带你用红外光谱法鉴别氟橡胶的类型.
发布时间：2023-03-07 17:30 浏览次数：212氟橡胶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。
氟橡胶分子结构中有高键能的C-F键（485kJ/mol）和氟原子对C-C键的屏蔽作用，使得氟橡胶具有优异的耐腐蚀、耐高温、耐高真空性能，还具有良好的压缩永久变形、耐溶胀性能，在航天、航空、汽车、石油和家用电器等领域得到了广泛应用。
一些常见的氟橡胶制品有耐高温垫片、O型圈、运动表带、阀门密封垫等等。
氟橡胶的类型与性能
氟橡胶品种繁多，其单体组成主要为偏氟乙烯（VDF）、三氟氯乙烯（CTFE）、四氟乙烯（TFE）、六氟丙烯（HFP）、全氟甲基乙烯基醚（MVE）等。
根据单体组成不同，氟橡胶可以大致分为：氟橡胶F23、氟橡胶F26、氟橡胶F246、四丙氟橡胶TP等通用型氟橡胶，以及引入醚类链节以改善低温性能的氟醚橡胶，大分子氢原子全部被氟原子取代的全氟醚橡胶FFKM，另外还有聚合物结构中含有P、N、O、Si等元素的特殊的氟化磷腈橡胶、氟硅胶等，都属于氟橡胶的范畴。
氟橡胶优异的性能主要表现在：
耐腐蚀
氟橡胶具有优异的耐腐蚀性能，对有机液体、无机浓酸、高纯度过氧化氢、强氧化剂等物质，均优于其他橡胶。
耐高温
氟橡胶一般在~250℃可长期使用，~300℃可短期使用。氟橡胶使用环境低于150℃时的拉伸强度和硬度均随温度的升高而明显下降，使用环境在150℃～260℃时拉伸强度和硬度随温度的升高下降较慢。
耐高真空
氟橡胶具有极佳的耐真空性能，在超高真空场合，氟橡胶的透气性随温度升高而增大，对气体的溶解度比较大，但扩散速度却比较小，所以总体表现出来的透气性也小，这对于真空密封是很有利的。
压缩永久变形
氟橡胶在高温下起密封作用，压缩变形是它的关键性能。
耐溶胀
氟橡胶具有极强的化学稳定性，氟橡胶耐油、耐无机酸、耐大多数的有机、无机溶剂，是目前所有弹性体中耐介质性能极佳的一种。
氟橡胶的红外光谱分析与鉴别
氟橡胶制品使用环境不同，性能要求不同，性能取决于氟橡胶的分子结构，单一的氟橡胶可选用红外光谱法进行分析和鉴别。
红外光谱法（FTIR)
介绍：
红外光谱又称傅里叶红外光谱，是根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的。
当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振（转）动能级跃迁到能量较高的振（转）动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。
红外光谱法是一种根据物质的光谱来鉴别物质及确定物质化学组成，结构或者相对含量的方法。
优点：
1.样品易取，无需前处理：氟橡胶制品、混炼胶、生胶，都是固体，红外所需样品量较少，不仅可以无损测试，还可以回收利用；
2.应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收，氟橡胶生胶红外出峰较为清晰，硫化胶、混炼胶则易受填料或助剂的干扰；
3.分子结构精细表征：通过峰位、峰强、峰形确定分子基团、分子（化学/空间）结构。
不同种类氟橡胶的红外光谱图也有所不同：
氟橡胶F23
为偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物，国内俗称1号胶。
- 1425cm-1、1389cm-1体现了CH2=CF2中CH2的弯曲振动；
- 1159cm-1体现了C-F的特征吸收峰（极强、宽）；
- 935cm-1体现了CF2=CFCl的特征吸收峰；
- 894cm-1可能体现了CH2=CF2的特征吸收峰；
- 713cm-1体现了C-Cl的特征吸收峰。
氟橡胶F26
为偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物，国内俗称2号胶，综合性能优于1号胶。
- 1427cm-1、1396cm-1体现了CH2=CF2中CH2的弯曲振动；
- 1211cm-1体现了CH2=CF2中CF2的不对称伸缩振动；
- 1064cm-1体现了CH2=CF2中CF2的对称伸缩振动；
- 886cm-1体现了CH2=CF2的特征峰；
- 721cm-1体现了CF2=CF-CF3的特征峰。
氟橡胶F246
为偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯三元共聚物，国内俗称3号胶。
- 1428cm-1、1398cm-1体现了CH2=CF2中CH2的弯曲振动；
- 1201cm-1体现了CH2=CF2中CF2的不对称伸缩振动；
- 1064cm-1体现了CH2=CF2中CF2的对称伸缩振动；
- 888cm-1体现了CH2=CF2的特征峰；
- 726cm-1体现了CF2=CF-CF3的特征峰。
四丙氟橡胶TP
为四氟乙烯与丙烯的共聚物，国内俗称四丙胶。
- 2972cm-1体现了脂肪族-CH3的特征吸收峰；
- 1468cm-1为C-H不对称弯曲振动；
- 1174cm-1、1088cm-1体现了C-F的特征吸收峰；
- 957cm-1、915cm-1体现了四丙氟橡胶中CH2=CH-CH3的特征峰。
氟醚橡胶
为偏氟乙烯、四氟乙烯与甲基乙烯基醚的共聚物，在氟橡胶分子链上引入醚类链节后可改善低温性能。
- 1462cm-1为C-H不对称弯曲振动；
- 1396cm-1处的中强峰为CH2=CF2的特征吸收峰；
- 1149cm-1体现了醚类链节C-O或-CF2-的伸缩振动；
- 890cm-1体现了CH2=CF2的特征吸收峰。
全氟醚橡胶FFKM
为四氟乙烯与全氟化乙烯基醚的共聚物，氟含量大约为72.5%（普通氟橡胶在65.7%-70.5%之间）。
- 1189cm-1体现了-CF2-的伸缩振动；
- 1142cm-1体现了醚类链节C-O的伸缩振动；
- 888cm-1体现了-CF3的特征吸收峰；
- 719cm-1体现了CF2=CF-CF3的特征峰。
氟化磷腈橡胶
为四氟乙烯与全氟化乙烯基醚的共聚物。
- 1417cm-1体现了CH2=CF2中CH2的弯曲振动；
- 1129cm-1、1076cm-1体现了-C-F的伸缩振动；
- 961cm-1是P-O-C的特征吸收峰。
氟硅橡胶
在甲基乙烯基硅橡胶的分子侧链上引入氟烷基或氟芳基制成的聚合物。
- 1422cm-1体现了CH2=CF2中CH2的弯曲振动；
- 1262cm-1体现了-Si-C的伸缩振动；1206cm-1体现了-C-F的伸缩振动；
- 1058cm-1、1004cm-1体现了Si-O-Si的特征吸收峰；
-
894cm-1体现了氟硅橡胶的特征吸收峰。
氟橡胶种类及其红外特征峰汇总表
红外光谱法仅适用于单一的氟橡胶样品，多组分官能团叠加在一起会相互干扰，无法直接识别氟橡胶的特征峰，因此还需要结合核磁法、热裂解气相色谱法综合分析。
核磁法：
核磁简称NMR，主要用于鉴定物质结构，核磁分为液体核磁和固体核磁。液体核磁是将样品溶于氘代试剂中进行测试，固体核磁是将固体样品直接上机测试，液体核磁较固体核磁响应更好。
未交联的氟橡胶生胶、混炼胶都易溶解于有机溶剂中，可以采用核磁内标法进行氢谱HNMR、氟谱FNMR对氟橡胶单体的结构进行确认；若样品为混合物，通过单一核磁难以直接确定物质结构，往往需要结合其他测试仪器一起鉴别。
热裂解气相色谱法：
Py-GCMS就是在GC-MS的进样口上连接一个热裂解器自动进样器，使样品在裂解器中高温裂解之后，直接进入气相色谱分离柱进行检测的分析方法。热裂解气相色谱法优点在于所有的氟橡胶或含有氟橡胶的制品，都能对氟橡胶及其余胶种进行区分。
参考文献
1.《氟橡胶类型分析鉴定》 武晶，韩文霞 西北橡胶塑料研究设计院
2.《三种含氟橡胶的性能对比》王震，陆明，杨睿，孙霞容，蒋洪罡，刘金岭 中国航发北京航空材料研究院
