全氟醚橡胶及其制品在密封行业的应用

高燕,向宇

(1.广州机械科学研究院有限公司，广东广州 510700；2.国家橡塑密封工程技术中心，广东广州 510700)



全氟醚橡胶及其制品在密封行业的应用

高燕1,2,向宇1,2

(1.广州机械科学研究院有限公司，广东广州 510700；2.国家橡塑密封工程技术中心，广东广州 510700)

全氟醚橡胶以其优异的耐介质性能和耐热性能为大家熟知，介绍全氟醚橡胶的发展和耐介质、耐温性能，就其在密封行业的应用概况做详细介绍，并列举多个知名密封制品企业的产品情况。

全氟醚橡胶；密封行业；应用

0　前言

1　全氟醚橡胶的历史发展

美国杜邦公司于20世纪60年代率先开发出FFKM，至1975年才正式命名为“Kalrez”并投入商业化应用，这种橡胶是由四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚以及一种带交联点的共聚单体的三元共聚物。20世纪90年代，杜邦公司采用TFE、PMVE及其他单体共聚开发了低温性能改善型Zalrez，其连续使用温度范围为-50～250 ℃。

随着日本航空航天技术发展对全氟醚橡胶的需求，大金公司在购买俄罗斯全氟醚专利的基础上，通过二次开发改进，合成了名为“Daielperflour”的全氟甲基乙烯基醚和四氟乙烯的二元全氟醚橡胶。

为了解决火箭发动机中密封件的问题，我国在20世纪70年代开始开展全氟醚橡胶的研究。初期四川晨光化工研究院参照杜邦公司全氟醚橡胶的合成路线开展研究，即采用CO与F2先制备CF3FO，再合成PMVE；但由于该技术合成路线较长，且生产过程中毒性很大，并不适合工业化生产，并且得到的材料交联点刚性大，不利于硫化过程中网状结构的建立，故而该研究最终放弃。1985年，航天703所(航天材料及工艺研究所)加入了全氟醚橡胶的研究，并成功研制了F-400型全氟醚橡胶；随后航空621所(北京航空材料研究院)也开展了全氟醚橡胶的相应研究工作。其中航天703所研制的7110全氟醚橡胶的低温性能尤其突出，可在-45～350 ℃内满足密封要求，且对火箭发动机用的N2O4具有良好的耐受性，在N2O4中浸泡90d后期质量变化率低于40%，目前已在我国运载火箭的密封件中成功应用；另外其研制的7114橡胶材料密封件可在含偏二甲肼火箭密封体系中运用，其适用温度也可达-45～350 ℃。但是从目前国内外的研究水平和应用情况来看，我国的全氟醚橡胶与美国杜邦等公司的产品相比还存在一定的差距，特别是高端产品系列的质量和性能还有待进一步改善和提升[2-6]。

2012年FFKM的全球产能约大于100t，具体分布情况如表1所示，同年全球FFKM的表观消费量约40t[7-8]。

表1　2012年国内外FFKM 生产企业情况

2　全氟醚橡胶的性能和应用

2.1耐化学介质性

从分子结构上看，由于全氟醚橡胶的大分子链上没有氢原子而使其整体表现出强惰性；另外由于F原子的半径比取代前的H原子大很多，大分子链在排列时呈成螺旋状，C—C键基本被F原子组成的外壳所包围，而使得FFKM材料表现出显著的耐化学介质性能。类似于PTFE，FFKM能耐受几乎所有的化学介质，包括各种醚、酮、芳香类、强酸强碱以及其他橡胶所不能耐受的各类溶剂如卤代烃等。但FFKM对一些强氧化剂和还原剂也有不耐受现象，如在HCFC、CFC、氟油、三氟氯乙烯油等介质中会产生溶胀；与气态或者熔融液态的碱金属接触会发生剧烈反应而遭到破坏，甚至导致爆炸。

表2列举了常见的橡胶材料对各介质相容性的对比，表3 为全氟醚橡胶和普通氟橡胶的耐介质性能对比。

此外，全氟醚橡胶的硫化胶还具有对气体和液体的低渗透性和良好的耐燃烧性能、电气绝缘性能、较低的摩擦磨损性能及热传导率等[9-12]。

表2　一些橡胶材料的耐溶剂性

注：A表示10%以下的溶胀(包括不溶胀)，介质对橡胶性能影响不明显；B表示体积溶胀率10%～20%，材料的性能受到一定程度的影响，但基本可用，只是产品寿命可能会缩短；C表示材料对该介质耐受性较差，要根据实际情况分析是否可用；D表示该材料不能用于该介质环境

表3　全氟醚橡胶和氟橡胶的耐介质性能对比

注：ΔV为在室温条件下，经过168h不同溶剂浸泡后测得的体积变化率

2.2耐温性能

全氟醚橡胶一般具有较宽的耐温等级，但也会因不同的品牌和牌号而略有差别：索尔维的全氟醚橡胶耐高温可达310 ℃，其耐低温性能也有独特的优点；杜邦全氟醚橡胶最高可耐327 ℃，跟PTFE同等级；旭硝子的全氟醚也具有良好的耐高温性能；俄罗斯生产的CKX-460H低温性能优异，其使用温度范围为-40～300 ℃；美国3M公司Dyneon系列的FFKM的使用温度可达-30～326 ℃[13-14]。

2.3全氟醚橡胶的应用

由于全氟醚橡胶的结构性能特点，使其可以满足多种工况

条件，尤其是具有苛刻使用条件的领域，如航空航天、采油炼油、化工生产、半导体制造业、机械制造及核工业等。在使用过程中，FFKM往往主要制备成密封圈、密封垫片、特型密封件、膜片、皮碗、管、带等，其中FFKM在部分领域的应用及性能特点见表4[15-18]。

表4　全氟橡胶的主要应用领域及性能特点

3　全氟醚制品

随着我国航空航天和高端装备制造业的快速发展，目前国内对高性能全氟醚橡胶的应用需求逐年增多。目前国内市场上的全氟醚橡胶材料和制品主要来自美国杜邦、意大利索尔维、国外知名密封件供应商如FreudenbergandNOK公司(Simrit)、Parker公司(Parofluor)、英国PPE公司(Perlast)、Trelleborg公司(Isolast)、美国GreeneTweed公司等，另外国内为数不多的生产厂家如北京拉斯特、深圳新唐等也提供部分全氟醚橡胶制品。FFKM主要生产厂家各牌号的产品特点总结如下：

杜邦公司作为行业内的标杆，其全氟醚材料的种类和覆盖面较宽，可适用于各种不同温度、不同介质的场合。杜邦生产的全氟醚橡胶(Kalrez)各牌号性能特点如表5所示[19-23]。

表5　Kalrez各牌号性能特点

表6　Simrit各牌号特点

Parker公司的全氟醚牌号也不多，各牌号仅在硬度、温度等方面存在一定的差别，基本上推荐适用于通用场合。Parker公司研制的全氟醚橡胶(Parofluor)各牌号的特性如表7所示。

表7　Parofluor各牌号特点

Trelleborg公司的全氟醚橡胶分布比较广泛，基本覆盖了化学工业、半导体工业、制药工业等行业。公司生产的全氟醚橡胶(Isolast)的特性如表8所示。

表8　Isolast性能特点

此外，英国PPE公司(Perlast)(13个牌号)、美国GreeneTweed公司(Chemraz)(5个牌号)、意大利BER-PA公司(HPsealing)(6个牌号)、美国Chesterton公司(Chemlast)(2个牌号)等都有各自牌号的全氟醚橡胶材料密封件对应不同工况，这里就不一一赘述。

4　结束语

实际应用中，为了配合不同领域和工况的特殊要求，橡胶密封材料和制品必须具有十分广泛的适用性。密封装置的使用性能与橡胶密封制品的质量直接相关，一旦密封失效，不仅会发生各种泄漏，甚至还可能导致恶劣的后果。全氟醚橡胶由于其优异的各项性能，在航空航天、化工、石油、半导体等领域得到了越来越广泛的应用，尤其是在各种苛刻条件下的应用，解决了以往难以解决的密封问题。随着科技的不断发展和进步，全氟醚橡胶作为性能优良的橡胶密封材料将在更多的领域得到广泛应用。

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ApplicationofFFKMandItsProductsintheSealingIndustry

GAOYan1,2,XIANGYu1,2

(1.GuangzhouMechanicalEngineeringResearchInstituteCo.,Ltd.,GuangzhouGuangdong510700,China;2.NationalEngineeringandResearchCenterofRubberandPlasticSealing,GuangzhouGuangdong510700,China)

Thedevelopmentofperfluorinatedelastomers(FFKM),itsexcellentchemicalresistanceperformanceandheatresistanceperformanceandtheapplicationswereintroduced,especiallyinthesealingindustry.Alsosomewell-knowncompaniesanditssealproductswerereviewed.

FFKM;Sealingindustry;Application

2015-05-20

国家工程技术研究中心组建项目(2011FU125X10)

高燕(1982—)，女，硕士，工程师，研究方向为高分子材料研究、科技管理、知识产权管理。E-mail：gaoyan@gmeri.com。