氟橡膠的密封性能

氟橡膠的密封性能

　　氟橡膠的密封性能

　　【摘 要】氟橡膠的耐寒性能較差，國內外一直在改進氟橡膠低溫性能方面進行了大量工作。

　　美國杜邦公司已開發Viton GL T、Viton ECD -487等，可適應-54℃下的密封。

　　特定的超低溫下的密封，有時也用氟橡膠。

　　【關鍵詞】氟橡膠;O形圈;低溫：壓縮率：密封性能

　　眾所周知，絕大部分的含氟聚合物均可在200℃以上使用。

　　這是因為在氟高分子材料中，氟碳健十分堅固，氟包圍在碳外面形成強有力的保護層，使它不被高溫、油和化學藥劑及氧的破壞和侵襲。

　　因此，它具備極高的穩定性。

　　事實上，以往發表的大量資料都涉及氟橡膠的耐高溫、耐油、耐化學腐蝕、耐氧化等方面的性能，極少涉及到氟橡膠在低溫下的性能特點。

　　本文主要以氟橡膠中量大面廣的維通型氟橡膠(相當于國產氟橡膠2-41和246)的低溫性能作為討論對象，使它更好地應用于低溫工程的密封上，以求拓寬其應用溫度范圍，做到物盡其用。

　　從表面上看，氟橡膠在-20℃左右就失去橡膠的高彈性，它在動態下的使用溫度極限為-29℃，在-32℃左右就變硬發脆。

　　這一點，只能從高分子化學觀念去理解它：碳鍵化合物中的氫原子被氟原子取代之后，碳—碳鍵的旋轉勢壘增高了，分子鍵引起相應的變化，比原來要僵硬些。

　　因此，它的耐低溫的性能也相應降低了。

　　橡膠的玻璃化溫度和脆性溫度是橡膠耐塞性能中的兩個概念。

　　以下簡要介紹氟橡膠的具體情況。

　　(1)維通型氟橡膠的玻璃化溫度，是指氟橡膠由玻璃態向高彈態轉變的溫度。

　　當溫度低于氟橡膠的玻璃化溫度時，氟橡膠不能呈現高彈性，而表現為堅硬玻璃狀物。

　　VitonA(相當于國產氟橡膠26-41)的玻璃化溫度為-20℃，Viton B(相當于國產氟橡膠246)是0℃。

　　(2)維通型氟橡膠的脆性溫度是指在一定條件下，試樣在低溫下受沖擊產生破壞時的最高溫度。

　　它是橡膠的特性溫度，但不能代表橡膠及其制品的工作溫度下限。

　　利用脆性溫度，可以比較不同橡膠材料或不同配方的低溫性能的優劣。

　　國產氟橡膠26-41的脆性溫度為- 32℃左右(此數據是在2mm厚的試樣中得出的數據)。

　　橡膠的脆性溫度與試樣的厚度關系很大，不同厚度下氟橡膠試樣的脆性溫度也不同。

　　試樣厚度/ mm 脆性溫度/ ℃

　　2.0 - 32

　　1.87 - 45

　　0.63 - 53

　　0.25 - 69

　　由此可見，同一種配方的氟橡膠，其試樣越薄，則對低溫性能的抗耐能力越高。

　　特別在一些自動化儀表或裝置上的敏感橡膠控制元件(如氟橡膠膜片，它的厚度為0.1～0.5mm)，可以在-50℃下得到良好的使用效果;用氟橡膠包復的電線，在-60℃下彎曲仍不開裂。

　　這里應該指明的是：用加入增塑劑來改善氟橡膠的低溫性能是不合適的。

　　它僅僅是改善了混煉工藝，減少了耗電量。

　　關于氟橡膠低溫性能的改進：自從美國杜邦公司開發了維通型氟橡膠以來美國空軍致力尋找可以在-54℃～+240工作的密封材料，以求解決高寒地區施工機械(美國阿拉斯加油田的開發和原蘇聯第二條西伯利亞鐵路的施工，它的現場施工機械要求其密封件長期在-48 ℃～-53℃正常工作)的密封問題。

　　另外，航空與航天工作裝備更需要耐寒性能好的氟橡膠。

　　因此，美國杜邦公司和3M公司進行了大量的耐低溫氟橡膠的研究工作。

　　到1978年，新投產的VitonGLT，其動態使用最低溫度為-46℃，而Viton ECD-487則滿足航空密封劑-54℃的要求。

　　在使用氟橡膠油封上，曾經有人擔心低溫下不能密封的問題(因為它在-20℃就變硬了)實際上，氟橡膠油封在-57℃下的低溫試驗中，并未發現破壞和過分磨損。

　　因此，它在低溫下使用是沒有問題的。

　　在特定條件下的超低溫密封，也可以通過氟橡膠去解決。

　　下面介紹有關這方面的試驗和應用例子。

　　氟橡膠用于壓縮型密封中，超低溫的密封與采用的壓縮率是緊緊相聯的。

　　有人做過這樣的試驗：采用Viton A加工的O形圈，當壓縮率為42 %時，在-41℃下就不能密封;而當壓縮率增加到63%時，則在-133℃也能密封;當壓縮率增加到70%時，即使有振動，在-197℃下，也可保持密封。

　　應該注意的是：當壓縮率大于65%時，夾具的設計十分重要。

　　O形圈被擠進到配合面之間的0.05mm間隙內，表面看似乎與密封能力無關，在-197℃下，壓縮率大于65%時，多數O形圈擠出而破壞。

　　這個問題，應該從密封溝槽的設計來加以彌補。

　　(1)KH-1熱釋電儀的密封：該儀器是80年代中國科學院的新產品。

　　主要是解決國內各高等院校的研究儀器，我們為其配用氟橡膠O 形圈，其工作溫度為-150℃～+250℃，經每次使用，密封良好。

　　(2)S-1型液氮輸送器是北京儀器廠設計的。

　　它是解決液氮從杜瓦瓶甘低溫容器輸入到低溫設備(如冷阱)的儀器。

　　該儀器的所有低溫密封均采用氟橡膠O形圈，經多次使用，安全可靠，低溫密封良好。

　　(3)周長半英里的大型粒子加速器的真空室密封，是采用維通型氟橡膠材料，可以達-5到10帕的真空度。

　　它還成功用于-253℃、70大氣壓的氦容器的密封。

　　(4)在靜態無沖擊的條件下，維通氟橡膠O形圈可以在-240℃下使用。

　　(5)美國杜邦公司的彈性體手冊介紹：Viton A用于靜密封時，即使在-273℃下也可滿足要求”。

　　總之，氟橡膠由于受到分子結構的限制，它的低溫性能不太好。

　　在低溫動態密封中，應盡量利用它具有高彈性的溫度區段進行使用;在靜態密封中，只要無沖擊，采用合理的結構設計，氟橡膠可以解決-273℃的密封因此，正確使用氟橡膠，可以在低溫工程的密封上，發揮更大的作用。

　　參考文獻

　　[1]蔡樹銘.氟橡膠的性能和加工要點.化工新型材料，2005，26(12)：14

　　[2]朱敏.橡膠化學與物理.北京：化學工業出版社，2007.71

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