Το φθόριο καουτσούκ (FKM) αναφέρεται σε ένα συνθετικό πολυμερές ελαστομερές που περιέχει άτομα φθορίου στα άτομα άνθρακα της κύριας αλυσίδας ή της πλευρικής αλυσίδας. Έχει εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, υψηλή χημική σταθερότητα, αντίσταση στις καιρικές συνθήκες, αντοχή στην οξείδωση, αντοχή στο λάδι και πολύ χαμηλή αναπνοή. Στη στρατιωτική βιομηχανία, το FKM χρησιμοποιείται κυρίως σε σφραγίδες, σωλήνες πετρελαίου και θήκες ηλεκτρικών γραμμών για αεροδιαστημική, αεροπορία και οχήματα εκτόξευσης, δορυφόρους, μαχητικά αεροσκάφη, νέα άρματα μάχης κ.λπ. Είναι ένα αναντικατάστατο βασικό υλικό στην εθνική αμυντική βιομηχανία αιχμής .
Το 1957, η DuPont ανέπτυξε το πρώτο FKM προκειμένου να καλύψει τις υψηλές απαιτήσεις για την απόδοση σφράγισης στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Προκειμένου να παρέχεται καλύτερη θερμική σταθερότητα και αντοχή σε διαλύτες, το τριπολυμερές φθοροελαστομερές που περιέχει τετραφθοροαιθυλένιο (TFE) αναπτύχθηκε το 1959. Επί του παρόντος, οι πιο κοινές μάρκες FKM στον κόσμο περιλαμβάνουν: Chemours' Viton®, Solvay's Tecnoflon®, 3M's Dain's Dyneon και -EL™.
1. Σύντομη ιστορία της ανάπτυξης του φθοριούχου καουτσούκ
Από την ανακάλυψη του πολυχλωροτριφθοροαιθυλενίου και του πολυτετραφθοροαιθυλενίου, οι άνθρωποι συνειδητοποίησαν ότι τα φθοροπολυμερή έχουν εξαιρετική αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και χημική αδράνεια και το πολυτετραφθοροαιθυλένιο έχει εξελιχθεί στη μεγαλύτερη βιομηχανία φθοροπολυμερών. Ωστόσο, λόγω των χαρακτηριστικών απόδοσης του ίδιου του πλαστικού, εξακολουθεί να έχει μεγάλα ελαττώματα ως στεγανοποιητικό υλικό και υπάρχει επείγουσα ανάγκη για ένα φθοροελαστομερές στεγανοποιητικό υλικό.
Το παλαιότερο καουτσούκ φθορίου ήταν το πολυ-2-φθόριο-1, το3-βουταδιένιο και το συμπολυμερές του με στυρένιο, προπυλένιο κ.λπ., το οποίο παρήχθη δοκιμαστικά από την DuPont στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1948. Η απόδοση δεν είναι καλύτερη από αυτή του καουτσούκ χλωροπρενίου και του καουτσούκ βουταδιενίου. , και είναι ακριβό και δεν έχει πραγματική βιομηχανική αξία. Στα τέλη της δεκαετίας του 1950, η αμερικανική εταιρεία Thiokol ανέπτυξε ένα δυαδικό νιτρώδες φθοριούχο καουτσούκ με καλή απόδοση σε χαμηλή θερμοκρασία και αντοχή σε ισχυρά οξειδωτικά. Από τότε, το φθοριούχο καουτσούκ έχει εισέλθει σε πρακτικές βιομηχανικές εφαρμογές.
Η Κίνα έχει επίσης αναπτύξει μια ποικιλία φθοριοκαουτσούκ από το 1958, κυρίως φθοριοκαουτσούκ από πολυολεφίνη, όπως ο τύπος 23, 26, 246 και το nitroso fluororubber. Αργότερα, αναπτύχθηκε μια νεότερη ποικιλία φθοριοκαουτσούκ τετραπροπυλενίου. , καουτσούκ υπερφθοροαιθέρα, καουτσούκ φθοροφωσφόρου.
2. Δομή και χαρακτηριστικά του φθοριούχου καουτσούκ
Η μοριακή δομή του FKM καθορίζει την εξαιρετική του χημική σταθερότητα και την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα άτομα φθορίου περιβάλλουν την αλυσίδα άνθρακα και τους δεσμούς φθορίου-άνθρακα, καθιστώντας τα άτομα άνθρακα λιγότερο επιρρεπή σε επίθεση από άλλες χημικές ουσίες, μόρια, ιόντα ή άτομα. Επιπλέον, η ενέργεια του δεσμού του δεσμού φθορίου-άνθρακα είναι πολύ υψηλή, πράγμα που σημαίνει επίσης ότι δεν σπάει εύκολα και έχει πολύ σταθερές χημικές ιδιότητες.
Προκειμένου να διατηρηθούν τα χαρακτηριστικά των ελαστομερών, τα προϊόντα από καουτσούκ πρέπει να μπορούν να ανακτούν γρήγορα αφού συμπιεστούν από τον έξω κόσμο και παραμορφωθούν. Υπό κανονικές συνθήκες, τα ελαστομερή είναι τρισδιάστατες δικτυακές δομές που σχηματίζονται από διασταυρούμενη σύνδεση μοριακών αλυσίδων και η δύναμη επαναφοράς μετά την παραμόρφωση προέρχεται από την τάση των μοριακών τμημάτων να επιστρέφουν σε αταξία. Επειδή οι αλυσίδες φθοράνθρακα είναι πιο ιξώδεις από τις αλυσίδες υδρογονάνθρακα, το FKM συχνά παρουσιάζει αργή χαλάρωση.
Το FKM συνήθως αποτελείται από δύο ή περισσότερα μονομερή. Οι ανθρακικές αλυσίδες που πολυμερίζονται από μονομερή VF2 (ή VDF), TFE και αιθυλένιο μπορεί να δικτυωθούν εάν είναι αρκετά μακριές. Επομένως, για να σχηματιστεί ένα άμορφο πολυμερές, προστίθενται μερικά μονομερή με ογκώδεις πλευρικές ομάδες, όπως εξαφθοροπροπυλένιο (HFP), φθοριούχος βινυλαιθέρας (PMVE), προπυλένιο κ.λπ.
3. Τύποι φθοριούχου καουτσούκ
Σύμφωνα με το ASTM D1418-2022, το φθοριούχο καουτσούκ μπορεί να χωριστεί στους ακόλουθους πέντε τύπους:
(1) Δυαδικό συμπολυμερές εξαφθοροπροπυλενίου (HFP) και φθοριούχου βινυλιδενίου (VDF). Το δυαδικό συμπολυμερές είναι ένας τυπικός τύπος FKM, με καλή απόδοση από όλες τις πλευρές και είναι ένα all-round player. Το φθοριούχο καουτσούκ τύπου 26, κοινώς γνωστό ως καουτσούκ Νο. 2 στην Κίνα, είναι αυτός ο τύπος. Αυτή τη στιγμή είναι η πιο κοινή ποικιλία φθοριούχου καουτσούκ, αντιπροσωπεύοντας περισσότερο από το 80% του συνόλου του φθοριούχου καουτσούκ.
(2) Τερπολυμερές τετραφθοροαιθυλενίου (TFE), εξαφθοροπροπυλενίου (HFP) και φθοριούχου βινυλιδενίου (VDF). Τα τριπολυμερή έχουν υψηλότερο κλάσμα μάζας φθορίου από τα δυαδικά συμπολυμερή (συνήθως 68% έως 69%), επομένως έχουν καλύτερη χημική αντοχή, ιδιαίτερα αντοχή στους υδρογονάνθρακες. Επιπλέον, έχει καλύτερη αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα σε περιβάλλοντα άνω των 250 μοιρών, αλλά η ικανότητα του να φέρει πίεση και η ελαστικότητά του σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας θα μειωθούν ανάλογα. Σε αυτή την κατηγορία ανήκει το φθοριοκαουτσούκ τύπου 246, κοινώς γνωστό ως Νο. 3 καουτσούκ στην Κίνα.
(3) Τερπολυμερές τετραφθοροαιθυλενίου (TFE), φθοριούχου βινυλαιθέρα (PMVE) και φθοριούχου βινυλιδενίου (VDF). Η προσθήκη PMVE καθιστά το προϊόν πιο ελαστικό σε χαμηλές θερμοκρασίες από τους δύο πρώτους τύπους προϊόντων. Το κλάσμα μάζας του στοιχείου φθορίου σε αυτό το FKM είναι μεταξύ 62% και 68%.
(4) Τριπολυμερές τετραφθοροαιθυλένιο (TFE), προπυλένιο και φθοριούχο βινυλιδένιο (VDF). Αυτό το είδος FKM έχει αυξημένη αντοχή σε αλκάλια και άλλα πολικά διαλύματα, αλλά η απόδοση διόγκωσής του έχει επιδεινωθεί και το κλάσμα μάζας του στοιχείου φθορίου είναι περίπου 67%.
(5) Πενταμελές συμπολυμερές τετραφθοροαιθυλενίου (TFE), εξαφθοροπροπυλενίου (HFP), αιθυλενίου, φθοριούχου βινυλαιθέρα (PMVE) και φθοριούχου βινυλιδενίου (VDF). Αυτός ο τύπος FKM είναι γνωστός για την αντοχή του σε πολικά διαλύματα και το υδρόθειο υψηλής θερμοκρασίας.