Флуорният каучук (FKM) се отнася до синтетичен полимерен еластомер, съдържащ флуорни атоми върху въглеродните атоми на главната верига или страничната верига. Има отлична устойчивост на висока температура, висока химическа стабилност, устойчивост на атмосферни влияния, устойчивост на окисляване, устойчивост на масла и много ниска дишаемост. Във военната промишленост FKM се използва главно в уплътнения, петролни тръби и обвивки на електрически линии за космически, авиационни и ракети-носители, сателити, бойни самолети, нови танкове и др. Това е незаменим ключов материал в авангардната национална отбранителна индустрия .
През 1957 г. DuPont разработи първия FKM, за да отговори на високите изисквания за уплътнителни характеристики в космическата индустрия. За да се осигури по-добра термична стабилност и устойчивост на разтворители, терполимерният флуороеластомер, съдържащ тетрафлуоретилен (TFE), е разработен през 1959 г. Понастоящем по-често срещаните марки FKM в света включват: Viton® на Chemours, Tecnoflon® на Solvay, Dyneon™ на 3M и DAI на Daikin -EL™.
1. Кратка история на развитието на флуорокаучук
След откриването на полихлоротрифлуоретилен и политетрафлуоретилен, хората осъзнаха, че флуорополимерите имат отлична устойчивост на висока температура и химическа инертност, а политетрафлуоретиленът се превърна в най-голямата индустрия за флуорополимери. Въпреки това, поради експлоатационните характеристики на самата пластмаса, тя все още има големи дефекти като уплътнителен материал и има спешна нужда от флуороеластомерен уплътнителен материал.
Най-ранният флуорен каучук е бил поли-2-флуоро-1,3-бутадиен и неговият съполимер със стирен, пропилен и др., който е бил пробно произведен от DuPont в Съединените щати през 1948 г. производителността не е по-добра от тази на хлоропреновия каучук и бутадиеновия каучук. , и е скъпо и няма реална индустриална стойност. В края на 50-те години на миналия век американската компания Thiokol разработи бинарен азотен флуорокаучук с добри характеристики при ниски температури и устойчивост на силни оксиданти. Оттогава флуорокаучукът навлезе в практически индустриални приложения.
Китай също е разработил разнообразие от флуорокаучук от 1958 г. насам, главно полиолефинов флуорокаучук, като тип 23, 26, 246 и нитрозофлуорокаучук. По-късно е разработена по-нова разновидност на тетрапропиленовия флуорокаучук. , перфлуороетерна гума, флуорофосфорна гума.
2. Структура и характеристики на флуорокаучук
Молекулярната структура на FKM определя неговата отлична химическа стабилност и устойчивост на висока температура. Флуорните атоми обграждат въглеродната верига и флуор-въглеродните връзки, което прави въглеродните атоми по-малко податливи на атака от други химикали, молекули, йони или атоми. В допълнение, енергията на връзката на връзката флуор-въглерод е много висока, което също означава, че не е лесно да се разруши и има много стабилни химични свойства.
За да запазят характеристиките на еластомерите, гумените продукти трябва да могат да се възстановяват бързо, след като са били притиснати от външния свят и деформирани. При нормални обстоятелства еластомерите са триизмерни мрежести структури, образувани чрез кръстосано свързване на молекулни вериги, а възстановяващата сила след деформация идва от тенденцията на молекулните сегменти да се върнат към разстройство. Тъй като флуоровъглеродните вериги са по-вискозни от въглеводородните вериги, FKM често проявява бавна релаксация.
FKM обикновено се състои от два или повече мономера. Въглеродните вериги, полимеризирани от VF2 (или VDF), TFE и етиленови мономери, могат да образуват решетка, ако са достатъчно дълги. Следователно, за да се образува аморфен полимер, се добавят някои мономери с обемисти странични групи, като хексафлуоропропилен (HFP), флуориран винилов етер (PMVE), пропилей и др.
3. Видове флуорокаучук
Съгласно ASTM D1418-2022 флуорокаучукът може да бъде разделен на следните пет вида:
(1) Бинарен съполимер на хексафлуоропропилен (HFP) и винилиден флуорид (VDF). Бинарният съполимер е стандартен тип FKM, с добро представяне във всички аспекти и е универсален играч. Флуорокаучук тип 26, известен като каучук № 2 в Китай, е този тип. Понастоящем това е най-разпространеният сорт флуорокаучук, който представлява повече от 80% от целия флуорокаучук.
(2) Терполимер на тетрафлуоретилен (TFE), хексафлуоропропилен (HFP) и винилиден флуорид (VDF). Терполимерите имат по-висока масова част на флуор от бинарните съполимери (обикновено 68% до 69%), така че имат по-добра химическа устойчивост, особено устойчивост на въглеводороди. В допълнение, той има по-добра устойчивост на висока температура и може да се използва дълго време в среди над 250 градуса, но неговият капацитет за носене на налягане и еластичност в среди с ниска температура ще бъдат съответно намалени. Флуорокаучук тип 246, известен като каучук №3 в Китай, принадлежи към тази категория.
(3) Терполимер на тетрафлуоретилен (TFE), флуориран винилов етер (PMVE) и винилиден флуорид (VDF). Добавянето на PMVE прави продукта по-еластичен при ниски температури от първите два вида продукти. Масовата част на флуорния елемент в този FKM е между 62% и 68%.
(4) Терполимер на тетрафлуоретилен (TFE), пропилей и винилиден флуорид (VDF). Този вид FKM има повишена устойчивост към алкални и други полярни разтвори, но неговата производителност на набъбване се е влошила и неговата масова част на флуорен елемент е около 67%.
(5) Петчленен съполимер на тетрафлуоретилен (TFE), хексафлуоропропилен (HFP), етилен, флуориран винилов етер (PMVE) и винилиден флуорид (VDF). Този тип FKM е известен със своята устойчивост на полярни разтвори и сероводород при висока температура.