氟橡胶（FKM）—— 极端环境中的优质密封材料！

昵称52855393 2018-11-27

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氟橡胶（FKM）是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种合成高分子弹性体，具有出色的耐高温性能、高化学稳定性、耐候性、抗氧化性、耐油性以及很低的透气性。在军事工业上，FKM主要用于航天、航空及运载火箭、卫星、战斗机、新型坦克的密封件、油管和电气线路护套等方面，是国防尖端工业中无法替代的关键材料。

（图为密封用的氟胶O型圈）

1957年，杜邦公司为了解决航空航天工业对密封性能的高要求，研发出了第一款FKM。为了提供更好的热稳定性和耐溶剂性，1959年，含有四氟乙烯（TFE）的三元共聚型氟橡胶被研发出来。目前国际上比较常见的FKM品牌包括：科慕公司的Viton®，索尔维公司的Tecnoflon®，3M公司的Dyneon™以及大金公司的DAI-EL™。

氟橡胶的结构特性

FKM的分子结构决定了它优质的化学稳定性和耐高温的性能。如下图所示，氟原子把碳链和氟碳键包围起来，使其不容易受到攻击：

四氟化碳的分子结构

此外，氟碳键的键能非常高，这也意味着它不易断裂，化学性能更稳定。

常见化学键的键能对比（kJ/mol）

为了保持弹性体的特征，橡胶制品必须能在受到外界挤压，发生形变之后迅速恢复。正常情况下，弹性体是分子链相互交联而形成的三维网状结构，而形变之后的恢复力来自分子链段趋向于回到无序的特性。由于氟碳链相比于碳氢链更粘稠，因此FKM常常会表现出慢弛豫。

FKM通常由两种及以上单体组成。由VF2（或者VDF），TFE以及乙烯单体聚合的碳链如果足够长，可能会晶格化。因此为了形成非晶态聚合物，会加入一些带有庞大侧基的单体，比如六氟丙烯（HFP）、含氟乙烯基醚（PMVE）、丙烯等。下图所示为常见单体的分子结构：

氟橡胶的类型

根据商标的不同，目前FKM的类型可以分为以下五种：

六氟丙烯（HFP）和偏二氟乙烯（VF2/VDF）的二元共聚物。二元共聚物是标准型的FKM，在各个方面的性能都不错，属于全面型选手。国内俗称2号胶的26型氟橡胶就是这种类型，是目前最通用的氟橡胶品种，用量占整个氟橡胶的80%以上。

四氟乙烯（TFE）、六氟丙烯（HFP）和偏二氟乙烯（VF2/VDF）的三元共聚物。三元共聚物的氟元素质量分数比二元共聚物更高（通常为68%~69%），因此有更好的耐化学性，尤其是耐烃类性能。此外它的耐高温性能更优，能在250℃以上环境长期使用，但是其承压能力和低温环境中的弹性会相应减小。国内俗称3号胶的246型氟橡胶就属于这一类。

四氟乙烯（TFE）、含氟乙烯基醚（PMVE）和偏二氟乙烯（VF2/VDF）的三元共聚物。PMVE的加入使得产品在低温中的弹性比前两种类型产品更好。这种FKM的氟元素质量分数在62%~68%之间。

四氟乙烯（TFE）、丙烯和偏二氟乙烯（VF2/VDF）三元共聚物。这种FKM耐碱等极性溶液的性能增加了，但是膨胀性能变差了，其氟元素质量分数约为67%。

四氟乙烯（TFE）、六氟丙烯（HFP）、乙烯、含氟乙烯基醚（PMVE）和偏二氟乙烯（VF2/VDF）的五元共聚物。这一种FKM以耐极性溶液，以及耐高温硫化氢闻名。

下图展示了杜邦公司不同单体的Viton氟橡胶类型，具有一定代表性。值得注意的是：除了PMVE，MOVE (CF2=CF-O-CF2-O-CF3)也被用做FKM的单体。