高氟含量氟橡膠的合成研究

陳其皓（江南大學化學材料與工程學院，江蘇　無錫　214000）

高氟含量氟橡膠的合成研究

陳其皓（江南大學化學材料與工程學院，江蘇無錫214000）

氟橡膠屬于高分子彈性體，具備其獨特特征，從組成原子上看，該物質中的主鏈或側鏈上的碳原子能與氟原子相連接。氟橡膠具有良好的耐油性和耐熱性，能夠在250℃左右的溫度保持長時間的工作；同時，也擁有良好的物理機械特點，可耐輻射，電絕緣性明顯，因此，被廣泛應用在我國航空航天還有化學工業等科學領域中。本文主要針對高氟含量氟橡膠的合成方法進行探析，并對其未來發展的改性方法做出相應介紹。

高氟含量；合成方法；改進方法；分析研究

以汽車產業為例，氟橡膠主要用于發動機、燃料系統以及外圍設備上的密封材料，但是隨著環保理念的增強，需要全面降低二氧化碳的排量，因此，在采用氟橡膠過程中有必要加強其低燃料透過性的控制；同時，隨著含氧化物合成技術的創新與發展，新型環保能源的出現，促使氟橡膠需增加其耐溶劑性能［1］。氟橡膠一般包括三種共聚單元，當氟元素的質量分數達到68%，則會降低其耐油性和耐溶性，因此，應在發展、研究過程中開發出具備更高氟含量的氟橡膠產品，即質量分數超過69%，以確保其具備良好的燃料透過性和耐溶劑性。

1　高氟含量氟橡膠的合成方法

1.1共聚單體的組成分析

將高氟含量氟橡膠中氟元素的質量分數控制在69%以上，則需要控制好其他共聚單元組成，即偏氟乙烯、全氟丙烯還有的四氟乙烯的質量分數分別為30%～65%、20%～40%和20%～40%。①若偏氟乙烯的量分數達不到30%，會降低其聚合速率，從而無法保證其耐低溫性能；若量分數超過65%，則會降低氟含量，無法得到最低燃料透過性等性能。②控制好全氟丙烯的含量是保證氟含量的條件之一，但是超過40%會降低其競聚率和反應速率，甚至會增加制作成本；③控制好四氟乙烯含量是把握氟橡膠耐溶劑性的首要條件，但是超過40%會出現聚合物結晶情況，會導致其存在低溫變形的情況。

1.2聚合工藝分析

常規氟橡膠的乳液聚合工藝是應用在高氟含量橡膠合成的主要技術，首先，需要將水和乳化劑放進反應釜中；其次，合理應用痰氣將反應釜中的空氣進行置換；再接著，將攪拌裝置打開后加熱反應釜，并控制好其反應壓力值和Ph值，隨即增加適量的引發劑，促進聚合反應的開始；最后，聚合反應開始后，增加適量的鏈轉移劑，并根據反應情況加入適量的混合單體，以保證反應釜中的壓力處于固定范圍內，確保混合單體反應完成后，即可停止。將反應生成的聚合乳液實行相應的處理，即凝聚、洗滌還有干燥工序等，再利用煉膠機將其塑煉成型，即可獲得高氟含量氟橡膠產品。

2　高氟含量氟橡膠的改性分析

常規的氟橡膠中，普遍采用多元醇類硫化劑實行硫化，其硫化原理為：以VDF－HFP鏈段脫HF所構成的雙鍵來完成苯酚陰離子的加成反應［2］。但是氟含量與偏氟乙烯含量的控制中，一旦提升前者的量分數，就會降低后者的量分數，從而降低其硫化速率、機械性能，所以，實行高氟含量氟橡膠的改性時，不僅需要保證其低燃料透過性和耐溶劑性，還有必要增強其硫化性能。

2.1轉變分子鏈鏈段結構

將組成的共聚單體中偏氟乙烯物質量分數控制在60%～65%之間，可以獲得較高氟含量的氟橡膠，且無需減少偏氟乙烯的總含量。轉變分子鏈鏈段結構，就是利用無機引發劑和有機引發劑作為初始引發和補加引發；同時，在引發過程中適當增加有機端基的鏈轉移劑，以期結合三種物質的時間和總量來調整聚合物的端基結構，確保VDF－HFP鏈段的數量明顯增加后，提升高氟含量氟橡膠的硫化速率。

2.2增加改性單體

將非全氟單體增加到聚合物的共聚單體中，以進一步降低偏氟乙烯的含量，通過物質的量分數來計算，各個共聚單體的物質的量分數則表現為：偏氟乙烯和四氟乙烯，分別是15%～40%和10%～30%；而全氟丙烯和非全氟單體則分別是20%～50%和2%～15%，通過非全氟單體這一改性單體的加入，來增強分子鏈脫HF雙鍵形成的能力，進而提升氟橡膠的硫化速率和硫化膠的機械性能［3］。

2.3共同混煉

將氟橡膠分成A、B兩組實行混煉，混煉方法是利用開煉機實行常規方法混煉，最后得到氟含量較高的交聯性氟橡膠組合物［4］。兩組氟橡膠的共聚單體均為偏氟乙烯、四氟乙烯和全氟丙烯，并將A類氟橡膠的氟元素質量分數控制在69%～71%之間，B類的控制在72%～73%之間，經過混煉后獲得的相對分子質量比較下，A會明顯高于B，確保經混煉獲得的交聯性氟橡膠組合物不僅能夠具備A類的良好硫化性能、機械性能，而且也會擁有B類的低燃料透過性、耐溶劑性能。

3　結語

綜上所述，合理提升氟橡膠中的氟含量，能夠保證氟橡膠擁有低燃料透過性以及良好的耐溶劑性等特征。經過硫化后氟橡膠，再將其浸泡在燃油中，可以將其拉伸強度控制在有效范圍內，提高氟橡膠的利用率；同時，采用轉變分子鏈鏈段結構、增加改性單體還有共同混煉等方式實行氟橡膠改性后，可以進一步提升其硫化速率和硫化膠的機械性能。

［1］錢厚琴，王昌堯.高氟含量氟橡膠的合成及改性［J］.有機氟工業，2016（01）：48-64.

［2］朱則剛.車用氟橡膠的市場需求及發展趨勢［J］.現代橡膠技術，2013（01）：41-46.

［3］曹鴻璋，劉杰民，張玉璽等.氟橡膠改性技術研究進展［J］.橡膠工業，2014（03）：187-191.

［4］鄔一凡，黃巍，徐京生.國內外氟橡膠生產消費現狀及發展趨勢［J］.化工新型材料，2013（03）：1-5.