氟橡胶的加工技术

高分子合成材料的氟橡胶合成技术并不是最难的，最关键之处在于氟橡胶的改性和加工技术。随着科技发展，国内外开发多种类型的氟橡胶，主要是通过改变聚合单体来实现氟橡胶的不同组成和性能。除单体组成外，加工过程中的硫化体系是决定氟橡胶物理性能的关键因素之一。目前已开发出的硫化体系有3 种：分子中含有2 个氨基的二胺化合物、含有2 个羟基的多元醇化合物、过氧化物及多官能化合物。其中，使用最为广泛的是多元醇硫化体系，所使用的多元醇只限于双酚AF。与传统的二胺硫化体系相比，多元醇体系具有压缩永久变形小和抗焦烧安全性高两大优点。过氧化物硫化体系中的交联点含有更稳定的C—C键，因此其硫化胶的耐化学药品的腐蚀性能更加优越。此外，含有醚的单体耐寒级氟橡胶，由于要从偏氟乙烯键上脱除氟化氢，所以必须采用过氧化物来进行硫化。
    （1）氟橡胶的配方一般是由生胶、吸酸剂、硫化剂、促进剂、补强填充剂、加工助剂等组成。国产氟橡胶和国外的氟橡胶的性能基本相同，只是加工性能有些差异。国产胶的加工性能较差，主要是穆尼粘度较高，影响胶料加工流动性。国产氟橡胶26 相当于美国杜邦公司的VitonA，氟橡胶246 相当于VitonB。国外的氟橡胶生胶，有不少已加好了硫化剂，美国3M 公司和日本大金公司供应的氟橡胶已经加好了硫化剂。
    （2）硫化是使氟橡胶产生一定程度的交联，使其具有良好的使用性能。氟橡胶硫化可以采用亲核试剂的离子加成机理进行，也可以以过氧化物或射线以自由基机理进行。胺类化合物（1 号、3 号硫化剂）硫化氟橡胶，可以解决一般产品的要求；采用2 号硫化剂，可以解决胶浆的加工。在密封制品中，为使其有较小的压缩变形值，应优先选用酚类化合物作为硫化剂。如对苯二酚、双酚A、双酚AF 等，并配用相应的促进剂，以适合高层次的性能要求。在解决腐蚀介质的抗耐性上，建议采用过氧化物硫化氟橡胶。
    （3）吸酸剂也称为稳定剂，是为了解决氟橡胶加工过程产生氟化氢对金属的腐蚀和污染，使硫化反应顺利进行。Ca（OH）2等。一般采用MgO、CaO、ZnO、PbO、二盐基亚磷酸铅，其用量一般在5～10 份。它们的加入各有特点： MgO 耐热性好；PbO 耐酸性好； CaO 压缩变形小；对消除气泡有利； ZnO 和二盐基亚磷酸铅，胶料流动性得到改善，耐水性好； Ca（OH）2压缩变形小，加入Ca（OH）2和活性MgO，在酚类硫化体系中，可得到低压缩变形的胶料。总之，要选择合适的吸酸剂，以满足实际性能的要求。
    （4）氟橡胶是一种自补强性能的橡胶。由于性能要求和用途的不同,需要通过补强、填充体系进行调节,使其功能和成本适应用户的需要,一般用量在10～30 份之间。目前常用的补强填充剂大致上有热裂法炭黑、喷雾碳黑、白炭黑、硫酸钙、硫酸钡、氧化钙、炭纤维等。用加拿大进口的N990 炭黑或喷雾碳黑，在黑色制品中均取得较好的加工工艺和相应的物理性能。加入20 份炭纤维的氟橡胶,胶料流动性好，加工硫化复杂形状产品之后,其外观好于N-990 和喷雾碳黑，表面光滑。由于炭纤维的胶料导热系数大，适合高速运动橡胶件的使用。应该指明的是，加入碳纤维的成本高，其伸长率低。彩色氟橡胶制品可以使用白炭黑、钛白、氟化钙、碳酸钙等，并配用相应的颜料即可得到相应的胶料。但在加工压缩型密封制品时，在选用彩色原料时，要注意颜料与高温的合理匹配，还要控制胶料的压缩变形值，以使产品适应压缩下的工作需要。
    （5）加工助剂是近年来氟橡胶加工的一大进步。它是在不影响胶料发挥的前提下，能改善氟橡胶的混炼工艺，防止焦烧，改进胶料的流动性和压出性能，并能在加工中防止粘辊、粘模，起到外脱模剂的作用。在氟橡胶的加工中，已出现过氟蜡、低分子聚乙烯、硬脂酸锌、Ws280、棕榈蜡、模特丽935P 等新的加工助剂，为氟橡胶的加工和应用提供了新的手段。它的加入量一般只有1～2 份。
    硫化剂加入量及其作用因为硫化体系、氟橡胶类型不同而有所不同，目前国内外主要采用多元醇硫化体系。增塑剂，国内通常使用硬脂酸盐或低相对分子质量氟橡胶。当胶料用量大，自动化程度高的挤出或注塑模压过程中，容易发生焦烧，同时需添加一定量的防焦剂。通常选用对硝基苯酚、对硝基苯甲酸、邻羟基苯甲酸和防焦剂NA。促进剂，使用多元醇硫化体系要求促进剂既要在混炼和加工阶段有较好的焦烧性能，又要具有较快的硫化速率。
    （6）改性。尽管氟橡胶具有许多的优异性能，但也存在模压流动性差、易压缩变形、生胶加工工艺性能和硫化胶的物理性能不好等不足。为了解决氟橡胶的流动性，可以采用高相对分子质量和低相对分子质量氟橡胶合用，也可通过工艺调整，生产出宽相对分子质量分布的氟橡胶。为解决氟橡胶的压缩永久变形性能，可通过添加硫化的交联剂、促进剂和耐热助剂的方法使氟橡胶获得低的压缩永久变形性，从而解决并提高氟橡胶的物理机械性能。另外，还有采取添加无机填料的方式来对氟橡胶进行改性。
    丙烯酸酯橡胶是氟橡胶或丙烯酸酯橡胶与丙烯酸酯塑料共混形成的新型热塑性弹性体。丙烯酸酯橡胶主要用于汽车工业而被称之为“汽车胶”。氟橡胶也主要应用于汽车。因此将氟橡胶与价格相对较低的丙烯酸酯橡胶共混，可以在保证性能不下降的前提下显著降低生产成本。含环氧化物硫化点的丙烯酸酯橡胶通过偶极－偶极相互作用，与氟橡胶形成可混溶的共混胶，从而改善了共混胶的力学性能。