氟硅橡胶的性能及用途

《橡塑资源利用》2012年第6期

氟硅橡胶的性能及用途

王永昌，王庆，龚笑笑，闫琳（凯迪西北橡胶有限公司咸阳712023）

摘要：本文根据氟硅橡胶的结构，阐述了它的耐高温性能、耐介质性能和电性能，列举了国内外氟硅橡胶的常用牌号，介绍了氟硅橡胶的生产工艺应用情况及研发方向。

关键词：氟硅橡胶；耐热空气老化性能；耐高温介质性能；工艺；用途DOI ：

10.3969/j.cn.12-1350(tq).2012.06.004

二十世纪50年代以来，航空航天事业的快速发展对材料的性能提出了更苛刻的要求。1951年美国空军与美国道康宁公司开始合作研究氟硅橡胶，1956年研制成功Silastic R LS 型氟硅弹性体，并先后研制出相对分子质量高的基础胶和配合胶，相对分子质量中等的室温固化密封剂；二十世纪60年代，开发出液体氟硅橡胶。前苏联于1967年研制并生产出四个牌号的氟硅橡胶。1978年日本信越化学工业公司吸收美国技术并加以改进，开发了FE 系列氟硅弹性体[1]。

我国从1958年开始研制氟硅橡胶，直至上世纪70年代初研制出相当于美国道康宁公司的Si-lastic R LS-420生胶，并能生产相当于Silastic R LS-53和LS-63的两种氟硅橡胶胶料，应用于各种耐高温、耐油的装置上。20世纪90年代国产氟硅橡胶生产有了一定发展，年产4吨的合成氟硅橡胶装置投料生产。近年来随着我国航空航天事业及交通运输业的快速发展，氟硅橡胶的需求市场迅速扩大，氟硅橡胶的合成和配合技术及生产规模也有了很大进展。

本文从氟硅橡胶的结构出发，阐述了氟硅橡胶的主要物理特性及耐介质性能，列举了市场上主要的氟硅橡胶生胶和胶料牌号，介绍了氟硅橡胶的加工工艺，概述了氟硅橡胶的使用情况和研发方向。

1. 氟硅橡胶结构及性能

氟硅橡胶(FMVQ)是以硅氧键为主链结构，侧链上引入氟烷基或氟芳基的线性聚合物，所以

也叫耐油硅橡胶。

氟硅橡胶品种较多，其中批量生产并获得广泛应用的是聚（3,3,3-三氟丙基甲基）硅橡胶，其乙烯基含量通常少于0.5%，其结构简式为：

其中，m/n=1~10/1000。1. 1热老化性能

氟硅橡胶主链为—Si —O —键结构，为饱和链，所以具有优异的耐空气老化性能，其胶料试片经过五年户外暴露试验后仍能保持良好弹性；经长达10年时间，在紫外线和严酷的气候条件下其物理性能也仅有微小变化，不同地点放置的试样拉伸强度和扯断伸长率下降率小于25%[2]。

与氟橡胶相比，氟硅橡胶—Si —O —键能（422.5KJ/mol）大于氟橡胶主链的—C —C —（345.6KJ/mol）键能。所以其耐热老化性能优异，特别是高温下物理性能保持率较高。

与硅橡胶相比，氟硅橡胶由于三氟丙基的存在在一定程度上降低了氟硅橡胶的耐热性，其原因为三氟丙基容易热分解，热氧化稳定性比甲基差，尤其是三氟丙基的а-C 极易被氧化分解，分解产生酸性很强的化合物加速了氟硅橡胶的热老化反应，在288℃的高温下就会产生氟化合物等有毒气体，限制了它的应用范围，仅能在-55℃~+200℃条件下长期使用，而甲基乙烯基硅橡胶能在-65℃~+300℃条件下长期使用。

1. 2高温介质性能

氟硅橡胶的主链为—Si —O —键结构，侧链

作者简介：王永昌（1965-），男，主要从事橡胶加工及橡胶产品开发

上引入极性氟原子（如三氟丙基）后，形成—CH 2CH 2CF 3结构，由于氟原子具有较大的吸电子

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氟硅橡胶的性能及用途

效应，加上C —F 键的键长较短，能对C-C 键形成较好的屏蔽效应，大大提高了橡胶的耐油、耐溶剂性能，使其在高温（230℃）下具有耐航空燃油、液压油、石油系列及化学试剂等介质的性能，如在PR-3煤油中于-55℃~+175℃下可中长期工作；在YH-12液压油、特221润滑脂、7104润滑脂中于-55℃~+150℃下可中长期工作。

可见，氟硅橡胶是一种在-68℃~232℃下耐非极性介质良好的弹性体。

1. 3低温性能

首先，氟硅橡胶主链上的Si —O 键，键长较长，对侧基转动的位阻小；Si —O —Si 键角145°

比在sp 3杂化中氧原子的通常键角（109°）大得多，使Si —O 键之间容易旋转，因此氟硅橡胶分子主链比较柔顺，使其具有优异的耐寒性。其次，氟硅橡胶分子链呈螺旋状构型，分子链的柔韧性比C —C 键或Si —C 键大，分子链之间的相互作用力弱，这些结构特征使其硫化胶柔软且富有弹性，当温度变化时，分子间的作用力改变很小，所以它的各种性能，特别是弹性变化不大，使其具有其他橡胶无法比拟的低温性能。第三，三氟丙基取代甲基的存在，可以破坏聚二甲基硅氧烷分子链的规整性，降低聚合物的结晶温度和结晶程度，进而使氟硅橡胶具有比硅橡胶更好的

表1氟硅橡胶的电绝缘性能

体积电阻率/Ω•cm 工频介电强度（/kV/mm）介电损耗正切（50Hz ）

干湿干湿干湿

4.2×10142.4×1014

20193.0×10-35.0×10-3

2. 国内外氟硅橡胶生胶及胶料主要牌号

2. 1国内氟硅橡胶生胶牌号

表2氟硅橡胶生胶牌号[3]

乙烯基链节挥发份

外观

摩尔含量/%/%0.3~0.80.3~0.80.3~0.8

5.05.05.0

无色或微黄半透明胶状体，无机械杂质。

牌

新牌号FE2801FE2802FE2803

号

老牌号SF-1SF-2SF-3

分子量×10440~6061~9091~130

用途耐高低温的油密封件、垫片、O 形圈、胶管等模压或挤出成型。

生产商上海三爱富新材料股份有限公司

2. 2国外氟硅橡胶胶料牌号

表3氟硅橡胶胶料牌号[4]

牌号FE251U

FE261U FE271U X-36-102U X-36-103U X-36-113U FE341U FE351U FE361U FE371U

外观淡黄色淡黄色灰白色白色白色白色淡黄色淡黄色淡黄色淡黄色

密度1.411.431.501.431.451.421.411.441.461.48

邵氏A 硬度/度[***********]68

拉伸强度/

MPa ——————————

扯断伸长率/%——————————

撕裂强度/kn/m——————————

用途

生产商

一般模塑品

用。用于隔膜、日本信越化止回阀、O 型圈、学工业公司连接器等

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牌号E2015u FQE2016u FQE2017u LS-2830LS-2860

外观淡黄色淡黄色淡黄色——

密度1.441.451.54——

邵氏A 硬度/度———3858

拉伸强度/

MPa

———10.110.1

扯断伸长率/%———519361

撕裂强度/kn/m

———26.631.8

用途生产商

胶片、O 型圈、单日本东芝有向阀机硅公司隔膜、管道或接美国道康宁头公司

低温性能。所以，氟硅橡胶在-60℃~-70℃的低温下仍具有弹性，可在-61℃下长期使用。

1. 4电绝缘性能

氟硅橡胶的体积电阻比硅橡胶低三个数量级，一般为1014Ω•cm ，其介电常数和介电损耗角正切见表1. 氟硅橡胶具有中等电绝缘性能，除高压高频电环境外，其电绝缘性能可达到使用水平。在高温、低温、潮湿、有机溶剂、化学药品等恶劣条件下电绝缘性能变化很小。3. 氟硅橡胶的加工工艺

3. 1炼胶工艺

氟硅橡胶生胶比较柔软，具有一定的可塑性，可不经过塑炼而直接进行混炼，但纯氟硅橡胶在混炼过程中易粘辊，对配合剂、补强剂的混炼技术要求较高，同时要有优质的生胶、辊筒表面状态和操作条件。混炼时应注意控制辊筒温度，当辊筒温度为18℃~28℃时炼胶工艺性能较好。

若聚合物的粘-温系数大，充分冷却辊筒，降低辊筒温度，便可获得良好的操作性能。在不影响胶料性能的前提下添加少量的聚二甲基硅氧烷，也可以改善操作性能；其次，在混炼时加入一定量的羟基氟硅油预处理白炭黑，消耗白炭黑表面的部分活性羟基，使白炭黑表面产生部分钝化作用，减少白炭黑对氟硅橡胶“结构化”的影响，能使加工性能得到很大改善，并提高胶料质量。

3. 2成型工艺

成型的方法很多，有模压成型、传递模压成型、注射成型等，特点是成型与交联同时进行，现就挤出和压延工艺做一简要说明：

氟硅橡胶由于粘度较低，应在室温下进行挤出加工，在挤出过程中，若局部温度超过50℃，就可能在挤出机中发生焦烧。氟硅橡胶胶料柔软，挤出工艺性能较好，但挤出半成品易变形和

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粘连，挤出后停放时间不要太长应及时采用滑石粉隔离并尽快硫化。

氟硅橡胶通常在室温下进行压延，但对特殊的胶料，若少许加热，提高辊温，可以改善胶料与织物的粘合。压延氟硅橡胶胶料，可以使用三辊筒或四辊筒的压延机。压延制品可以是无补强层的氟硅胶实心板材，也可制成氟硅刮胶胶布或层压膜片。

3. 3硫化工艺

对于高温硫化氟硅橡胶胶料，若采用白炭黑做为补强剂，要进行二段硫化，采用炭黑做补强剂则不必进行二段硫化。

一段硫化又称成型硫化，其硫化温度及时间取决于有机过氧化物类型、制品厚度及定型硫化方式。一段硫化普遍采用平板加压硫化，温度一般在110℃~170℃，时间多在30min 以内。二段硫化可除去一段硫化后残留在制品中的

挥发物，提高硫化胶耐热性能、介电性能，改善压缩永久变形性能并稳定物理性能等。氟硅橡胶的二段硫化在电热鼓风箱中进行，采用逐步升温的方式，达到要求温度后保持恒温，一般模压试样：200℃×4～6h ，注射试样：200℃×6h。

双组份室温硫化氟硅橡胶的硫化是通过加入催化剂来实现的，而单组分室温硫化氟硅橡胶，接触空气中的湿气即可硫化，硫化从胶料表面开始，通过水分的扩散而逐步向内硫化。4. 氟硅橡胶的主要用途和研发方向

氟硅橡胶一般用于制备各类机车、航空航天器和石油化工上耐燃油和耐溶剂的密封件、密封环、油封、膜片、导管、阀门衬、胶管、整体油箱密封、O 形圈和垫片[5]，并用于电力、电子工业的连接部件和电缆、输送带、织物等的表面涂覆，是国防工业、航空航天领域重要的一种橡胶材料。

4. 1氟硅橡胶胶料

氟硅橡胶的性能及用途

表4各类氟硅橡胶胶料

主要特性

类别

压缩永

T/MPa

E/%≥H/度±5久变形/≥

%≤8.08.87.2

310269260

606564

23#29*26*

使用温度

℃

工作介质

国内外相近胶料牌号

国内外相近胶料标准

-55~+200-55~+175-55~+150-70~+200-60~+150-55~+220-70~+200-60~+150—

空气PR-3、PR-7YH-1特221、7104等空气PR-3燃油. 液压油

空气PR-3—

FS6161FS6165FS626551-14349(俄)

G405G441FS427051-157（俄）LS 5-2040LS 6-2060LS5-8740LS5-8754LS5-8760LS4-9040

Q/6S1537-2000Q/6S2410-2000AMS R 25988Q/6S1541-2005TY005-1166-1987(俄)

YMS2104Q/6S1542-2000TY005-1166-1987（俄）

—

通用性

氟硅胶料

————

6.6

高强度氟硅胶料高抗撕氟硅胶料

12.110.610.18.79.68.29.27.5

[***********]415340160

[***********]

25*—17**18**—**—**10**10**12**

———

低压变氟硅胶料

——LS4-9060LS4-9080

—

注：T —拉伸强度；E —扯断伸长率；H —邵氏A 硬度。（1）硫化条件一段硫化：165℃×15min；二段硫化：室温～200℃×4～6h 。（2）. 压缩永久变形试验方法为GB/T7759,#150℃×70h；*200℃×24h；**177℃×22h；

表5各类氟硅橡胶胶件

国内外相近

胶料牌号

国内外相近材料标准

类别型号用途

飞机机身、机翼及动力部分电气、液压系统管线的紧固和支撑。

新一代飞机机身、机翼及动力部分电气、液压系统管线的紧固和支撑。

使用温度/℃工作介质

高性能卡箍（CJ 系列）

MS21919（蓝色）

AS21919（蓝色）

-55~+235-55~+175-55~+150

空气PR-3、PR-7YH-1. 特221、7104

Q/6S1537-2000

FS6161AMS R 25988FS6265Q/6S1541-200551-14349(俄) TY005-1166-1987

(俄)

各种规格型用于制造固定和微动的模压号密封件和挤出密封件

高性能胶件

电气系统接用于注射成形制造航空点连插件接器

-70~200（250）

-60~150（175）-70~150空气RP-3液压油FS4270FS6265FS6165

Q/6S1541-2005

-70~+200-60~+150-55~+220空气PR-3燃油. 液压

油

G405G441

YMS2104

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表6各类飞机使用的氟硅密封剂

牌号HM801HM802HM803

组分数双组分三组分三组分

特

性

使用温度/℃-55~180-55~180-55~185

应用范围

燃油系统中工作的螺栓连接和铆接接头的密封。

燃油系统中工作的螺栓连接和铆接接头的密封。

燃油系统中工作的螺栓连接和铆接接头的密封。

飞机燃油系统中工作的电器元件灌封，还可用于在燃油系统中工作的螺栓连接和铆接接头的密封。

飞机燃油系统中工作的电器元件灌封，还可用于在燃油系统中工作的螺栓连接和铆接接头的密封。

对阳极化铝合金、不锈钢具有良好的粘接性，耐老化、耐燃油、阻燃。对阳极化铝合金具有良好的粘接性，耐老化、耐燃油、阻燃。对阳极化铝合金具有良好的粘接性，耐热空气老化、高温、耐油。

HM804

对阳极化铝合金具有良好的粘接性，耐热空

双组分

气老化、高温、耐油。高温密闭不降解，对阳极化铝合金具有良好

三组分

的粘接性，耐热空气老化、耐油、高温。

-55~200

HM806-55~200

用氟硅橡胶胶料可以生产各种规格、各种形状的胶件。如：发动机的空气、燃油系统密封件、电绝缘件；各种大型客机油气管路紧箍件；电气系统接插件等。目前各类氟硅橡胶胶件见表5。

4. 3胶管

用氟硅橡胶胶料可以生产各种规格的耐油、耐热、耐老化、耐高温的中低压胶管，还可以生产各种规格、各种形状的汽车用异形胶管。

目前，氟硅橡胶又出现一个新的发展方向——就是用作汽车涡轮增压用胶管，美国涡轮增

压发动机在重型卡车中增长强劲，欧盟涡轮增压的柴油机乘用车需求也出现明显增长趋势，国内涡轮增压胶管正在开发生产，并用于中高档轿车和重型卡车。

4. 4密封剂

20世纪五六十年代，美国道康宁公司开发出液体氟硅橡胶，研制出许多不同用途的室温硫化氟硅密封剂，其工作温度范围为-55℃~230℃，有良好的耐喷气燃料特性，称为飞机高温整体油箱密封剂（Q4-2817）。飞机发动机燃油系统用密封剂也可用于汽车、轮船发动机燃油系统。目前各类飞机使用的氟硅密封剂见表6。

参考文献:

[1]兰州化学工业公司组织编著. 合成橡胶工业手册[M].北京：化学工业出版社，1991，1：1020~1022.

[2]刘嘉，苏正涛，栗付平. 航空橡胶与密封材料[M].北京：国防工业出版社，2011，1：98~115.

[3]王凤菊. 橡胶牌号手册[M].北京：化学工业出版社，

2003，1：163~176.

[4]赵旭涛，刘大华. 合成橡胶工业手册. 第二版[M].北京：化学工业出版社，2006，2：1130~1131.

[5]刘印文，刘振华，刘涌. 橡胶密封制品实用加工技术[M].北京：化学工业出版社，2002,1：160~162.

收稿日期：2012-10-26

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