Fluorov kavčuk (FKM) se nanaša na sintetični polimerni elastomer, ki vsebuje fluorove atome na ogljikovih atomih glavne ali stranske verige. Ima odlično odpornost na visoke temperature, visoko kemično stabilnost, odpornost na vremenske vplive, odpornost proti oksidaciji, odpornost na olje in zelo nizko zračnost. V vojaški industriji se FKM večinoma uporablja v tesnilih, oljnih ceveh in ovojih električnih vodov za vesoljska, letalska in nosilna vozila, satelite, bojna letala, nove tanke itd. Je nenadomestljiv ključni material v najsodobnejši nacionalni obrambni industriji .
Leta 1957 je DuPont razvil prvi FKM, da bi izpolnil visoke zahteve glede tesnjenja v vesoljski industriji. Da bi zagotovili boljšo toplotno stabilnost in odpornost na topila, je bil leta 1959 razvit terpolimerni fluoroelastomer, ki vsebuje tetrafluoroetilen (TFE). Trenutno so bolj pogoste blagovne znamke FKM na svetu: Chemours' Viton®, Solvayjev Tecnoflon®, 3M's Dyneon™ in Daikinov DAI -EL™.
1. Kratka zgodovina razvoja fluorokavčuka
Od odkritja poliklorotrifluoroetilena in politetrafluoroetilena so ljudje spoznali, da imajo fluoropolimeri odlično odpornost na visoke temperature in kemično inertnost, zato se je politetrafluoretilen razvil v največjo industrijo fluoropolimerov. Vendar pa ima plastika sama zaradi lastnosti delovanja še vedno velike napake kot tesnilni material, zato obstaja nujna potreba po tesnilnem materialu iz fluoroelastomera.
Najzgodnejši fluorov kavčuk je bil poli-2-fluoro-1,3-butadien in njegov kopolimer s stirenom, propilenom itd., ki ga je leta 1948 poskusno proizvedel DuPont v Združenih državah. učinkovitost ni nič boljša kot pri kloroprenskem kavčuku in butadienskem kavčuku. , je drago in nima dejanske industrijske vrednosti. V poznih petdesetih letih prejšnjega stoletja je ameriško podjetje Thiokol razvilo binarni dušikov fluorkavčuk z dobrim delovanjem pri nizkih temperaturah in odpornostjo na močne oksidante. Od takrat je fluorokavčuk vstopil v praktično industrijsko uporabo.
Kitajska je od leta 1958 razvila tudi različne fluorokavčuke, predvsem poliolefinske fluorokavčuke, kot so tip 23, 26, 246 in nitrozofluorokavčuk. Kasneje je bila razvita novejša različica tetrapropilenskega fluorokavčuka. , perfluoroeter kavčuk, fluorofosforjev kavčuk.
2. Zgradba in lastnosti fluorokavčuka
Molekularna struktura FKM določa njegovo odlično kemično stabilnost in odpornost na visoke temperature. Atomi fluora obdajajo ogljikovo verigo in vezi fluor-ogljik, zaradi česar so ogljikovi atomi manj dovzetni za napade drugih kemikalij, molekul, ionov ali atomov. Poleg tega je vezna energija vezi fluor-ogljik zelo visoka, kar tudi pomeni, da je ni enostavno prekiniti in ima zelo stabilne kemijske lastnosti.
Da bi ohranili lastnosti elastomerov, morajo biti gumijasti izdelki sposobni hitro obnoviti, potem ko jih stisne zunanji svet in deformirajo. V normalnih okoliščinah so elastomeri tridimenzionalne mrežne strukture, ki nastanejo z navzkrižnim povezovanjem molekularnih verig, obnovitvena sila po deformaciji pa izhaja iz težnje molekularnih segmentov, da se vrnejo v nered. Ker so verige fluoroogljikovodikov bolj viskozne kot verige ogljikovodikov, FKM pogosto kaže počasno sprostitev.
FKM je običajno sestavljen iz dveh ali več monomerov. Ogljikove verige, polimerizirane iz VF2 (ali VDF), TFE in etilenskih monomerov, se lahko zamrežijo, če so dovolj dolge. Zato se za tvorbo amorfnega polimera dodajo nekateri monomeri z obsežnimi stranskimi skupinami, kot je heksafluoropropilen (HFP), fluoriran vinil eter (PMVE), propilen itd.
3. Vrste fluorokavčuka
V skladu z ASTM D1418-2022 lahko fluorokavčuk razdelimo na naslednjih pet vrst:
(1) Binarni kopolimer heksafluoropropilena (HFP) in viniliden fluorida (VDF). Binarni kopolimer je standardna vrsta FKM, z dobrimi zmogljivostmi v vseh pogledih in je vsestranski igralec. Fluorkavčuk tipa 26, splošno znan kot guma št. 2 na Kitajskem, je ta tip. Trenutno je najpogostejša sorta fluorokavčuka, saj predstavlja več kot 80 % celotnega fluorokavčuka.
(2) Terpolimer tetrafluoroetilena (TFE), heksafluoropropilena (HFP) in viniliden fluorida (VDF). Terpolimeri imajo večji masni delež fluora kot binarni kopolimeri (običajno 68 % do 69 %), zato imajo boljšo kemično odpornost, zlasti odpornost na ogljikovodike. Poleg tega ima boljšo odpornost na visoke temperature in se lahko uporablja dlje časa v okoljih nad 250 stopinj, vendar se bosta njegova nosilnost in elastičnost v okoljih z nizko temperaturo ustrezno zmanjšali. Fluorkavčuk tipa 246, splošno znan kot guma št. 3 na Kitajskem, spada v to kategorijo.
(3) Terpolimer tetrafluoroetilena (TFE), fluoriranega viniletra (PMVE) in viniliden fluorida (VDF). Dodatek PMVE naredi izdelek bolj elastičen pri nizkih temperaturah kot prvi dve vrsti izdelkov. Masni delež fluorovega elementa v tem FKM je med 62 % in 68 %.
(4) terpolimer tetrafluoroetilena (TFE), propilena in viniliden fluorida (VDF). Ta vrsta FKM ima povečano odpornost na alkalije in druge polarne raztopine, vendar se je njegova zmogljivost nabrekanja poslabšala, masni delež elementa fluora pa je približno 67 %.
(5) Petčlenski kopolimer tetrafluoroetilena (TFE), heksafluoropropilena (HFP), etilena, fluoriranega viniletra (PMVE) in viniliden fluorida (VDF). Ta vrsta FKM je znana po svoji odpornosti na polarne raztopine in visokotemperaturni vodikov sulfid.