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熱硫化型氟硅橡膠技術(shù)分享

熱硫化型氟硅橡膠 氟硅橡膠(FMVQ)是在硅氧烷的側(cè)鏈上含有γ-三氟丙基的一種新型彈性體。因其兼具耐油、耐溶劑(脂肪族、芳香族、氯化溶劑等)、耐化學(xué)藥品、耐臭氧、耐天候老化、耐高低溫(空氣中長期使用溫度范圍-55-200℃，短期250℃；在油中長期使用溫度175℃，短期200℃)、生理惰性(抗凝血性)等一系列優(yōu)良的特性，所以作為一種高性能的彈性體材料，已在國防軍工、航空航天、電子通訊、車輛船舶、石油化工、儀器儀表、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
    氟硅橡膠是1967年由道康寧公司(Dow Cor-ning)以Silastc LS的商品名開發(fā)上市的產(chǎn)品。該產(chǎn)品按其硫化方法不同，可分為室溫硫化氟硅橡膠(RTVFS)和熱硫化氟硅橡膠(HTVFS)兩大類型，本文重點(diǎn)介紹的是熱硫化型氟硅橡膠，其國內(nèi)外主要品級(jí)見表1所示。
    表1  熱硫化型氟硅橡膠的主要品級(jí)
種類        品級(jí)        密度/(g•cm-3)        外觀
生膠        LS-420        1.30        透明
        FE2801、2802、2803                 半透明
母膠        LS-422(CKTΦT)        1.37        半透明
        LS-2323        1.37        半透明
        LS-422/S-432        1.15        半透明
        S-4561        1.14        半透明
        CKTΦT-50、100        1.14         
混煉膠        LS-53U(FE-251U)        1.41        紅色
        LS-63U(FE-261U)        1.46        白色
        LS-2249U        1.46        淡黃色
        LS-2311U(FE-271U)        1.47        白色
        LS-2332U        1.45        淡黃色
        FE-351U、341U、371U、381U        1.45        淡黃色
        LS-2370U        -        -
        LS-2380U(FE-271U)        -        -
        LS-70        -        -
        LSQ4-2840、2860        -        -
RTVFS        733        -        銀灰色
        142        -        紅色
    續(xù)表1
種類        品級(jí)        生產(chǎn)國家        備注
生膠        LS-420        美國         
        FE2801、2802、2803        中國        分子量40-130萬
母膠        LS-422(CKTΦT)        美國(前蘇聯(lián))         
        LS-2323        美國         
        LS-422/S-432        美國        高強(qiáng)度
        S-4561        美國        共混膠
        CKTΦT-50、100        前蘇聯(lián)        與二甲基硅氧烷共聚
混煉膠        LS-53U(FE-251U)        美國(日本)        硬度55
        LS-63U(FE-261U)        美國(日本)        硬度60，工藝性能改進(jìn)
        LS-2249U        美國        硬度55，高抗撕
        LS-2311U(FE-271U)        美國(日本)        硬度70-80，高模量
        LS-2332U        美國        硬度50，高強(qiáng)度、高抗撕
        FE-351U、341U、371U、381U        日本        硬度40-70，高強(qiáng)度、高抗撕
        LS-2370U        美國        低溫性能優(yōu)良
        LS-2380U(FE-271U)        美國(日本)        低壓縮永久變形
        LS-70        美國        高強(qiáng)度
        LSQ4-2840、2860        美國        高強(qiáng)度
RTVFS        733        美國         
        142        美國        粘合
    1  氟硅橡膠的重要特性
    1.1  耐油、耐溶劑、耐化學(xué)藥品
    氟硅橡膠與甲基乙烯基硅橡膠相比，其耐油、耐溶劑、耐化學(xué)藥品極其優(yōu)良。即使與氟橡膠相比，耐油、耐溶劑也是良好的。在相同介質(zhì)、溫度、時(shí)間下，氟硅橡膠被浸漬后均顯示出了優(yōu)良的耐久性能，可以說是在-68-232℃下耐非極性介質(zhì)的唯一的一種彈性體。
    氟硅橡膠耐含甲醇汽油也比較好，即使在汽油/甲醇(85 vol%/15 vol%)混合體系中，硬度、拉伸強(qiáng)度、體積變化都很小，經(jīng)500h長時(shí)間的浸漬試驗(yàn)，其結(jié)果幾乎沒什么變化。
    1.2  耐熱性能
    氟硅橡膠的高溫分解與硅橡膠一樣。即：(1)側(cè)鏈氧化；(2)主鏈斷裂；(3)側(cè)鏈熱分解和引起各種復(fù)合反應(yīng)。由于分解產(chǎn)物也會(huì)引起主鏈斷裂，所以耐熱性能通常比硅橡膠要差一些，在200℃的溫度下已開始氧化老化。但通過添加鐵、鈦、稀土類氧化物等少量的熱穩(wěn)定劑便可使其獲得顯著的改善，即使在250℃高溫下也具有足夠的耐熱性能。
    溫度對(duì)氟硅橡膠的影響比硅橡膠大，但比氟橡膠小。當(dāng)溫度超過100℃時(shí)比氟橡膠顯示出更加優(yōu)良的物性(拉伸強(qiáng)度)。
    國外還研究子氟硅橡膠在高溫下的使用壽命(150℃×2000h、175℃×5000h、200℃×4000h)，其結(jié)果僅次于甲基乙烯基硅橡膠。這一現(xiàn)象可認(rèn)為是氟硅橡膠α-亞甲基不穩(wěn)定引起的。
 

 1.2  耐熱性能
    氟硅橡膠的高溫分解與硅橡膠一樣。即：(1)側(cè)鏈氧化；(2)主鏈斷裂；(3)側(cè)鏈熱分解和引起各種復(fù)合反應(yīng)。由于分解產(chǎn)物也會(huì)引起主鏈斷裂，所以耐熱性能通常比硅橡膠要差一些，在200℃的溫度下已開始氧化老化。但通過添加鐵、鈦、稀土類氧化物等少量的熱穩(wěn)定劑便可使其獲得顯著的改善，即使在250℃高溫下也具有足夠的耐熱性能。
    溫度對(duì)氟硅橡膠的影響比硅橡膠大，但比氟橡膠小。當(dāng)溫度超過100℃時(shí)比氟橡膠顯示出更加優(yōu)良的物性(拉伸強(qiáng)度)。
    國外還研究子氟硅橡膠在高溫下的使用壽命(150℃×2000h、175℃×5000h、200℃×4000h)，其結(jié)果僅次于甲基乙烯基硅橡膠。這一現(xiàn)象可認(rèn)為是氟硅橡膠α-亞甲基不穩(wěn)定引起的。
    1.3  耐寒性能
    與普通硅橡膠一樣，氟硅橡膠顯示出了優(yōu)良的低溫性能。由于氟硅橡膠是以柔軟的Si-O為主鏈，所以低溫特性優(yōu)于以C-C為主鏈的氟橡膠。LS-2370U的低溫特性更好，脆性溫度低達(dá)-89℃，而一般的氟橡膠約為-30℃。
    1.4  電性能、耐輻射性能
    氟硅橡膠的電性能與普通硅橡膠相近，但特別可貴之處是在高溫、低溫、潮濕、油、溶劑、化學(xué)藥品、臭氧等苛刻條件下的變化很小，其電性能見表2所示。
    表2  氟硅橡膠的電性能
性能        LS-53        LS-63        LS-2249         FE-251U
絕緣擊穿電壓/(kV•mm-1)        15.0        13.8        14.2        20
介電常數(shù)(102HZ)        6.4        7.4        6.9        -
(106HZ)        6.1        6.2        6.2        -
功率因數(shù)(102HZ)        0.01        0.07        0.03        -
(106HZ)        0.04        0.04        0.03        -
體積電阻/(Ω•cm)        1.05×1012        1.05×1013        1.6×1014        4.2×1014
介電常數(shù)(50HZ)        -        -        -        6.04
介電損耗角正切(50HZ)        -        -        -        3.0×10-3
    氟硅橡膠的耐輻射性能并不突出，但耐輻射老化性能優(yōu)于甲基乙烯基硅橡膠。在硅橡膠的各品種中，耐輻射性能最好的還是高苯基硅橡膠(可承受107-108拉德的劑量)和苯撐、苯醚撐硅橡膠(耐輻射可達(dá)109拉德)。
    1.5  物理機(jī)械性能
    氟硅橡膠是兼具耐油、耐溶劑、耐化學(xué)藥品、耐高低溫等優(yōu)良特性的彈性體材料。但它與普通硅橡膠一樣，硫化膠的機(jī)械強(qiáng)度(特別是撕裂強(qiáng)度)比較低，因此改善和提高氟硅橡膠的強(qiáng)度也就成了一個(gè)重要的研究課題。
    美國道康寧公司很早就開發(fā)出了高強(qiáng)度、高抗撕氟硅橡膠(LS-332U)。我國對(duì)高性能氟硅橡膠的研究主要集中在20世紀(jì)80年代初，盡管從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究都取得了一定的進(jìn)展，但與國外相比還存在著不小的差距。
    日本信越化學(xué)工業(yè)公司在原來的基礎(chǔ)上，現(xiàn)已開發(fā)出了改良型的高強(qiáng)度氟硅橡膠_FE301系列。這些品級(jí)的拉伸強(qiáng)度超過12MPa，撕裂強(qiáng)度達(dá)到了25-30kN•m-1。
    1.6  其他特性
    氟硅橡膠的耐天候老化性能非常優(yōu)良，即使暴露5年后，仍可保持良好的性能。
    臭氧是彈性體老化時(shí)生成最多的氣體之一，但氟硅橡膠通過動(dòng)態(tài)或靜態(tài)試驗(yàn)后，未發(fā)現(xiàn)龜裂或裂紋的現(xiàn)象。
    此外，氟硅橡膠的防霉、生理惰性、抗凝血也是十分良好的。
    2  氟硅橡膠的加工工藝
    2.1  混煉
    氟硅橡膠雖屬固體，但可塑性高，不需塑煉，可直接采用開煉機(jī)或密煉機(jī)進(jìn)行混煉。設(shè)備的選擇可根據(jù)膠料批量的大小而定。小批量可采用開煉機(jī)混煉，大批量生產(chǎn)時(shí)則應(yīng)采用密煉機(jī)進(jìn)行混煉。
    當(dāng)采用開煉機(jī)混煉時(shí)，除需要配備膩?zhàn)拥�、刮膠板等輔助工具外，還應(yīng)在開煉機(jī)輥筒上方裝備防塵或抽風(fēng)裝置，以減少白炭黑的飛揚(yáng)。氟硅橡膠的混煉最好是采用專用的設(shè)備，不得有其他雜質(zhì)或膠�；烊搿；鞜挏囟葢�(yīng)控制在40℃以下，操作時(shí)最好開足冷卻水。其加料順序?yàn)椋荷�膠(甲基乙烯基氟硅橡膠)→白炭黑+結(jié)構(gòu)控制劑+集中交聯(lián)劑→倒膠、薄通5次→熱處理(鼓風(fēng)烘箱)→過濾→返煉→熱穩(wěn)定劑+著色劑+交聯(lián)劑→薄通8-10次→出片、停放12h以上→待用。
    開煉機(jī)混煉吃粉較慢一些，每輥膠料的混煉時(shí)間大約在20-40min之間。裝膠量隨開煉機(jī)的規(guī)格而有所不同，一般Φ160mm×320mm的開煉機(jī)為1-2kg，Φ250mm×620mm的為5、8kg。
    當(dāng)采用密煉機(jī)混煉時(shí)，不但可提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還能夠減少白炭黑的飛揚(yáng)和改善操作環(huán)境。密煉機(jī)混煉的加料順序基本上與開煉機(jī)相似，但對(duì)加料間隔時(shí)間的要求并不嚴(yán)格。每批膠料的混煉時(shí)間約為8-18min，2L密煉機(jī)的填充系數(shù)應(yīng)控制在0.7-0.75的范圍比較適宜。排膠溫度與填料的種類有關(guān)，當(dāng)填料是非補(bǔ)強(qiáng)性填充劑或沉淀法白炭黑時(shí)，排膠溫度約為50℃；當(dāng)填料為氣相法白炭黑時(shí)，排膠溫度約為70℃。其膠料可在開煉機(jī)上下片。
   2.2  熱處理
    當(dāng)采用未經(jīng)表面改性的氣相法白炭黑作補(bǔ)強(qiáng)劑時(shí)，膠料中必須加入結(jié)構(gòu)控制劑。但像二苯基硅二醇、硅氮烷等結(jié)構(gòu)控制劑配合的膠料就需要在一定條件下進(jìn)行熱處理，這樣才能充分發(fā)揮其在膠料中的作用。
    熱處理的目的主要在于：(1)使結(jié)構(gòu)控制劑與白炭黑進(jìn)一步結(jié)合；(2)消除低分子揮發(fā)物，以避免產(chǎn)生氣泡、消耗硫化劑和影響硫化膠性能(特別是壓縮永久變形)。一般來講，熱處理的條件為160-200℃×1-1.5h。膠料經(jīng)熱處理后應(yīng)自然冷卻，停放時(shí)間在12h以上。
    2.3  過濾
    對(duì)擠出制品、壓延制品、涂膠制品、膜片制品來講，機(jī)械雜質(zhì)和未分散的配合劑粒子是導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題的主要因素之一。因此，對(duì)上述制品使用的膠料必須進(jìn)行過濾。過濾可采用專用的濾膠機(jī)，也可用普通擠出機(jī)替代。在對(duì)膠料進(jìn)行過濾時(shí)，機(jī)筒、螺桿的溫度應(yīng)控制到最低。濾網(wǎng)規(guī)格以80-120目為宜，對(duì)特殊要求的膠料可采用200目的濾網(wǎng)進(jìn)行過濾。
    2.4  返煉
    膠料經(jīng)停放后，因凝膠含量增加、可塑性降低，所以使用時(shí)必須進(jìn)行返煉。返煉操作在開煉機(jī)上進(jìn)行，輥距由大到小，待膠料包輥后通過幾次倒膠(直至表面光滑、平整)，即可打卷出片。膠料返煉應(yīng)適可而止，返煉不足，膠料柔軟性差、表面不平整；而返煉過度，則膠料表面會(huì)發(fā)粘，不利于操作，特別對(duì)氟硅橡膠更是如此。
    不過，膠料的質(zhì)量問題有時(shí)也可能是其它原因引起的。因此，在出現(xiàn)異�，F(xiàn)象時(shí)可參照表3的方法進(jìn)行處理。
    表3  氟硅橡膠膠料常見問題及其對(duì)策
問題        原因        對(duì)策
膠料含有未分散的粒子        (1)生膠或配合劑在存放時(shí)混入雜質(zhì)；
(2)膠料在制備或存放時(shí)混入雜質(zhì)        (1)妥善保管原材料,配合劑研磨、過篩；
(2)保持操作環(huán)境清潔，嚴(yán)格按工藝規(guī)程操作，妥善存放膠料；
(3)對(duì)膠料進(jìn)行過濾或薄通。
膠料中含有微小膠粒，膠片表面不光滑        (1)混煉時(shí)有微量交聯(lián)劑混入，熱處理后部分交聯(lián)；
(2)將未返煉好的膠塊混入返煉好的膠料中。        (1)混煉前用酒精擦拭輥筒和擋板及操作器具；
(2)返煉時(shí)逐漸縮小輥距，防止擠壓成膠塊；
(3)過濾；
(4)停放一段時(shí)間后，重新返煉或薄通。
返煉時(shí)膠料成碎渣，難于返煉        (1)膠料存在結(jié)構(gòu)化現(xiàn)象；
(2)膠料出現(xiàn)焦燒。        (1)選用最佳的結(jié)構(gòu)控制劑，并進(jìn)行熱處理；
(2)膠料存放溫度過高，縮短返煉時(shí)間；
(3)選用低活性交聯(lián)劑，返煉時(shí)開足冷卻水。
膠料返煉時(shí)粘輥，表面發(fā)粘，出現(xiàn)皺紋        (1)返煉時(shí)溫度過高；
(2)返煉過度；
(3)存放時(shí)間過長。        (1)返煉時(shí)開足冷卻水，縮短返煉時(shí)間；
(2)存放時(shí)間盡可能性不要超大型一個(gè)月
顏料分散不均勻        (1)著色劑顆粒太粗；
(2)添加方法不當(dāng)。        (1)著色劑研磨、過篩；
(2)制成著色劑母料添加；
(3)薄通、過濾。
    2.5  半成品
    2.5.1  擠出
    擠出工藝是制造膠管、膠繩、膠條、電線電纜包覆等半成品的成型方法。氟硅橡膠膠料柔軟、擠出工藝性能較好，但擠出牛成品易變形和粘連，擠出后應(yīng)及時(shí)采用滑石粉隔離并盡快硫化，停放時(shí)間不要太長。擠出前若發(fā)現(xiàn)膠料過軟、擠出半成品挺性太差的話，應(yīng)及時(shí)添加3-5份氣相法白炭黑。
    氟硅橡膠的擠出設(shè)備、擠出過程與其他橡膠基本相似，一般采用Φ30mm或Φ65mm的單螺桿擠出機(jī)，螺桿長徑比以10-12：1、壓縮比以2.5：1為宜。在擠出時(shí)，膠料應(yīng)在開煉機(jī)上進(jìn)行充分返煉。操作溫度以室溫為宜，機(jī)身、機(jī)筒必須通冷卻水。對(duì)于復(fù)合制品(如電線電纜)的擠出，在擠出機(jī)上需配置復(fù)合機(jī)頭或“T”型機(jī)頭。擠出口型、芯子可根據(jù)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，但在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮到膠料膨脹率的大小，氟硅橡膠的膨脹率比普通橡膠要小一些。
    2.5.2  壓延
    采用壓延工藝可以制造純膠薄制品和織物復(fù)合制品。要求膠料應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、較小的收縮率和適宜的可塑度，膠片表面要光滑、平整。為改善半成品的壓延工藝性能，在膠料中加入少量的聚四氟乙烯粉(5份左右)是非常有效的。
    壓延設(shè)備可采用立式三輥壓延機(jī)。在實(shí)際操作過程中，上輥溫度應(yīng)控制在50℃以下，中輥保持在20%左右，下輥要用水冷卻。中輥轉(zhuǎn)速固定，下輥轉(zhuǎn)速與中輥速度相同，上輥轉(zhuǎn)速應(yīng)低于中輥轉(zhuǎn)速，中、上輥轉(zhuǎn)速的速比以1.1-1.4：1為宜。壓延速度不宜過快，一般保持在每分鐘60-300cm，先以低速(每分鐘30-60cm)調(diào)整中、下輥距，以保持壓延厚度。然后，再調(diào)整至正常速度(每分鐘150-300cm)。墊布(聚酯薄膜)應(yīng)以從中、下輥縫間通過，其縫隙間應(yīng)保持一定的堆積膠，以使膠片與墊布緊密結(jié)合。在進(jìn)行貼膠或擦膠時(shí)，操作過程基本上與上述相同，只是用織物替代了墊布。三輥壓延只適用于織物單面覆膠，雙面覆膠需采用四輥壓延機(jī)。通常，出片時(shí)(膠板半成品)用上、中輥即可，輥溫以室溫為宜。
    2.5.3  涂膠
    涂膠工藝主要用于薄膜、耐熱耐油涂敷制品、夾布密封件、膠布、絕緣膠帶、夾布膠管等半成品的制造，其方法就是將膠漿均勻地涂覆在織物的表面上。
    涂膠用膠漿是由氟硅橡膠經(jīng)溶劑浸泡溶解而成。膠漿固體含量一般為15%-25%，所用溶劑可選用汽油、丙酮、甲乙酮等有機(jī)揮發(fā)性溶劑。
    涂膠用織物一般用玻璃布、尼龍、聚酯等。為保證涂層與織物能夠很好地粘合，涂膠前織物要進(jìn)行預(yù)處理。玻璃布處理主要是脫除加工時(shí)的石蠟潤滑劑，其處理?xiàng)l件為200-300℃×20-30min(低溫法)或500℃×2-4min(高溫法)。低溫法處理對(duì)玻璃布強(qiáng)度損失較小，但石蠟難以徹底消除。尼龍和聚酯熱變形較大，涂膠前要進(jìn)行熱定形處理。此外，為增加膠層與聚酯的粘合性能，還需將織物在常溫、25%氫氧化鈉水溶液中浸泡6h。
    2.6  粘合
    氟硅橡膠與其他有機(jī)橡膠一樣，可與金屬、塑料、陶瓷、纖維織物等材料進(jìn)行粘合。但在粘合時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)正確選用粘合劑。(2)粘合面必須進(jìn)行預(yù)處理。例如，金屬要用機(jī)械打毛(噴砂、打磨、車削)或酸腐蝕(除銹)、汽油清洗、堿洗(去油)、織物要進(jìn)行脫脂、堿洗。不銹鋼可用三氯乙烯、四氯化碳脫脂、丙酮清洗。(3)粘合劑層應(yīng)盡可能薄一些，不宜過厚。(4)硫化條件的設(shè)定要合理；(5)操作環(huán)境應(yīng)保持清潔，同時(shí)要考慮到溫度、濕度對(duì)粘合的影響。
   

2.7  硫化
    氟硅橡膠不同于其他普通橡膠，硫化是分一段、二段兩次完成。一段硫化時(shí)間短(1.5-15min)，僅能使制品達(dá)到定型的程度；經(jīng)過二段硫化(3-6h)后才能夠達(dá)到完全硫化，硫化膠的各項(xiàng)物性也才能夠趨于穩(wěn)定。
    氟硅橡膠可以采用模型硫化(平板模壓硫化、傳遞模壓硫化、注壓硫化)、加壓蒸汽硫化罐硫化、常壓熱空氣硫化等方法來進(jìn)行制品的加工。
    模型硫化最適用于O形圈、皮碗、膜片、油封、襯墊、護(hù)套等制品的加工；常壓熱空氣硫化、加壓蒸汽硫化主要是用于膠管、膠繩、電線電纜覆蓋層等擠出制品的硫化。
    2.7.1  模型制品的硫化
    平板硫化是模型制品常用的一種硫化方法。其硫化壓力通常是在15MPa左右，硫化溫度和硫化時(shí)間可根據(jù)制品厚度、所用硫化劑來確定。對(duì)厚度3mm以下的制品，硫化時(shí)間在2-15min之間。對(duì)于厚制品，厚度每增加3mm，硫化時(shí)間應(yīng)增加5-8min，關(guān)于平板硫化一段模壓硫化條件和常見的問題及其對(duì)策分別見表4、5所示。
    表4  一段模壓硫化條件
制品厚度/mm        硫化溫度/t        硫化時(shí)間/min        硫化壓力/MPa        硫化劑
<1        120-130        5-10        10        BP、DCBP
1-6        125-135        10-15        15        BP、DCBP
6-13        125-135        15-30        15        BP、DCBP
13-25        155-160        30-60        15        DCP
13-25        165-170        30-60        15        DBPMH
25-30        165-170        60-120        15        DBPNH
    表5  平板硫化常見問題及其對(duì)策
問題        原因        對(duì)策
制品表面分型面部位產(chǎn)生裂口、脫皮        硫化時(shí)膠料因快速膨脹收縮、壓縮而引起。        降低硫化溫度、壓力，低溫40℃-50℃脫模。
出現(xiàn)深褐色斑點(diǎn)        膠料中夾有氣泡。        控制返煉程度，裝膠量，排除膠片中的空氣，卸壓放氣，模具設(shè)置氣孔。
制品表面流痕        膠料流動(dòng)性差        充分返煉，快速裝模、加壓，避免焦燒。
-制品麥畫有白色花斑(BP硫化)        硫化不足，硫化劑分散不均勻。        增加薄通次數(shù)，適當(dāng)提高硫化溫度。
    注壓硫化與平板硫化相比，生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度小，可硫化結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品，同時(shí)也可改善產(chǎn)品的壓縮永久變形和撕裂強(qiáng)度。其常用的工藝條件為：料筒溫度65-95℃，模具溫度200-230℃，注壓周期45-180s。
    傳遞模壓硫化具有注壓模壓硫化的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備投資比注壓硫化低，同樣適宜結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品硫化。
    2.7.2  擠出制品的硫化
    對(duì)氟硅橡膠擠出制品的硫化可采用間歇式或連續(xù)式常壓熱空氣和加壓蒸汽、液體硫化槽、輻射等硫化方法進(jìn)行。
    常壓熱空氣硫化是在電熱硫化道或鼓風(fēng)電熱烘箱中進(jìn)行的。所用硫化劑是DCBP，硫化條件為200-250℃×10min。主要用于膠條、膠繩、膠管、電線電纜和其他異型斷面擠出制品的硫化。其硫化條件和常見問題及對(duì)策分別見表6、7。
    表6  常壓熱空氣硫化條件
擠出半成品厚度/mm        硫化溫度/℃        硫化時(shí)間/s
純膠                  
0.9        250        15
1.6        250        21
5.1        250        48
8.5        250        100
12.7        250        120
24.4        250        200
電線芯線直徑/包覆層厚度                  
1.8/1        260        45
4.8/1        260        45
    表7  常壓熱空氣連續(xù)硫化過程中常見問題及對(duì)策
問題        原因        對(duì)策
表面脆化        溫度太高，擠出速度太慢。        硫化溫度、擠出溫度要控制適宜。
氣泡        膠料內(nèi)殘留空氣。        排除氣泡，均勻喂料，返煉時(shí)注意不要夾入氣泡。
起泡        膠料中水分含量高、電線芯線在潮濕環(huán)境下存放。        膠料在混煉、存放過程中要保持清潔、干燥，芯線烘干處理。
欠硫、表面發(fā)粘        溫度太低，擠出速度太快，膠料被油污染。        提高硫化濕度，降低速度，防止膠料污染。
斷面尺寸有變化        擠出速度與傳送帶速度不協(xié)調(diào)。        調(diào)節(jié)好擠出和傳送速度。
制品表面有暗紋或斑點(diǎn)        螺桿變形或劃傷，金屬物帶入喂料口。        更換螺桿，清除膠料中雜質(zhì)。
    加壓蒸汽硫化同樣受過氧化物硫化劑種類的影響。DCBP、BP的適應(yīng)性良好，TBPB、DCP、DB-PMH還可以，但DTBP就比較差。
    間歇式加壓蒸汽硫化是用直接蒸汽硫化罐來完成的。硫化時(shí)將擠出半成品浸入水中或直接放在罐中進(jìn)行硫化，一般硫化條件為：0.3-0.6MPa×10-20min，厚制品可適當(dāng)延長時(shí)間，硫化過程中升壓要快，壓力盡可能高一些。
    連續(xù)式加壓蒸汽硫化主要用于電線電纜的制造。適宜高速擠出(每分鐘150m)，硫化條件為：0.7-1.7MPa×15s。
    輻射硫化是利用高能射線使氟硅橡膠產(chǎn)生交聯(lián)。它不存在硫化劑的影響，硫化膠中無殘留物，最適用于醫(yī)用膠管及其他擠出制品的硫化。
    2.7.3  二段硫化
    一段硫化僅僅是制品的定型，橡膠分子間并未達(dá)到完全交聯(lián)，只有通過二段硫化后才能夠使硫化膠達(dá)到完全交聯(lián)，基本物性也才能夠趨于穩(wěn)定，而且壓縮永久變形、電性能、耐化學(xué)藥品、耐熱性能也可得到改善。
    二段硫化的主要目的在于：(1)消除一段硫化時(shí)硫化劑、配合劑分解產(chǎn)生的一些低分子物質(zhì)，以避免對(duì)硫化膠產(chǎn)生老化催化作用；(2)穩(wěn)定硫化膠的基本物性(硬度、拉伸強(qiáng)度、伸長率)，改善壓縮永久變形等特性，以防止產(chǎn)品變形和低分子揮發(fā)物污染接觸的介質(zhì)(如食品、醫(yī)療等用途)。
    二段硫化是在電熱鼓風(fēng)烘箱(最高使用溫度300℃)中進(jìn)行的。操作時(shí)將制品在常溫下放置于烘箱內(nèi)，制品的放置以不變形、操作方便為宜。模型制品應(yīng)乎放在鋪有玻璃布的鋼絲網(wǎng)上，膠輥、膠板應(yīng)懸掛在烘箱內(nèi)，擠出制品可盤卷平放在不銹鋼板上后再放入烘箱內(nèi)。二段硫化條件應(yīng)根據(jù)膠料配方、制品結(jié)構(gòu)、尺寸大小和性能要求來設(shè)定。一般原則是：生膠不飽和度愈高，二段硫化時(shí)間愈短；制品愈厚，升溫速度愈慢，時(shí)間也愈長；高強(qiáng)度、高抗撕的硫化膠，二段硫化恒溫溫度以200℃為宜。其通常采用的二段硫化條件見表8。
    表8  常用二段硫化條件
制品厚度/mm        硫化條件/(t×h)
1-5        150×1        175×1        200×1        225×1        250×2
5-10        150×1        175×1        200×1        225×1        250×2-4
10-20        150×1-2        175×1-2        200×1-2        225×1-2        250×4-6
15.20        150×1-2        175×2-3        200×2-3        225×3-4        250×4-6
20-30        150×2-3        175×3-4        200×3-4        225×4-5        250×4-6
    二段硫化是氟硅橡膠制品最后的一道加工工序，它與制品質(zhì)量有著密切的關(guān)系。其常見的質(zhì)量問題及其對(duì)策見表9。
    表9  二段硫化常見問題及對(duì)策
問題        原因        對(duì)策
開裂起泡        (1)揮發(fā)成分釋放過快，(1)一段硫化的制品內(nèi)夾帶氣泡，(3)欠疏。        (1)調(diào)整升溫度，(2)改進(jìn)一段硫化工藝，(3)避免半成品夾帶氣泡。
壓縮永久變形大        (1)二段硫化不足，時(shí)間太短；(2)膠料配方有問題。        (1)延長二段硫化時(shí)間，加大鼓風(fēng)量；(2)減少制品容量，校對(duì)烘箱溫度；(3)調(diào)整膠料配方。
硬度過高        (1)烘箱加熱溫度過高，(2)硫化時(shí)間太長。        (1)降低烘箱硫化溫度，(2)適當(dāng)縮短硫化時(shí)間。
硬度過低        揮發(fā)性氣體未能及時(shí)從烘箱排出。        (1)檢查鼓風(fēng)和溫度，(2)減少制品容量。
表面發(fā)粘，有黑斑        揮發(fā)性氣體局部集中，使硅橡膠降解或出現(xiàn)老化。        (1)降低升溫速度，檢查鼓風(fēng)，適當(dāng)打開烘箱內(nèi)門；(2)延長硫化時(shí)間，減少制品容量，避免堆放。
    3  氟硅橡膠的應(yīng)用
    氟硅橡膠是兼具硅橡膠和氟橡膠兩者特性的彈性體材料。與甲基乙烯基硅橡膠相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是耐油、耐溶劑；與氟橡膠相比，在耐烷烴溶劑方面的差別甚微，但耐芳烴溶劑性能優(yōu)于氟橡膠，它的良溶劑只有極性大、小分子的酮類。氟硅橡膠的耐熱性能、耐寒性能、壓縮永久變形更優(yōu)，而且物性對(duì)溫度的依賴性較小，從低溫到高溫都顯示出了優(yōu)良的性能。其次，即使不使用增塑劑也可制得低硬度的制品。因此，氟硅橡膠作為一種新型的高性能彈性體材料正被廣泛地應(yīng)用。
    氟硅橡膠的應(yīng)用主要在航空航天、車輛船舶、電子通信、精密儀器、石油化工、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域，但市場需求量最大的還是飛機(jī)、汽車制造業(yè)。
    1.航空薄膜：油箱調(diào)壓管路中閥門用膜片、油箱通氣閥門用膜片(在-55-200℃的煤油蒸汽和150℃的RP煤油中使用的氟硅橡膠涂層與聚酯布作骨架材料的夾布薄膜)。
    2.靜、動(dòng)態(tài)密封件：墊圈、皮碗、閥門。
    3.汽車制品：燃油水平指示傳感器軟管、霧化器油泵隔膜、燃油泵隔膜、波紋護(hù)套、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸后密封圈、氣缸墊、燃油泵密封件、油箱蓋墊圈、油箱加油墊圈、濾油器密封件。

 

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