4-5 氟橡胶与硅橡胶在线视频

各位同学

现在开始上课

在前面的几讲中

给大家重点介绍了

通过乙烯基单体的聚合

制备的各种合成橡胶

如异戊橡胶

丁基橡胶

氯丁橡胶

丁苯橡胶

丁腈橡胶等

它们具有多样化的结构和不同的优异性能

那么 除了这些橡胶外

还有一些特殊的合成橡胶

它们具有特殊的

满足苛刻使用条件的优异性能

如

可耐零下100度低温

和260度高温

对温度依赖性小

具有低黏流活化能

和生理惰性的硅橡胶

可耐300摄氏度高温

耐强腐蚀

耐臭氧

光

天候

辐射和耐油的氟橡胶等

它们广泛应用于

国防配套和军民领域

这节课中

我们就来重点介绍一下

这两类重要的特种橡胶材料

首先来介绍硅橡胶

此类橡胶是由硅氧烷

与其他有机硅单体共聚而成的

高分子有机硅化合物

分子主链为硅和氧原子共价键形成

硅氧无机结构

侧基为甲基

乙基等有机基团的一类弹性体

典型的代表是甲基乙烯基硅橡胶

其中的乙烯基提供交联点

硅橡胶产品

在1945年问世

1948年

采用高比表面积的

气相法白炭黑补强的硅橡胶研制成功

使硅橡胶的性能

跃升到了实用的阶段

奠定了现代硅橡胶生产技术的基础

首先来看一下硅橡胶的分类

根据硅原子上所链接的

有机取代基团的不同

硅橡胶有二甲基硅橡胶

甲基乙烯基硅橡胶

甲基苯基硅橡胶

氟硅橡胶等许多品种

按照其硫化方法不同

硅橡胶可分为高温硫化硅橡胶

和室温硫化硅橡胶两大类

高温硫化硅橡胶

是分子量一般为40~80万的

高分子量聚有机硅氧烷

即生胶

加入补强填料和其它各种添加剂

采用有机过氧化合物为硫化剂

经加压成型

并在高温下交联而成

室温硫化硅橡胶的分子量较低

一般为3~6万

常为粘稠状液体

分子两端还有羟基

或乙酰氧基

这些活性官能团发生缩合反应

形成交联结构而成为弹性体

此外

按性能和用途的不同

硅橡胶可以分为通用型

超耐低温型

超耐高温型

高强力型

耐油型

医用型等

硅橡胶的结构

硅橡胶的结构通式如图所示

其中的R R1 R2为甲基

乙烯基 氟原子 氰基 苯基等

硅橡胶分子量一般在15万以上

其分子主链由硅和氧交替组成

呈螺旋状结构

外围为有机基团屏蔽

链中硅氧键的极性和取代基的体积很大

使聚合物链之间

具有极弱的分子间作用力

由于硅氧键角很大

原子很容易绕硅氧键旋转

因此链本身活动性较强

使其具有较好的耐低温性能

二甲基硅橡胶的玻璃化温度为

负的130摄氏度

这是聚合物中玻璃化温度最低的

硅橡胶分子主链高度饱和

硅氧键的键能可以达到165千焦每摩尔

比碳碳键键能

也就是84千焦每摩尔要大很多

这决定了

硅氧烷聚合物的高度耐热性

有机基团的性质在很大程度上影响其耐热性

聚合物在有氧存在的条件下

耐热性随烷基增大相应降低

具有苯基取代的硅氧烷聚合物

具有更高的耐热性

那么

硅橡胶有上述的独特结构

又具有哪些独特的性能呢

我们在这里做个梳理

高温性能

硅橡胶显著的特征是高温稳定性

虽然常温下硅橡胶的强度仅是天然橡胶

或某些合成橡胶的一半

但在200摄氏度以上的高温环境下

硅橡胶仍能保持一定的柔韧性

回弹性和表面硬度

且力学性能无明显变化

低温性能

硅橡胶的玻璃化温度一般为

-70度~-50度

特殊配方可达-100摄氏度

表明其低温性能优异

这对航空 宇航工业的意义重大

耐候性

硅橡胶中硅氧 硅键对氧

臭氧及紫外线等十分稳定

具有优良的耐候性

硅橡胶 硫化胶在自由状态下

室外暴晒数千年后性能无显著变化

这是很多合成橡胶无法比拟的优异性能

电气性能

硅橡胶具有优异的绝缘性能

在受潮

遇水

和温度升高时

它的电绝缘性能变化很小

物理机械性能

硅橡胶常温下的物理机械性能

比通用橡胶差

但在150摄氏度的高温

和零下50摄氏度的低温条件下

其物理机械性能优于通用橡胶

耐油性及化学试剂性

硅橡胶在常温和高温下具有优良的耐油性

耐溶剂性能

一般 硅橡胶对低浓度的酸

碱

以及乙醇

丙酮等介质均有较好的抗耐性

气体透过性能

室温下硅橡胶对空气

氮 氧 二氧化碳等气体的透气性

比天然橡胶高出30~50倍

这是硅橡胶薄膜

与普通橡胶薄膜或塑料薄膜性能相比的一个

独特特点

这一点性能是硅橡胶薄膜

应用于医疗用品时的一个重要优势

如

敷贴于伤口表面的医用敷料

要有良好的透气性

就常使用硅橡胶作为敷料材料的支撑材料

硅橡胶的透气性

可以通过调控其交联密度来进行调节

生理惰性

硅橡胶生物安全性好

与人体组织不粘连

具有抗凝血作用

特别适合作为医用材料

疏水和防雾性

硅橡胶是疏水的

对许多材料不粘

可起隔离作用

硅橡胶制品长期存放

其吸水性能小于0.015%

对各种藻类和霉菌无滋生作用

故不会发霉

硅橡胶的主要缺点是常温下

其硫化胶的拉伸强度

撕裂强度和耐磨性

比天然橡胶和其他合成橡胶低的多

耐酸

耐碱性差

且价格较高

再来介绍一下硅橡胶的应用

硅橡胶具有独特的综合性能

已成功应用于其他橡胶

用之无效的场合

解决了许多技术问题

满足了现代工业和日常生活的各种需要

在汽车工业中

硅橡胶可耐燃油

润滑油的侵蚀

提高汽车各部件的使用性能

降低维修费用

可用于汽车点火线

火花塞保护罩

加热及散热器用软管等

随着车辆

电子电气化的发展

室温硫化硅橡胶

广泛用于

电子零件

电气装配件的封装保护

风挡玻璃 车体四周密封等处的粘接密封剂

对电气 电子工业

该工业是硅橡胶作为绝缘材料

使用最早

需求量最大的一个领域

硅橡胶主要用于高压保护罩

高压引出线

功率或讯号传递用电线 电缆等

阻燃和耐辐射硅橡胶制造的电线 电缆

广泛用于原子能发电站

硅橡胶加热片

加热带

用于控制多种精密仪表

和输油管道的工作温度

立体声耳机的衬垫改用硅橡胶

能排除外界杂音

且柔软舒适

对航空和宇航工业而言

硅橡胶

是航空宇航工业中不可缺少的高性能材料

它能承受太空的超冷

和返回大气层时的灼热

延长飞机零件寿命

降低检修保养费用

减少意外事故

主要用于飞机机体各部位的密封

防尘和防水罩

热空气导管和雷达无线减震器等

耐烧灼硅橡胶适用于火箭燃油阀门

动力源电缆等

以免受火箭喷射流的烧蚀

此外

硅橡胶还广泛应用于宇航员的宇航服

手套中的组成部分

在建筑工业中

硅橡胶具有良好的耐候性和施工性

作为粘接密封剂

在建筑工业中得到了广泛的应用

超过了其它类型的密封剂

近年来

又开发了低模量高伸长型双组分密封剂

它用于

接缝移动大的混凝土预制件

和幕墙等大型构件

室温硫化硅橡胶还用于

石棉水泥板连接处的密封

浴室砖缝和盥洗用具的密封

在医疗器材领域

硅橡胶具有良好的生物相容性

性能稳定

凝血性低

能承受高温高压多次蒸煮

而且能加工成各种形状的制品

是制备人工器官

医疗器械

及其配件

各种医用软管

片材

型材的基本原材料

硅橡胶在人工肺薄膜

人工肌腱

人工皮肤等人工器官中具有广泛的应用

此外

硅橡胶也是美容手术中常用的材料

在食品领域

加成型液态硅橡胶安全无毒

性能优良

化学惰性优异

具有高卫生等级

不含亚硝胺等有害物质

从而使其成为婴儿用品的首选

此外

利用硅橡胶透气性好的特点

也可以制成水果蔬菜保鲜气调膜

由加成型液体硅橡胶

制造的密封圈

不会发生由于加热而引起的密封性下降的现象

使食品安全得到保障

同时耐久性也非常优异

因此

可用于制造食用型产品密封圈

如用于装罐头食品的瓶子

最后来看一下硅橡胶的生产

硅橡胶的生产包括氯硅烷单体的合成

环硅氧烷及其聚合

胶料生产三个单元过程

这些过程

都是有机硅生产体系的一个组成部分

以生胶或者胶料形式提供产品

一般硅胶制品的生产过程是

原料

配制混炼

整形

硫化成型

包装

最后形成产品

下面来继续介绍另一种

特种合成橡胶

氟橡胶

相信我们的同学们

已经对氟塑料有了一定的了解

其具有优异的综合性能

被称为塑料王

与之对应

氟橡胶是一类特种合成弹性体

氟橡胶通过共聚

形成较低的玻璃化温度

及较好的弹性

其主链或侧链的碳原子上

接有电负性极强的氟原子

由于碳氟键能较大

达到485千焦每摩尔

且氟原子

共价半径为0.64Å

相当于碳碳键长的一半

因此

氟原子可以把碳碳主链很好的屏蔽起来

保证了碳碳链的稳定性

使其具有其它橡胶

不可比拟的优异性能

如耐油 耐化学药品性能

良好的物理机械性能和耐候性

电绝缘性和抗辐射性能等

在所有的合成橡胶中

其综合性能最佳

氟橡胶

也被称为“橡胶王”

氟橡胶在民用领域有广泛的应用

也是国防尖端工业中

无可替代的关键材料

目前

氟橡胶聚合

全采用乳液聚合方法制备

普遍使用的是偏氟乙烯

以全氟丙烯

或者再加上四氟乙烯的共聚物

我国称为26型或246型橡胶

杜邦公司称为Viton

A或B型氟像胶

数字2 4 6代表偏氟乙烯

四氟乙烯和六氟丙烯中的氟原子的数目

氟橡胶的性能

氟橡胶具有高度的化学稳定性

是目前所有弹性体中

耐介质性能最好的一种

其耐各种油类

耐无机酸

耐多数的有机无机溶剂

耐药品等

仅不耐低分子的

酮

醚

酯

氢氟酸

氯磺酸等

23型氟胶

在室温下98%的硝酸中

浸渍27天

其体积膨胀仅为13%~15%

氟橡胶的耐高温性能和硅橡胶一样

可以说是目前弹性体中最好的

26型氟胶

在250摄氏度下可以长期使用

在300摄氏度下短期使用

246型氟胶

在350摄氏度热空气老化16小时之后

保持良好弹性

在400摄氏度热空气老化110分钟之后

保持良好弹性

氟橡胶具有良好的耐天候老化性能

耐臭氧性能

据报道

杜邦公司开发的VitonA

在自然存放十年之后

性能仍然令人满意

在臭氧浓度为0.01%的空气中

经45天作用没有明显龟裂

26型氟橡胶

具有极好的真空性能

246型氟橡胶

已经成功应用在10~9乇的真空条件下

也就是大约千分之一个大气压的真空条件

机械性能优良

氟橡胶一般具有较高的拉伸强度和硬度

但弹性较差

其机械性能见表所示

电负性好

氟橡胶的电性能较好

吸湿性比其它弹性体低

可作为较好的电绝缘材料

氟橡胶对气体的溶解性比较大

但是扩散速度却比较小

所以总体表现出来的透气性也小

在氟橡胶中

填料的加入

充填了橡胶内部的空隙

从而使硫化胶的透气性变小

这对于真空密封是很有利的

耐燃性

氟橡胶与火接触能燃烧

但离开火后即熄灭

它属于自熄橡胶

氟橡胶的氧指数为61~64

我们在前面介绍氯丁橡胶时

曾给大家介绍过

氧指数大于27的为高难燃材料

那么

氟橡胶有哪些性能缺陷呢

氟橡胶的低温性能不好

这是由于其本身的化学结构所致

它能保持弹性的极限温度

为-15~-20摄氏度

氟橡胶的耐辐射性能

是弹性体中比较差的一种

辐射后表现出较强的交联效应

或裂解效应

最后

我们再来看一下氟橡胶的应用

由于氟橡胶具有耐高温

耐油

耐高真空

及耐酸碱

耐多种化学药品的特点

已应用于现代航空 导弹 火箭

宇宙航行

舰艇

原子能等尖端技术

及汽车

造船

化学

石油

电讯

仪表 机械等工业领域

在密封方面

氟橡胶密封件

用于发动机的密封时

可在200~250摄氏度下长期工作

在300摄氏度下短期工作

其工作寿命可与发动机的返修寿命相同

用于化学工业时

可密封无机酸

比如140摄氏度下的67%的硫酸

70摄氏度的浓盐酸

耐有机溶剂

如苯

高芳烃汽油

和其它有机物

比如275摄氏度下的脂肪酸等

用于过热蒸汽密封件时

可在160~170度的

蒸汽介质中长期工作

在高真空应用方面

当飞行高度在200~300公里时

气压为133乘以10的负六次方帕

氯丁橡胶橡胶

丁基橡胶均可应用

但是

当飞行高度超过643公里时

气压将下降为

133乘以10的负七次方帕以下

在这种高真空中

只有氟橡胶能够应用

因此

其成为

高真空设备及宇宙飞行器中

最主要的橡胶材料

在耐高温

耐油及特种介质方面的应用

用氟橡胶制造的胶管适用于耐高温

耐油及耐特种介质场合

如用作飞机燃料油

液压油的输送

导引等

用氟橡胶制成的电线电缆屈挠性好

有良好的绝缘性

尼龙布

涂氟橡胶后制成的胶布密封带

作为炼油厂的内浮顶贮罐用

软密封件

起到密封

减少油液面的挥发损失等作用

用氟橡胶制得的闭孔海绵

具有耐酸

耐油

宽广的使用温度范围和良好的绝缘性

可用作火箭燃料

溶剂

液压油

润滑油及油膏的密封

和火箭导弹的减震材料

耐温达204摄氏度

好的

同学们

有关硅橡胶和氟橡胶的内容

就给大家介绍到这里

那么

除了这两类橡胶以外

具有特殊性能

特殊用途

能适应苛刻条件下

使用的特种合成橡胶还有哪些呢

请同学们课后

自己总结 归纳一下吧