20世紀70年代初合成出氟醚橡膠，其低溫特性較氟橡膠有明顯改善，如Viton GLT氟醚橡膠的Tg較氟橡膠F246降低了約14℃，但其價格較高。北京航空材料研究院通過橡膠並用技術並用少量氟醚橡膠研製出氟橡膠FX-13，改善了氟橡膠的耐寒性，其脆性溫度可達-45℃，且其他物理機械特性優良。通過並用氟醚橡膠不僅有效地改善了氟橡膠的耐寒性，而且其價格也比氟醚橡膠大大降低。
四、氟矽橡膠/矽橡膠並用
矽橡膠是指分子主鏈以-Si-O-鍵為主，而側基為有機基團(主要是甲基)的一類線形聚合物，是一種兼具無機和有機性質的高分子彈性體。由於其分子結構的特殊性，與其他橡膠相比，矽橡膠具有優異的耐熱性、彈性、耐寒性，優良的脫模性、電氣性、透氣性、導熱性、防水性及良好的溫度穩定性。將矽橡膠與氟橡膠並用，可獲得兼具二者特性的並用膠，可明顯改善氟橡膠耐寒性和彈性差的缺點，如日本合成橡膠公司開發的JSR-JENIXF係列氟橡膠/矽橡膠並用膠具有優良的耐熱性、耐寒性、耐油性、耐水性和耐蒸氣性，且價格相對較低。
五、添加合適的增塑劑
增塑劑是耐寒橡膠製品配方設計中除生膠之外，對耐寒性影響*大的配合劑。研究表明，加入增塑劑能提高橡膠分子鏈的柔性，從而改善硫化膠的耐寒性。一般加入凝固點較低的增塑劑，可降低硫化膠的玻璃化溫度；反之，若增塑劑的凝固點溫度較高，則可使硫化膠的玻璃化溫度提高。從提高硫化膠耐寒性的角度出發，增塑劑的選擇，必須充分估計增塑劑對玻璃化溫度的影響。
增塑劑的類型和用量，是由 矽橡膠製品 及品種的耐寒性指標決定的。在耐寒性較差的極性橡膠中加入適當的增塑劑，通過增塑劑的極性基團與極性橡膠分子鏈中的極性基團相互作用，降低了極性橡膠分子間的作用力，使分子鏈段易於運動，從而可獲得較好的低溫特性。但對於氟橡膠來說，由於其分子結構高度穩定，采用一般的增塑劑對它不起作用，況且在200-250℃下進行二段硫化的過程中增塑劑會揮發掉，因此能夠應用在氟橡膠中的增塑劑種類極為有限：一種是使用低相對分子質量的含氟烯烴共聚物，亦即氟蠟，作為氟橡膠的增塑劑。如在異戊橡膠與氟橡膠的並用體係中，若加入預先製備的低分子增塑劑ΦNA(由異戊橡膠與氟橡膠在特殊結構的反應器中力學降解製得)，則可明顯提高並用膠的耐寒性。另一種是采用含氟酸酯，如氟化己二酸酯作為氟橡膠的增塑劑。該種增塑劑由於分子結構中含有氟，與氟橡膠具有較好的親和性，因此能夠改善配合劑的分散和膠料的加工特性，但它的*大優點是在對硫化膠的物理機械特性無明顯影響的前提下，可明顯改善氟橡膠的耐寒性，使氟橡膠製品能夠在-50℃的溫度下使用。
六、氟橡膠/順式異戊橡膠並用
將順式1，4-聚異戊二烯與不同結構的氟橡膠並用可用於生產橡膠密封件。在此類並用膠中，隨著氟橡膠與異戊橡膠並用比的變化，並用膠可表現出不同的特性。當氟橡膠含量低於50份時，異戊橡膠為連續相，並用膠具有良好的耐寒性，但其耐油性較差，該缺點可通過采用合適的硫化方法(如動態硫化方法)來加以改善。采用動態硫化法，可合理控製並用膠的耐油、耐寒性。
七、選用合適的硫化體係
氟橡膠所用的硫化體係目前大體上可分為3類：胺類、酚類和有機過氧化物類。據資料報道，對於三愛富公司生產的F246係列氟橡膠，當采用單一硫化劑作為硫化體係時，無論是選用胺類、酚類還是過氧化物類硫化劑，對氟橡膠的低溫特性影響都不是很明顯，差異也不大。對於不同的氟橡膠品種與不同的硫化體係配合，及采用不同的硫化方法對氟橡膠耐寒性的影響還有待於進一步研究。
八、選用合適的填充劑
一般來說，加入填充劑不會明顯改變橡膠的玻璃化轉變溫度，填充劑對橡膠耐寒性的影響，取決於填充劑和橡膠相互作用後所形成的結構。活性炭黑粒子和橡膠分子之間會形成不同的物理吸附鍵和牢固的化學吸附鍵，會在炭黑粒子表麵形成生膠的吸附層(界麵層)，該界麵層的特性與玻璃態生膠的特性十分接近，限製分子鏈的運動，使被吸附生膠的玻璃化溫度上升，阻礙鏈段構型的改變，因此，不能指望加入填充劑來改善氟橡膠的耐寒性。
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