彈性體的材料化學(xué)特性、種類(lèi)選擇及綜合應(yīng)用

一、什么是彈性體？
彈性體是一種在拉伸或變形后可以恢復(fù)原狀的材料。這一特性使它們?cè)谠S多應(yīng)用中必不可少，從工業(yè)密封件到日常橡皮筋。不適合應(yīng)用的密封材料會(huì)導(dǎo)致許多問(wèn)題，從膨脹到剝落或開(kāi)裂。為了避免這些問(wèn)題，請(qǐng)分析已在相同或類(lèi)似應(yīng)用中使用的彈性體�；瘜W(xué)兼容性、溫度、壓力和機(jī)械磨損等變量可能使預(yù)測(cè)最佳材料變得具有挑戰(zhàn)性。在大多數(shù)情況下，幾種材料都可以使用，但某些彈性體的使用壽命會(huì)比其他彈性體更長(zhǎng)。

二、彈性體的特性是什么？

• 彈性體的特點(diǎn)是能夠拉伸并恢復(fù)到其原始形狀，這得益于其彈性聚合物和交聯(lián)結(jié)構(gòu)。它們具有高彈性和柔韌性，這對(duì)于密封件和墊圈等應(yīng)用至關(guān)重要
• 彈性：變形后恢復(fù)原來(lái)形狀的能力。
• 柔韌性：易于拉伸和彎曲，不會(huì)斷裂。
• 耐用性：耐磨損，包括耐磨性。
• 高拉伸性：可大幅拉伸而不會(huì)產(chǎn)生永久變形。
• 彈性：從變形中快速恢復(fù)的能力。

1. 不飽和彈性體：

• 不飽和彈性體的分子結(jié)構(gòu)中含有碳碳雙鍵。這種類(lèi)型的彈性體包括丁二烯橡膠和苯乙烯丁二烯橡膠等材料。
• 化學(xué)反應(yīng)性：由于不飽和鍵，與其他化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)性可能更高。
• 彈性性能：提供良好的彈性，但可能需要額外的化學(xué)處理來(lái)增強(qiáng)性能。

2. 天然橡膠與合成橡膠：

• 天然橡膠來(lái)自橡膠樹(shù)的乳膠，以其出色的彈性和柔韌性而聞名。另一方面，合成橡膠由各種合成材料制成，可以經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)以提供特定優(yōu)勢(shì)：
• 天然橡膠：具有良好的柔韌性和彈性，但對(duì)環(huán)境因素較敏感。
• 合成橡膠：具有更好的耐熱、耐化學(xué)性和耐候性。例如丁腈橡膠和丁基橡膠。

3. 丁基橡膠和其他合成彈性體：

• 丁基橡膠是一種合成彈性體，具有出色的氣密性和耐化學(xué)性。它通常用于需要高耐熱性和耐油性的應(yīng)用中。其他合成彈性體包括：
• 丁腈橡膠：因其耐油和耐燃料性而聞名。
• 彈性聚合物：這些是熱固性彈性體，經(jīng)過(guò)固化可獲得穩(wěn)定、耐熱的材料。

4. 飽和彈性體與熱固性彈性體：

• 飽和彈性體具有完全氫化的聚合物鏈，這使其反應(yīng)性較低，并且更耐老化和耐化學(xué)品。熱固性彈性體在固化過(guò)程中交聯(lián)，從而形成無(wú)法重新熔化的剛性結(jié)構(gòu)。
• 飽和彈性體：提高耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性。
• 熱固性彈性體：抗永久變形和高機(jī)械性能，適用于惡劣環(huán)境。

5. 標(biāo)準(zhǔn)與合規(guī)性：

• 考慮必須滿足的標(biāo)準(zhǔn)。很容易認(rèn)為 EPDM 就是 EPDM，但事情遠(yuǎn)不止于此。EPDM O 形圈可能完全安全用于衛(wèi)生加工，或者，根據(jù) O 形圈的制造方式，可能含有可能滲入成品的有害成分。
• 了解哪些特定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于單個(gè)應(yīng)用很重要。這些組件是否被視為食品級(jí)？它們是否符合食品和藥物管理局(FDA) 標(biāo)準(zhǔn)？生物制藥加工商通常要求密封件符合USP VI 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
• 有時(shí)，會(huì)提供固化化合物的選擇。例如，一些硅橡膠使用過(guò)氧化物進(jìn)行固化。然而，大多數(shù)公司不能讓過(guò)氧化物污染他們的產(chǎn)品，因此在衛(wèi)生應(yīng)用中，通常首選用鉑固化的硅膠。

6. 密封件類(lèi)型：

• 彈性材料將執(zhí)行的工作決定了所需的密封類(lèi)型。靜態(tài)密封件（無(wú)運(yùn)動(dòng)）的需求可能與動(dòng)態(tài)密封件不同。與被動(dòng)密封件（如 Tri-Clamp 墊圈）相比，研磨產(chǎn)品對(duì)動(dòng)態(tài)密封件（如閥座或移動(dòng)部件上的 O 形環(huán)）的磨損會(huì)更嚴(yán)重。
• 糖漿對(duì)動(dòng)態(tài)密封件來(lái)說(shuō)是個(gè)棘手的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，糖漿非常溫和，與任何彈性體都能很好地配合。然而，糖晶體會(huì)在密封件上堆積，有時(shí)被稱(chēng)為“鍍層”。在閥座上，當(dāng)閥座關(guān)閉時(shí)，晶體會(huì)像砂紙一樣，很快磨損閥座。當(dāng)擔(dān)心磨損時(shí)，PTFE（也稱(chēng)為特氟龍）通常是最佳選擇。
• 密封件類(lèi)型的另一個(gè)考慮因素是彈性體的彈性。丁腈橡膠和三元乙丙橡膠具有良好的彈性，在壓縮時(shí)“反彈”得更像天然橡膠。它們非常適合形成良好的密封，尤其是在反復(fù)壓縮后（例如蝶閥座或經(jīng)常拆卸的配件墊圈）。氟橡膠可以有一定的柔韌性和彈性，但在較低溫度下會(huì)變得不那么柔韌。
• PTFE，又稱(chēng)特氟龍，沒(méi)有記憶性，可以“冷流”，壓縮時(shí)會(huì)變形。通常，它在第一次使用時(shí)可以提供足夠的密封，但如果拆下三夾接頭并用相同的墊圈替換，可能會(huì)出現(xiàn)一些泄漏。因此，人們發(fā)明了封裝式墊圈。這些 PTFE 墊圈的核心是彈性更強(qiáng)的材料，如 EPDM，將 PTFE 的機(jī)械和化學(xué)韌性與橡膠的彈性相結(jié)合。

7. 化學(xué)兼容性：

• 丁腈橡膠：以其對(duì)油、燃料和碳?xì)浠�合物的出色抵抗力而聞名。它通常�?duì)脂肪族和芳香族碳?xì)浠�合物表現(xiàn)出色。然而，丁腈橡膠對(duì)強(qiáng)酸和氧化劑的效果較差。典型的濃度限制是酸高達(dá) 30%，堿高達(dá) 10%，但可能因具體配方和條件而異。
• EPDM（乙烯丙烯二烯單體）：在水、蒸汽和堿性溶液中表現(xiàn)良好。通常不適用于油和脂肪。EPDM 用于接觸高濃度堿性物質(zhì)（高達(dá) 50%）和中等濃度酸性物質(zhì)（高達(dá) 10%）的應(yīng)用。
• Viton（氟橡膠）：具有出色的耐化學(xué)性，包括耐油、耐燃料和耐酸。它可耐受強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，適合惡劣的化學(xué)環(huán)境。Viton 可耐受濃酸和濃堿，強(qiáng)酸的極限通常為 10% 左右，強(qiáng)堿的極限通常為 20% 左右。
• PTFE（聚四氟乙烯）：PTFE 以其出色的耐化學(xué)性而聞名，可以處理幾乎所有化學(xué)品，包括強(qiáng)酸和強(qiáng)堿。它在高化學(xué)品暴露環(huán)境中特別有用，并且與各種濃度高達(dá) 100% 的化學(xué)品具有廣泛的兼容性。
• 硅橡膠：在高溫環(huán)境下性能良好，但對(duì)油和燃料的抵抗力有限。硅橡膠適用于接觸水和弱酸的應(yīng)用，酸和堿的濃度限制在 10% 左右。具體限制取決于配方。

8. 特定化學(xué)兼容性

• 丁納橡膠：可接受濃度最高為 2%。
• EPDM：濃度一般在 10% 以下效果良好。
• 氟橡膠：耐腐蝕性能優(yōu)良，可接受高達(dá) 10% 的濃度。
• PTFE：可抵抗幾乎所有的酸，即使?jié)舛群芨摺?/li>
• 硅膠：相當(dāng)好，但應(yīng)檢查特定酸的兼容性圖表。

9. Bases and Caustics堿和焦散線：

• 丁腈橡膠：有效腐蝕性濃度最高可達(dá) 2%。
• EPDM：可耐受較高的濃度，通常高達(dá) 50%。
• Viton：與腐蝕劑配合使用效果良好，適合濃度高達(dá) 20%。
• PTFE：即使在高濃度下也具有優(yōu)異的耐腐蝕性。
• 硅膠：請(qǐng)參閱兼容性圖表以了解具體基礎(chǔ)濃度。
• 碳?xì)浠�合物和油�?lèi)：
• 丁腈橡膠：具有優(yōu)異的耐油、耐燃料性能。
• EPDM：耐油性較差，不建議用于暴露在油中的情況。
• Viton：優(yōu)異的耐受性，非常適合高溫油。
• PTFE：出色的抗碳?xì)浠�合物性能�?/li>
• 硅膠：抵抗力有限，適用于非油應(yīng)用。

10. 耐溫性

• 耐高溫性是用于高溫或溫度變化環(huán)境的彈性體的關(guān)鍵特性。即使暴露在極端溫度下，彈性體也必須保持其物理特性和性能。耐高溫性可能因配方和應(yīng)用而異，因此請(qǐng)務(wù)必查看制造商的數(shù)據(jù)表以驗(yàn)證您將使用的特定材料的信息。

11. 溫度范圍和性能

• 丁腈橡膠：通常在高達(dá)107度的溫度下有效工作。它可以承受偶爾的溫度峰值，但長(zhǎng)時(shí)間暴露可能會(huì)降解。
• EPDM（乙烯丙烯二烯單體）：適用于高達(dá)135至149度的溫度。它在低溫下保持柔韌性，在高溫下保持性能，使其成為戶(hù)外和蒸汽應(yīng)用的理想選擇。
• Viton（SFY，耐莖桿氟橡膠）：可承受高達(dá)204度的高溫。它以其熱穩(wěn)定性而聞名，可以承受持續(xù)暴露在高溫下而不會(huì)出現(xiàn)明顯降解。
• PTFE（聚四氟乙烯）：特氟龍?jiān)诟哌_(dá)232度的溫度下表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。PTFE 在極端溫度條件下仍能保持其完整性，使其適用于高溫應(yīng)用。
• 硅橡膠：有效溫度范圍可達(dá)232度。它在低溫下仍保持柔韌性，在高溫環(huán)境下仍能保持性能，但長(zhǎng)時(shí)間暴露在230度以上的溫度下可能會(huì)導(dǎo)致降解。

三、彈性體的種類(lèi)有哪些？
1. Kalrez全氟

• Kalrez 是全氟彈性體的一個(gè)品牌，以其出色的耐化學(xué)性和高溫穩(wěn)定性而聞名。它在惡劣的化學(xué)環(huán)境中仍能保持完整性，包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和溶劑。
• 溫度范圍：有效溫度范圍為-20至330度。它在很寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，適合極端條件。
• 應(yīng)用：常用于化學(xué)加工、制藥制造和航空航天應(yīng)用，這些應(yīng)用對(duì)耐化學(xué)性和高溫穩(wěn)定性至關(guān)重要。

2. PEEK（聚醚醚酮）

• 性能特點(diǎn)：PEEK是一種高性能熱塑性塑料，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐化學(xué)性和高溫穩(wěn)定性。它能抵抗多種溶劑、酸和堿。
• 溫度范圍：適用于高達(dá) 250度的溫度，并能承受短時(shí)間暴露于較高溫度。
• 應(yīng)用：用于要求機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)性的苛刻應(yīng)用，例如航空航天部件、醫(yī)療植入物和高性能密封件。

3. Delrin（聚甲醛）

• 性能特點(diǎn)：Delrin 是一種高強(qiáng)度、低摩擦的熱塑性塑料，具有良好的尺寸穩(wěn)定性和耐磨性、抗沖擊性。它還能抵抗各種化學(xué)品，盡管不像 PEEK 那樣廣泛。
• 溫度范圍：有效溫度為-40至 120度
• 應(yīng)用：常用于精密工程、汽車(chē)零部件和消費(fèi)品等對(duì)耐用性和低摩擦至關(guān)重要的領(lǐng)域。

4. PTFE/不銹鋼復(fù)合材料：

• 這些材料結(jié)合了 PTFE 的耐化學(xué)性與不銹鋼的機(jī)械強(qiáng)度，在高溫和腐蝕性化學(xué)環(huán)境中提供增強(qiáng)的性能。

5. 可金屬檢測(cè)彈性體：

• 這些彈性體含有金屬顆粒，可被金屬探測(cè)器檢測(cè)到，可用于食品加工和制藥行業(yè)，以防止破損的墊圈或零件造成污染。

四、彈性體如何發(fā)揮作用

• 彈性體是具有顯著彈性的材料。由于其聚合物鏈和交聯(lián)，它們?cè)谧冃魏罂梢曰謴?fù)到原來(lái)的形狀。它們的彈性特性使其成為各種應(yīng)用中密封件和墊圈的理想選擇。

五、熱塑性彈性體和熱固性彈性體有什么區(qū)別

• 熱塑性彈性體可以多次熔化和重塑而不會(huì)改變其性能，而熱固性彈性體則通過(guò)化學(xué)過(guò)程固化，使其變得堅(jiān)硬且無(wú)法重新熔化。每種彈性體都有其優(yōu)點(diǎn)，具體取決于應(yīng)用。

六、化學(xué)相容性如何影響彈性體的選擇

• 彈性體的化學(xué)特性（如耐酸、耐油和耐腐蝕性）決定了其是否適用于特定應(yīng)用。例如，PTFE 以其高耐化學(xué)性而聞名，使其成為惡劣環(huán)境的理想選擇。

七、選擇彈性體時(shí)需要考慮哪些關(guān)鍵特性

• 關(guān)鍵特性包括耐熱性、耐磨性、耐化學(xué)性和彈性。這些特性將影響彈性體在不同條件下（例如高溫或化學(xué)暴露）的性能。
• 溫度和機(jī)械磨損如何影響彈性體的性能？
• 溫度會(huì)影響彈性體的物理特性和彈性，可能導(dǎo)致其性能下降。機(jī)械磨損（如磨損和反復(fù)壓縮）也會(huì)影響彈性體的壽命和有效性。

八、與天然橡膠相比，使用合成橡膠有哪些優(yōu)勢(shì)

• 與天然橡膠相比，合成橡膠在耐化學(xué)性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能方面通常具有更佳的性能。它們可以根據(jù)特定應(yīng)用進(jìn)行定制，從而提供更好的耐用性和可靠性。