耐碱氟胶FKM在油田密封应用中的作用

通过使用氟来取代有机聚合物上的氢可得到性能卓越的材料(包括塑料、橡胶和流体)，使用于侵蚀普通聚合物的恶劣环境...



通过使用氟来取代有机聚合物上的氢可得到性能卓越的材料(包括塑料、橡胶和流体)，使用于侵蚀普通聚合物的恶劣环境。含氟量高的聚合物展现出优异的耐高温性、强度和低温柔韧性、抗粘性和极低的摩擦系数。此外，它们几乎不溶于大多数有机溶剂、耐多种苛性流体，具有极低电介消耗，高电介强度、极低的折光率以及优异的耐火性。

含氟聚合物可分为两大类，例如，塑料(例如，聚四氟乙烯PTFE，聚三氟氯乙烯PCTFE，聚偏氟乙烯PVDF，乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE，乙烯-三氟氯乙烯共聚物ECTFE，四氟乙烯-全氟丙基乙烯基醚共聚物PFA，四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚MFA)和橡胶。氟碳橡胶或氟橡胶，是一种无定形聚合物，它们的玻璃化转化温度低于室温，适用于严酷环境中的应用。这些严酷环境包括高温以及与苛性化学物质、油类和流体接触。

氟化橡胶在油田中的应用：

油田对橡胶材料来说是一种极端恶劣的环境。由于油田中的高温和化学混合物，要求使用的橡胶能够抵御严酷的环境，提供安全可靠的服务。氟橡胶能够使用于这种严酷环境。使用氟橡胶制成的用于油田和石油化学工业的制品多种多样，包括：O型圈、膜片、钻头密封件、阀门密封件、脉冲消除装置以及数不清的各种类型密封件。石油从地球深处被开采出来，再制成汽油和化学品来驱动我们的生活，而这些密封件和部件对保证石油开采设备每天正常工作，安全性和可靠性极为重要。

氟化橡胶的类型：

ASTMD1418提供了有关氟化橡胶的命名和描述的向导。根据ASTMD1418氟橡胶主要可分为FKM,FEPM和FFKM。其中FKM又可进一步分为五大类。单体组成、单体排列次序以及硫化体系也是很重要的。这些因素都给予了氟化橡胶独特的优势，包括优异耐药品耐流体性、物理性质和令人满意的工作温度范围。

氟橡胶，是一组通过少数种类的单体聚合而成的种类多样的聚合物。目前市场上销售的氟化橡胶的基本单体几乎都是VF2、HPF、TFE或PMVE。由VF2和HFP生成的共聚物，一般被定为第1类FKM，并且一般氟含量大约在66%。在第2类FKM为三元聚合物，TFE作为第三种单体参与聚合，用于提高氟含量。根据不同的牌号，氟含量可达到67%到70%。三元聚合物和二元聚合物无各有优势。三元聚合物具有更好的耐化学性，但是耐低温性变差。这就要求一种同时具有较好耐化学性和耐低温性的FKM。在聚合物的碳架上加入PMVE能够改善耐低温性，针对此目的一系列FKM被生产出来。此外可以通过两种硫化体系来定义氟橡胶，虽然并没有在ASTMD1418中明确指明。离子硫化(双酚AF、BAF)和过氧化物硫化FKM是最常用的硫化体系。BAF硫化体系几乎是二元胶专有的硫化体系，因为这种硫化体系提供了最好的耐热性能以及优异的压缩永久变形性。当聚合物碳架上氟含量和PMVE含量升高，有效的硫化点减少，这样就要求使用另一种硫化体系来达到要求的硫化状态。一般来说，在聚合物的链端添加含卤素原子的交联单体。交联单体(CSM)用于与triallylisocyanurate(TAIC)进行交联。过氧化物硫化体系比双酚硫化体系具有更好的耐化学性。

FEPM类的氟化橡胶为过氧化物硫化橡胶，组成单体包括丙稀和TFE，或丙稀、TFE以及PMVE。

全氟橡胶，FFKM，基于单体TFE和PMVE而完全氟化，拥有最好的耐高温性和耐化学性。

材料的选择

每种橡胶与其它类型的橡胶相比都有各自的优势和劣势。在密封应用中，需要通过考虑多种性质来选择合适的橡胶。其中胶料的耐化学性和耐高温性是主要的考虑对象。在油田应用中，需要考虑到与油类、芳香烃相接触的环境，以及含有腐蚀性物质、蒸汽、硫化氢的有水环境。超过180℃的长期耐热性能在深井应用中是必须的。此外，针对深水环境以及北部海底所具有的环境，低温柔韧性以及在低于0℃环境中保持良好的动态密封性能，成为密封设计的一个因素。双酚硫化FKM具有很好的耐芳香烃和耐油性能，但是耐碱、耐高温水、耐硫化氢的性能较差。过氧化物硫化的FKM橡胶具有较好的耐化学、耐水蒸气性能，有限的耐硫化氢性能，相对双酚硫化FKM具有较好的耐碱性。

基于TFE/P的FEPM橡胶适合多种油田应用。然而，TFE/P橡胶耐芳香烃性能差，在含有芳香类物质的流体中体积溶胀很大。由于Tg高于0℃，所以即使是耐低温牌号的TFE/P也不适用于多种低温应用。FEPM橡胶具有很好的耐硫化氢性能。

全氟橡胶具有相当好的耐化学性和耐高温性。全氟橡胶可用于几乎所有的油田流体环境，包括含有硫化氢的流体。将FFKM用于通常的密封应用是可行的，但是可能因为性能超过了实际工程需要而导致不必要的成本损失。与基于TFE/P的橡胶一样，FFKM的耐低温牌号不能满足所有的耐低温应用。由于针对某个应用有多种材料可供选择，摆在密封件设计人员面前的难题就是如何选择一种材料能满足尽可能多的应用要求，并且提供最高的性价比。每个油田都有它特有的流体成分和环境，并且一般需要根据这些实际因素使用特定的橡胶制品。橡胶定制会增加设备的成本，并且限制了这些部件在环境不同的其它油田应用中的使用。一种新型的氟橡胶定义为第5类氟橡胶，尤其是以Tecnoflon?BR9151为代表。在油田应用中，它包含了FKM，FEPM和FFKM的一些特性，是一种非常适用于油田密封的材料。

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