氟硅氧烷弹性体的发展：用于可持续汽车创新

作者：Dow Corning公司 Hans Peter Wolf

欢迎访问e展厅 展厅 1 工程塑料展厅 聚乙烯(PE), 聚苯乙稀PS, 聚酰亚胺PI, 聚酰胺PA, PA66塑料(尼龙), ... 在当今的全球汽车工业，持续改进汽车设计材料对于符合燃料效率、排放控制和降低成本的技术挑战和市场法规极为关键。业经证明的材料发展（不是开发全新技术）通常可以为不断发展的性能或成本要求提供正确的问题解决方案。道康宁公司（Dow Corning）的各种氟硅氧烷弹性体正是如此。这种特殊类别的硅树脂聚合物通常用于汽车元件，要求在广泛使用温度范围的耐燃料和耐机油性能可靠。现在，由于形式和功能方面出现一些重大进步，氟硅氧烷帮助设计人员实现可持续汽车创新的形势更胜以前。 本文重点论述了氟硅氧烷弹性体满足更有挑战性应用中可靠性和耐用性工业需要的重要发展，并提供提高质量和经济性的多样化工艺。这些进步包括升级氟硅氧烷基本性能特性以及开发组合了氟硅氧烷耐液态温度性能和液态硅氧烷弹性体加工优势的液态弹性体产品。文章开始介绍氟硅氧烷的基本化学特性，讨论将着重新材料选择、材料性能和加工考虑因素以及满足特定设计需要的潜在用途。 满足可持续汽车创新挑战必须组合材料发展以及深入市场了解使用中的可靠性和低成本。 氟硅氧烷技术介绍 硅树脂弹性体有时称为无机聚合物和有机聚合物之间的化学桥梁或链接，一般具有采用有机侧官能团（例如连接硅的甲基）改变硅原子和氧原子的骨链。一般来说，硅树脂弹性体被标记为高浓度橡胶（HCR）经销，标准化学分类为VMQ或甲基乙烯基硅氧烷。 氟硅氧烷橡胶（FSR）弹性体被分类为FVMQ，即氟甲基乙烯基硅氧烷。使用一个氟碳（三氟丙基）官能团替换一个烃（甲基）侧官能团合成氟硅氧烷橡胶（FSR）。这种氟硅氧烷化学物品能够提高耐非极性碳氢化合物燃料、耐机油和耐溶剂的性能，提高比重，提高酯和酮等极性液体中的溶解性，提高润滑性能，通过消除聚合物Tm结晶度降低使用温度，以及提高相同分子量的粘度。 液态氟硅氧烷橡胶选择 硅树脂和氟硅氧烷橡胶弹性体系列为固态和液态混合物。原料聚合物、固化系统、特殊添加剂以及二次填料会影响特定性能。FSR（FVMQ）和HCR（VMQ）是绉绸类材料，最适合采用挤出、模制和压光工艺制造元件。使用液态注塑或涂层（外包模注）工艺、提高生产速度、数量效率和降低废弃物时，液态氟硅氧烷橡胶（F-LSR）和液态硅氧烷橡胶（LSR）能够帮助降低成本，汽车元件的成本更低。道康宁已经提高其FSR和HCR弹性体的性能并扩大了F-LSR弹性体的产品供货范围。 现在提供的Silastic牌F-LSR弹性体包括用于涉及腐蚀性液体的全氟化（摩尔比率100%）聚合物以及用于腐蚀性更小液体周围应用的部分氟化（摩尔比率40%和摩尔比率60l%）共聚物。F-LSR弹性体系列不断增加，具有广泛的硬度选择以及自润滑可能性。所有F-LSR选择允许使用传统LSR生产设备制造氟硅氧烷橡胶密封、衬垫和膜片，与用于更高粘度FSR化合物的工艺相比，速度更快，效率更高，尺寸控制更佳。 在涉及暴露于腐蚀性液体以及极热或极冷的恶劣应用环境中，氟硅氧烷弹性体最有竞争力。以前提供FSR化合物的典型汽车应用包括燃料管安全密封、机油系统密封、涡轮增压机软管衬垫、薄膜和膜片以及O型圈密封和衬垫。 更新的F-LSR化合物为降低加工成本以及满足更苛刻要求应用的严格性能要求能力提供了机会。 性能高、加工方便 广泛试验更为新型的F-LSR弹性体确认，在已经证明典型FSR弹性体有效的应用中性能较高。例如，新型液态氟硅氧烷橡胶弹性体在现今的典型汽车液体中展现出膨胀极小，满足密封应用的压缩变形需要，并保持优良的抗扯强度和伸长特性以及耐热老化性能。典型F-LSR化合物的粘度与高硬度LSR化合物的硬度相似。 同时，这些材料具有巨大加工优势。新型F-LSR的固化曲线展示在低温（120℃）和高温（170℃）时固化快速、完整。与过氧化物固化固态FSR相比，铂加成固化F-LSR固化更快，因此，在注塑工艺期间可以更早脱模。F-LSR还显示模具粘附性降低，因为固化更完整，脱模更容易。 由于在较低温度固化更快，新型F-LSR弹性体用于外包模注塑料部件亦十分理想。对于典型的FSR化合物，这是不可能的，即使在能够熔化塑料的高温，典型FSR化合物固化也更慢。可以采用独立操作或在相同模具中连续喷射的方式开展外包模注。可以集成独立操作方式，以节约加工时间和减少部件数量、质量保证步骤和装配要求。 这些更新型的F-LSR组合了FSR的性能优势和LSR的加工优势。虽然F-LSR化合物展示在更低温度（120℃）比LSR化合物固化更快和更完整，但是固化曲线极为相似。两组分F-LSR具有相似粘度和可比剪切变稀性能，可以扩展暴露于极热或极冷条件下腐蚀性液体的精密部件和公差更紧密的元件的创新机会。 材料适用于重要挑战 新型FSR配方提高了接触可再生生物燃料（例如生物柴油）时的耐退化性能。新型系列F-LSR化合物能够为燃料系统连接密封、控制薄膜和膜片提供设计选择和工艺经济性。现已开发了用于涡轮增压机软管的新型FSR-HCR组合产品，以处理涉及200℃至250℃更高温度的排气管理战略，并在耐酸方面迎接挑战。另外，Silastic FSR弹性体和Silastic F-LSR弹性体的材料发展也极为适合满足旨在减少排放的严格OEM规格。 耐液体 已经在压力下对不同氟硅氧烷橡胶化合物开展了长期热老化试验并暴露于生物燃料的腐蚀性混合物。用水和金属污染试验液体，以模拟典型现场条件。与要求采用特殊配方以便耐生物燃料的碳氟聚合物不同，Silastic FSR化合物展示出膨胀小以及硬度计硬度、拉伸强度和伸长特性保持性能优良，以满足业界的最新、最严格试验要求。新型F-LSR化合物展示在暴露于生物柴油、柴油和其它参考燃料时性能前景光明。产品在设计灵活性和加工效率均具有优势。 涡轮增压机软管 已经开发新型等级的Silastic FSR化合物，以满足更小和更热运行涡轮增压机发动机的挑战。这些FSR化合物一般作为带有加固HCR硅树脂外层的软管衬垫共同挤出，配制用于提高耐腐蚀性液体、排气和酸性环境的性能。另外，这些材料可以处理从极冷（-40℃）到增高发动机操作温度（+200℃和更高）的更宽广服务温度范围，以用于增强排气管理。HCR和FSR弹性体采用取得专利的附着力技术和密切匹配的固化速率，展示最初粘附强度较高、内层附着力强、长期附着力稳定以及耐剥落、龟裂和分层。 减少排放 多年以来，废气再循环已经成为减少排放的一种关键技术，汽车制造商的系统规格各异。这些规格采用不同的途径并在指定试验温度使用各种试验液态混合物或真正冷凝物。先进的Silastic FSR和新型Silastic F-LSR弹性体在试验中显示性能优良，满足OEM规格，氟硅氧烷技术将被继续优化。 可持续汽车创新 道康宁组合了改进的FSR化合物和更为新型的F-LSR技术，正在应用其应用工程和技术服务（AETS）能力，以满足汽车设计的目前和新兴挑战，从而实现可持续创新。 优化燃料与空气比率控制的燃料管理措施，要求材料能够承受冷热环境，同时维持弹性而不退化。新型耐燃料F-LSR能够为采用腐蚀性更大的替代燃料运行的燃料系统密封和控制膜提供所需的性能特性。除了开启更精密设计的额外设计灵活性以外，这些弹性体还能够提高加工效率和减少废弃物。 采用更小但功率高的发动机上使用的先进涡轮增压技术，新材料的发展对于提高燃烧效率和降低碳排放也十分重要。在此，用于涡轮增压机软管的新开发HCR-FSR组合能够应对增高温度、更高压力、增加机油残余物以及更热、酸性更强的废气，附着力损失、退化和剥落的潜在性更小。 由于具备经验、创新性和解决问题的协作能力，道康宁已经作好准备将其先进的Silastic氟硅氧烷弹性体技术投入使用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/25/2014)