Фторкаучук (FKM) відноситься до синтетичного полімерного еластомеру, що містить атоми фтору на атомах вуглецю основного або бічного ланцюга. Він має відмінну стійкість до високих температур, високу хімічну стабільність, стійкість до погодних умов, стійкість до окислення, маслостійкість і дуже низьку повітропроникність. У військовій промисловості FKM в основному використовується в ущільненнях, нафтопроводах і оболонках електричних ліній для аерокосмічних, авіаційних і ракет-носіїв, супутників, винищувачів, нових танків тощо. Це незамінний ключовий матеріал у передовій національній оборонній промисловості .
У 1957 році компанія DuPont розробила перший FKM, щоб відповідати високим вимогам до характеристик ущільнення в аерокосмічній промисловості. Щоб забезпечити кращу термічну стабільність і стійкість до розчинників, у 1959 році був розроблений терполімерний фторэластомер, що містить тетрафторетилен (TFE). Наразі найбільш поширені бренди FKM у світі включають: Viton® від Chemours, Tecnoflon® від Solvay, Dyneon™ від 3M і DAI від Daikin. -EL™.
1. Коротка історія розвитку фторкаучуку
Після відкриття поліхлортрифторетилену та політетрафторетилену люди зрозуміли, що фторполімери мають відмінну стійкість до високих температур і хімічну інертність, і політетрафторетилен перетворився на найбільшу галузь виробництва фторполімерів. Однак через експлуатаційні характеристики самого пластику він все ще має серйозні дефекти як ущільнювальний матеріал, і існує нагальна потреба у фторэластомерному ущільнювальному матеріалі.
Найпершим фторвмісним каучуком був полі-2-фтор-1,3-бутадієн та його сополімер зі стиролом, пропіленом тощо, який був дослідно вироблений компанією DuPont у Сполучених Штатах у 1948 році. продуктивність не краща, ніж у хлоропренового каучуку та бутадієнового каучуку. , і це дорого і не має реальної промислової цінності. Наприкінці 1950-х років американська компанія Thiokol розробила бінарний азотистий фторкаучук з хорошими низькотемпературними характеристиками та стійкістю до сильних окислювачів. Відтоді фторкаучук увійшов у практичне промислове застосування.
З 1958 року в Китаї також розробляються різноманітні фторкаучуки, в основному поліолефінові фторкаучуки, такі як тип 23, 26, 246 і нітрозофторкаучук. Пізніше була розроблена нова різновид тетрапропіленового фторкаучуку. , перфторефірний каучук, фторфосфорний каучук.
2. Будова і характеристики фторкаучуку
Молекулярна структура FKM визначає його відмінну хімічну стабільність і стійкість до високих температур. Атоми фтору оточують вуглецевий ланцюг і фтор-вуглецеві зв’язки, роблячи атоми вуглецю менш чутливими до атаки інших хімічних речовин, молекул, іонів або атомів. Крім того, енергія зв’язку фтор-вуглець дуже висока, що також означає, що його непросто розірвати та він має дуже стабільні хімічні властивості.
Щоб зберегти характеристики еластомерів, гумові вироби повинні мати можливість швидко відновлюватися після стиснення зовнішнім світом і деформації. За звичайних обставин еластомери являють собою тривимірні мережеві структури, утворені зшиванням молекулярних ланцюгів, і відновлювальна сила після деформації походить від тенденції молекулярних сегментів повертатися до розладу. Оскільки фторвуглецеві ланцюги більш в'язкі, ніж вуглеводневі, FKM часто демонструє повільну релаксацію.
FKM зазвичай складається з двох або більше мономерів. Вуглецеві ланцюги, полімеризовані з мономерів VF2 (або VDF), TFE та етилену, можуть мати решітку, якщо вони достатньо довгі. Тому для утворення аморфного полімеру додають деякі мономери з об’ємними бічними групами, такі як гексафторпропілен (HFP), фторований вініловий ефір (PMVE), пропілен тощо.
3. Види фторкаучуку
Відповідно до ASTM D1418-2022 фторкаучук можна розділити на такі п’ять типів:
(1) Бінарний сополімер гексафторпропілену (HFP) і вініліденфториду (VDF). Бінарний сополімер є стандартним типом FKM, має гарну продуктивність у всіх аспектах і є універсальним гравцем. Фторкаучук типу 26, широко відомий як гума № 2 у Китаї, є цим типом. В даний час це найпоширеніший різновид фторкаучуку, що становить понад 80% усього фторкаучуку.
(2) Терполімер тетрафторетилену (TFE), гексафторпропілену (HFP) і вініліденфториду (VDF). Терполімери мають вищу масову частку фтору, ніж бінарні кополімери (зазвичай від 68% до 69%), тому вони мають кращу хімічну стійкість, особливо стійкість до вуглеводнів. Крім того, він має кращу стійкість до високих температур і може використовуватися протягом тривалого часу в середовищах вище 250 градусів, але його здатність витримувати тиск і еластичність у середовищах з низькими температурами будуть відповідно знижені. Фторкаучук типу 246, широко відомий як гума № 3 у Китаї, належить до цієї категорії.
(3) Терполімер тетрафторетилену (TFE), фторованого вінілового ефіру (PMVE) і вініліденфториду (VDF). Добавка PMVE робить виріб більш еластичним при низьких температурах, ніж перші два типи виробів. Масова частка елемента фтору в цьому ФКМ становить від 62% до 68%.
(4) Терполімер тетрафторетилену (TFE), пропілену та вініліденфториду (VDF). Цей вид ФКМ має підвищену стійкість до лугів та інших полярних розчинів, але його показники набухання погіршилися, а його масова частка елемента фтору становить близько 67%.
(5) П'ятичленний сополімер тетрафторетилену (TFE), гексафторпропілену (HFP), етилену, фторованого вінілового ефіру (PMVE) і вініліденфториду (VDF). Цей тип FKM відомий своєю стійкістю до полярних розчинів і високотемпературного сірководню.