Kauczuk fluorowy (FKM) odnosi się do syntetycznego elastomeru polimerowego zawierającego atomy fluoru na atomach węgla łańcucha głównego lub łańcucha bocznego. Ma doskonałą odporność na wysokie temperatury, wysoką stabilność chemiczną, odporność na warunki atmosferyczne, odporność na utlenianie, odporność na olej i bardzo niską oddychalność. W przemyśle wojskowym FKM stosowany jest głównie w uszczelnieniach, rurach olejowych i osłonach linii elektrycznych w przemyśle lotniczym, lotniczym i nośnym, satelitach, myśliwcach, nowych czołgach itp. Jest niezastąpionym kluczowym materiałem w najnowocześniejszym przemyśle obronnym kraju .
W 1957 roku firma DuPont opracowała pierwszy materiał FKM, aby spełnić wysokie wymagania dotyczące uszczelnienia w przemyśle lotniczym. Aby zapewnić lepszą stabilność termiczną i odporność na rozpuszczalniki, w 1959 roku opracowano terpolimerowy fluoroelastomer zawierający tetrafluoroetylen (TFE). Obecnie do bardziej popularnych marek FKM na świecie należą: Chemours' Viton®, Solvay's Tecnoflon®, 3M's Dyneon™ i Daikin's DAI -EL™.
1. Krótka historia rozwoju fluorokauczuku
Od czasu odkrycia polichlorotrifluoroetylenu i politetrafluoroetylenu ludzie zdali sobie sprawę, że fluoropolimery mają doskonałą odporność na wysokie temperatury i obojętność chemiczną, a politetrafluoroetylen stał się największym przemysłem fluoropolimerów. Jednakże, ze względu na właściwości użytkowe samego tworzywa sztucznego, nadal ma ono poważne wady jako materiał uszczelniający i istnieje pilne zapotrzebowanie na materiał uszczelniający z fluoroelastomeru.
Najwcześniejszym kauczukiem fluorowym był poli-2-fluoro-1,3-butadien i jego kopolimer ze styrenem, propylenem itp., który został wyprodukowany próbnie przez firmę DuPont w Stanach Zjednoczonych w 1948 roku. wydajność nie jest lepsza niż w przypadku kauczuku chloroprenowego i kauczuku butadienowego. i jest drogi i nie ma rzeczywistej wartości przemysłowej. Pod koniec lat pięćdziesiątych amerykańska firma Thiokol opracowała dwuskładnikową fluorokauczuk azotowy o dobrych właściwościach w niskich temperaturach i odporności na silne utleniacze. Od tego czasu fluorokauczuk znalazł praktyczne zastosowania przemysłowe.
Od 1958 r. w Chinach opracowano również różnorodne fluorokauczuki, głównie fluorokauczuki poliolefinowe, takie jak fluorokauczuk typu 23, 26, 246 i fluorokauczuk nitrozowy. Później opracowano nowszą odmianę fluorokauczuku tetrapropylenowego. , kauczuk perfluoroeterowy, kauczuk fluorofosforowy.
2. Struktura i właściwości fluorokauczuku
Struktura molekularna FKM decyduje o jego doskonałej stabilności chemicznej i odporności na wysokie temperatury. Atomy fluoru otaczają łańcuch węglowy i wiązania fluor-węgiel, dzięki czemu atomy węgla są mniej podatne na atak innych substancji chemicznych, cząsteczek, jonów lub atomów. Ponadto energia wiązania fluor-węgiel jest bardzo wysoka, co oznacza również, że nie jest ono łatwe do rozerwania i ma bardzo stabilne właściwości chemiczne.
Aby zachować właściwości elastomerów, wyroby gumowe muszą szybko regenerować się po ściśnięciu przez świat zewnętrzny i odkształceniu. W normalnych warunkach elastomery są trójwymiarowymi strukturami sieciowymi utworzonymi w wyniku usieciowania łańcuchów molekularnych, a siła przywracająca po odkształceniu wynika z tendencji segmentów molekularnych do powrotu do nieporządku. Ponieważ łańcuchy fluorowęglowe są bardziej lepkie niż łańcuchy węglowodorowe, FKM często wykazuje powolną relaksację.
FKM zwykle składa się z dwóch lub więcej monomerów. Łańcuchy węglowe polimeryzowane z VF2 (lub VDF), TFE i monomerów etylenu mogą tworzyć sieć, jeśli są wystarczająco długie. Dlatego w celu wytworzenia amorficznego polimeru dodaje się pewne monomery z dużymi grupami bocznymi, takie jak heksafluoropropylen (HFP), fluorowany eter winylowy (PMVE), propylen itp.
3. Rodzaje fluorogumy
Według ASTM D1418-2022 fluorokauczuk można podzielić na pięć następujących typów:
(1) Binarny kopolimer heksafluoropropylenu (HFP) i fluorku winylidenu (VDF). Kopolimer binarny to standardowy typ FKM, charakteryzujący się dobrą wydajnością pod każdym względem i wszechstronnym rozwiązaniem. Tego typu jest fluorokauczuk typu 26, powszechnie znany jako kauczuk nr 2 w Chinach. Jest to obecnie najpowszechniejsza odmiana fluorokauczuku, stanowiąca ponad 80% całości fluorokauczuku.
(2) Terpolimer tetrafluoroetylenu (TFE), heksafluoropropylenu (HFP) i fluorku winylidenu (VDF). Terpolimery mają wyższy udział masowy fluoru niż kopolimery binarne (zwykle 68% do 69%), dzięki czemu mają lepszą odporność chemiczną, zwłaszcza odporność na węglowodory. Ponadto ma lepszą odporność na wysoką temperaturę i może być używany przez długi czas w środowiskach powyżej 250 stopni, ale jego nośność i elastyczność w środowiskach o niskiej temperaturze zostaną odpowiednio zmniejszone. Do tej kategorii należy fluorokauczuk typu 246, powszechnie znany jako kauczuk nr 3 w Chinach.
(3) Terpolimer tetrafluoroetylenu (TFE), fluorowanego eteru winylowego (PMVE) i fluorku winylidenu (VDF). Dodatek PMVE sprawia, że wyrób jest bardziej elastyczny w niskich temperaturach niż dwa pierwsze rodzaje wyrobów. Udział masowy pierwiastka fluoru w tym FKM wynosi od 62% do 68%.
(4) Terpolimer tetrafluoroetylenu (TFE), propylenu i fluorku winylidenu (VDF). Ten rodzaj FKM ma zwiększoną odporność na zasady i inne roztwory polarne, ale jego właściwości pęczniejące uległy pogorszeniu, a udział masowy pierwiastka fluoru wynosi około 67%.
(5) Pięcioczłonowy kopolimer tetrafluoroetylenu (TFE), heksafluoropropylenu (HFP), etylenu, fluorowanego eteru winylowego (PMVE) i fluorku winylidenu (VDF). Ten typ FKM jest znany ze swojej odporności na roztwory polarne i siarkowodór w wysokiej temperaturze.