Page 97 - 《橡塑技术与装备》2023年5期

测试与分析 宋玉倩 等·FKM 和 FFKM 在不同硫化体系下其对密封件最高使用温度的影响

表 2 由长期压缩永久变形结果得出的材料最高使用温度 率方程来计算产生特定分解率的温度（代表最高使用
弹性体材料 最高使用温度 /℃ 弹性体类 硫化体系 硫化剂 温度）（表 4）。计算出的 237 ℃的温度会在 1 000 h
FKM X3231 203 FKM 过氧化物 TAIC
FFKM 678 229 FFKM 过氧化物 TAIC 周期内产生 0.5% 的重量损失，这个温度与通过长期
FFKM 562 269 FFKM 过氧化物 双烯烃
FFKM 676 304 FFKM 腈 BOAP 压缩永久变形试验确定的 229 ℃的最高使用温度最接
* 1 000 h 后到达 80% 压缩永久变形的所计算出的温度 近。目前正努力将该试验扩展到本报告中所述的其他
弹性体材料。
根据每种材料的化学结构，表 2 中的结果可以得
表 3 5% 重量损失对应的时间
到合理的解释。含有数量最多的碳氢键（如前所述， -1
时间 /min 速率 (%/min) In(速率) 温度 /℃ 温度 /K 1/ 温度 (K )
其弱于碳氟键）的材料具有最低的上限使用温度。用 196 0.026 -3.669 350 623 0.0016 1
38.1 0.131 -2.029 380 653 0.0015 3
过氧化物 TAIC 硫化的 FKM X3231 不仅在交联结构 7.5 0.668 -0.403 410 683 0.0014 6
中含有碳氢键，而且由于 VDF 单体的存在，在聚合物 2.1 2.392 0.872 440 713 0.001 4
主链中也含有碳氢键。
使用温度最高的弹性体是用腈硫化体系 BOAP 作
为硫化剂的 FFKM 676，它不包含任何烷基碳氢键，
并且苯并恶唑交联的芳香族性质更是具有热稳定性。
采用过氧化物硫化体系 TAIC 作为硫化剂的 FFKM
678，其碳氢键含量比采用双烯烃硫化剂的 FFKM 562

含量高，这就解释了 FFKM 678 最高使用温度较低的 图 11 失重速率与温度之间的关系
原因。应注意，弹性体材料的结构特征不是唯一可以 表 4 特定分解率的温度
影响压缩永久变形值、影响最高使用温度计算的因素。 重量损失率 /% 时间 /h 温度 /℃
0.5 1 000 237
例如，填料类型和填料的份数等变量也会影响压缩永 1 1 000 245
久变形。本文所述的弹性体材料均含有相同的填料（炭 5 1 000 265
黑）类型，且具有类似的份数（至少 20 份），因此， 压缩应力松弛（CSR）是较早引入的一种技术，
根据长期压缩永久变形结果对其耐热性能进行排序是
用于测量材料在一定温度和恒定变形下的密封能力的
一种有意义的方法。
保持情况，这是对材料在应力作用下密封能力的直接
长期压缩永久变形试验方法的一个缺点是耗时 测量。CSR 可以对温度循环或者在介质中暴露的的情
（1 000 h 的测试周期需要 6 周时间）太长，并且需要 况进行模拟，这使得 CSR 成为可以模拟实际应用条件
大量 AS568A-214 O 形环样品才能完成。因此，对
的具有潜在价值的工具。CSR 的强大之处在于可以反
FFKM 678 的等温 TGA 进行了研究，以此作为确定材 映测试期间的实时密封力。相比之下，压缩永久变形
料最高使用温度的补充试验方法。这项技术将重量损 测试仅能体现整个试验周期结束后的弹性恢复能力。
失作为时间和温度的函数，并反映材料的热氧老化稳
压缩永久变形当然是弹性体材料开发实验室更为常规
定性。该方法的优点是测试周期短，所需样本量较少。
的测试，因为它不需要任何专用设备，但是 CSR 测试
阿累尼乌斯方程（图 10）用于表示失重速率和温度之 结果或许更能体现材料在实际应用中的密封能力。许
间的关系。
多材料厂家目前正与合作伙伴开发一种基于 CSR 的测
试方法，这种测试方法不仅用于确定最高使用温度，
还用于预测密封寿命。
图 10 阿累尼乌斯方程
客户有时会需要具备广泛的耐化学性和蒸汽老
FFKM 678 在空气中进行等温 TGA 测试，并测量 化后好的物理性能保持率的材料，而现有的 EPDM、
在四种不同温度下达到 5% 重量损失时对应的时间（表 FEPM、FKM 甚至 FFKM 材料无法满足客户的需求。
3）。根据阿累尼乌斯方程，ln（速率）与 1/T 的曲线 为了提高石油采收率，供应商开发出了 FFKM 694，
图表示失重速率（每分钟重量损失 %）与温度之间的 它同时具有优异的耐化学性和耐热性，可以满足要求
关系（图 11）。然后，使用代表曲线最佳拟合线的速 苛刻的密封需求。在 260 ℃下进行为期一周的高温蒸

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