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。

密封用的氟橡胶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™。

一、氟橡胶发展简史

自从发现聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯以来，人们认识到含氟高分子聚合物具有优异的耐高温性能和化学惰性，聚四氟乙烯已发展成为最大规模的氟聚合物产业。但由于塑料自身的性能特点决定了其作为密封材料仍有较大的缺陷，迫切需要一种含氟弹性体密封材料。

最早的氟橡胶为1948年美国杜邦公司试制出的聚-2-氟代-1,3-丁二烯及其与苯乙烯、丙烯等的共聚体，其性能并不比氯丁橡胶、丁橡胶突出，而且价格昂贵，没有实际工业价值。20世纪50年代后期，美国Thiokol公司开发了一种低温性能好、耐强氧化剂的二元亚硝基氟橡胶，氟橡胶自此开始进入实际工业应用。

中国从1958年开始也开发了多种氟橡胶，主要为聚烯烃类氟橡胶，如23型、26 型、246型以及亚硝基类氟橡胶，随后又发展了较新品种的四丙氟橡胶、全氟醚橡胶、氟化磷橡胶。

二、氟橡胶结构和特性

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。氟原子把碳链和氟碳键包围起来，使碳原子不容易受到其他化学物质、分子、离子或原子的攻击，四氟化碳结构图如下图所示：

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，化学性能很稳定。

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：

三、氟橡胶的类型

按照ASTM D1418-2022，氟橡胶可以分为以下五种：

（1）六氟丙烯（HFP）和偏二氟乙烯（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。

（2）四氟乙烯（TFE）、六氟丙烯（HFP）和偏二氟乙烯（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。

（3）四氟乙烯（TFE）、含氟乙烯基醚（PMVE）和偏二氟乙烯（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。

（4）四氟乙烯（TFE）、丙烯和偏二氟乙烯（VDF）三元共聚物。这种FKM耐堿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%。

（5）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（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也被用做FKM的单体。

四、氟橡胶应用

氟橡胶已成为现代工业领域中不可缺少的一类材料，在国防、军工、航空航天、汽车、石油化工等领域都有一定的应用，尤其大量用于特殊密封制品的生产，目前全球范围内60%以上的氟橡胶被应用于汽车工业。

装卸车液压系统和大型装卸车液压系统连续工作时间长，油温及机件温度上升很快，普通橡胶不能满足其工作要求，而氟橡胶制品凭其优良的耐温性能，能满足各种苛刻的技术要求。伴随着汽车工业对可靠性、安全性等要求的不断提升，氟橡胶在汽车行业中的需求量也呈现出迅速增长趋势。

除汽车工业应用以外，氟橡胶密封件被应用在鉆井机械、炼油设备、天然气以及电厂脱硫装置上，可以同时承受高温、高压、油类和强腐蚀介质等苛刻条件；在化工生产中氟橡胶密封件被用在泵、设备容器之中，用于密封无机酸、有机物等化学物质。在石油和化学工业中氟橡胶密封产品用于机械密封、泵、反应器、搅拌器、压缩机外壳、阀、各类仪表和其它设备上，如通常用作阀座、阀杆的填料，隔膜和垫片。

此外，氟橡胶更是现代航空、导弹、火箭、宇宙航行、舰艇、原子能等尖端科学技术不可缺少的高性能材料之一，近些年在航空和航天领域中，氟橡胶新产品不断地开发出来。

五、氟橡胶生产概况

据统计，目前全球FKM产能约90000吨/年，年消费量约50000吨。国际上，FKM的生产企业主要有科慕、大金、索尔维、3M等。

目前我国已有规模化生产的FKM，但普通品级产品较多，高性能的产品相对较少。国内生产FKM的产家包括东岳集团、巨化股份、华谊三爱富、江苏梅兰、晨光科慕、浙江孚诺林、中昊晨光等，产能分布如下图所示：

2022年中国氟橡胶产能对比（分企业），数据来源：ACMI

2022年，我国FKM产能约28000吨/年，产量约24500吨，开工率在88%左右。总体而言，我国FKM产能近年持续增加。

随着中国汽车工业的蓬勃发展，以及航空航天、石油化工、军事等工业需求的不断增长，预计氟橡胶需求年均增长率将保持在8%左右。

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