Fluorrubber (FKM) verwijst naar een synthetisch polymeerelastomeer dat fluoratomen bevat op de koolstofatomen van de hoofdketen of zijketen. Het heeft een uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen, hoge chemische stabiliteit, weersbestendigheid, oxidatiebestendigheid, oliebestendigheid en een zeer laag ademend vermogen. In de militaire industrie wordt FKM voornamelijk gebruikt in afdichtingen, olieleidingen en elektrische leidingmantels voor de lucht- en ruimtevaart, luchtvaart en lanceervoertuigen, satellieten, straaljagers, nieuwe tanks, enz. Het is een onvervangbaar sleutelmateriaal in de geavanceerde nationale defensie-industrie. .
In 1957 ontwikkelde DuPont de eerste FKM om te voldoen aan de hoge eisen aan afdichtingsprestaties in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Om een betere thermische stabiliteit en bestendigheid tegen oplosmiddelen te bieden, werd in 1959 terpolymeer fluorelastomeer dat tetrafluorethyleen (TFE) bevat ontwikkeld. Momenteel zijn de meest voorkomende FKM-merken ter wereld: Chemours' Viton®, Solvay's Tecnoflon®, 3M's Dyneon™ en Daikin's DAI -EL™.
1. Een korte geschiedenis van de ontwikkeling van fluorrubber
Sinds de ontdekking van polychloortrifluorethyleen en polytetrafluorethyleen hebben mensen zich gerealiseerd dat fluorpolymeren een uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen en chemische inertheid hebben, en polytetrafluorethyleen heeft zich ontwikkeld tot de grootste fluorpolymeerindustrie. Vanwege de prestatiekenmerken van kunststof zelf vertoont het echter nog steeds grote gebreken als afdichtingsmateriaal, en er is een dringende behoefte aan een afdichtingsmateriaal van fluorelastomeer.
Het vroegste fluorrubber was poly-2-fluor-1,3-butadieen en het copolymeer daarvan met styreen, propyleen, enz., dat in 1948 door DuPont in de Verenigde Staten op proef werd geproduceerd. de prestaties zijn niet beter dan die van chloropreenrubber en butadieenrubber. , en het is duur en heeft geen werkelijke industriële waarde. Eind jaren vijftig ontwikkelde het Amerikaanse bedrijf Thiokol een binair nitreuze fluorrubber met goede prestaties bij lage temperaturen en weerstand tegen sterke oxidatiemiddelen. Sindsdien heeft fluorrubber praktische industriële toepassingen gekregen.
China heeft sinds 1958 ook een verscheidenheid aan fluorrubbers ontwikkeld, voornamelijk polyolefinefluorrubbers, zoals type 23, 26, 246 en nitrosofluorrubber. Later werd een nieuwere variëteit tetrapropyleenfluorrubber ontwikkeld. , perfluoretherrubber, fluorfosforrubber.
2. Structuur en kenmerken van fluorrubber
De moleculaire structuur van FKM bepaalt de uitstekende chemische stabiliteit en weerstand tegen hoge temperaturen. Fluoratomen omringen de koolstofketen en fluor-koolstofbindingen, waardoor de koolstofatomen minder vatbaar zijn voor aanvallen door andere chemicaliën, moleculen, ionen of atomen. Bovendien is de bindingsenergie van de fluor-koolstofbinding erg hoog, wat ook betekent dat deze niet gemakkelijk te verbreken is en zeer stabiele chemische eigenschappen heeft.
Om de eigenschappen van elastomeren te behouden, moeten rubberproducten snel kunnen herstellen nadat ze door de buitenwereld zijn samengedrukt en vervormd. Onder normale omstandigheden zijn elastomeren driedimensionale netwerkstructuren die worden gevormd door het verknopen van moleculaire ketens, en de herstellende kracht na vervorming komt voort uit de neiging van moleculaire segmenten om terug te keren naar wanorde. Omdat fluorkoolstofketens stroperiger zijn dan koolwaterstofketens, vertoont FKM vaak een langzame relaxatie.
FKM bestaat gewoonlijk uit twee of meer monomeren. De koolstofketens die zijn gepolymeriseerd uit VF2 (of VDF), TFE en ethyleenmonomeren kunnen roosters vormen als ze lang genoeg zijn. Om een amorf polymeer te vormen, worden daarom enkele monomeren met omvangrijke zijgroepen toegevoegd, zoals hexafluorpropyleen (HFP), gefluoreerde vinylether (PMVE), propyleen, enz.
3. Soorten fluorrubber
Volgens ASTM D1418-2022 kan fluorrubber worden onderverdeeld in de volgende vijf typen:
(1) Binair copolymeer van hexafluorpropyleen (HFP) en vinylideenfluoride (VDF). Het binaire copolymeer is een standaardtype FKM, met goede prestaties in alle aspecten en is een allroundspeler. Type 26 fluorrubber, algemeen bekend als nr. 2 rubber in China, is dit type. Het is momenteel de meest voorkomende fluorrubbervariëteit, goed voor meer dan 80% van het gehele fluorrubber.
(2) Terpolymeer van tetrafluorethyleen (TFE), hexafluorpropyleen (HFP) en vinylideenfluoride (VDF). Terpolymeren hebben een hogere fluormassafractie dan binaire copolymeren (meestal 68% tot 69%), dus ze hebben een betere chemische weerstand, vooral koolwaterstofresistentie. Bovendien heeft het een betere weerstand tegen hoge temperaturen en kan het lange tijd worden gebruikt in omgevingen boven de 250 graden, maar het drukdragende vermogen en de elasticiteit in omgevingen met lage temperaturen zullen dienovereenkomstig worden verminderd. Type 246 fluorrubber, algemeen bekend als nr. 3 rubber in China, behoort tot deze categorie.
(3) Terpolymeer van tetrafluorethyleen (TFE), gefluoreerde vinylether (PMVE) en vinylideenfluoride (VDF). Door de toevoeging van PMVE is het product bij lage temperaturen elastischer dan de eerste twee productsoorten. De massafractie van het fluorelement in deze FKM ligt tussen 62% en 68%.
(4) Tetrafluorethyleen (TFE), propyleen en vinylideenfluoride (VDF) terpolymeer. Dit soort FKM heeft een verhoogde weerstand tegen alkalische en andere polaire oplossingen, maar de zwelprestaties zijn verslechterd en de massafractie van het fluorelement bedraagt ongeveer 67%.
(5) Vijfledig copolymeer van tetrafluorethyleen (TFE), hexafluorpropyleen (HFP), ethyleen, gefluoreerde vinylether (PMVE) en vinylideenfluoride (VDF). Dit type FKM staat bekend om zijn weerstand tegen polaire oplossingen en waterstofsulfide op hoge temperatuur.