Фторкаучук (ФКМ) относится к синтетическому полимерному эластомеру, содержащему атомы фтора на атомах углерода основной цепи или боковой цепи. Он обладает превосходной устойчивостью к высоким температурам, высокой химической стабильностью, атмосферостойкостью, стойкостью к окислению, маслостойкостью и очень низкой воздухопроницаемостью. В военной промышленности ФКМ в основном используется в уплотнениях, маслопроводах и оболочках электропроводки для аэрокосмической, авиационной и ракет-носителей, спутников, истребителей, новых танков и т. д. Это незаменимый ключевой материал в передовой национальной оборонной промышленности. .
В 1957 году компания DuPont разработала первый FKM, отвечающий высоким требованиям к уплотнениям в аэрокосмической промышленности. Чтобы обеспечить лучшую термическую стабильность и стойкость к растворителям, в 1959 году был разработан терполимерный фторэластомер, содержащий тетрафторэтилен (ТФЭ). В настоящее время в мире наиболее распространены бренды FKM: Viton® от Chemours, Tecnoflon® от Solvay, Dyneon™ от 3M и DAI от Daikin. -ЭЛ™.
1. Краткая история развития фторкаучука.
С момента открытия полихлортрифторэтилена и политетрафторэтилена люди осознали, что фторполимеры обладают превосходной устойчивостью к высоким температурам и химической инертностью, и политетрафторэтилен превратился в крупнейшую отрасль производства фторполимеров. Однако из-за эксплуатационных характеристик самого пластика он все еще имеет серьезные недостатки как уплотнительный материал, и существует острая потребность в фторэластомерном уплотнительном материале.
Самым ранним фторкаучуком был поли-2-фтор-1,3-бутадиен и его сополимер со стиролом, пропиленом и т. д., который был испытан компанией DuPont в США в 1948 году. производительность не лучше, чем у хлоропренового каучука и бутадиенового каучука. , он дорог и не имеет реальной промышленной ценности. В конце 1950-х годов американская компания Thiokol разработала бинарный азотистый фторкаучук, обладающий хорошими низкотемпературными характеристиками и устойчивостью к сильным окислителям. С тех пор фторкаучук нашел практическое промышленное применение.
С 1958 года Китай также разработал различные фторкаучуки, в основном полиолефиновые фторкаучуки, такие как типы 23, 26, 246 и нитрозофторкаучук. Позже была разработана новая разновидность тетрапропиленового фторкаучука. , перфторэфирный каучук, фторфосфорный каучук.
2. Структура и характеристики фторкаучука.
Молекулярная структура FKM определяет его превосходную химическую стабильность и устойчивость к высоким температурам. Атомы фтора окружают углеродную цепь и связи фтор-углерод, что делает атомы углерода менее восприимчивыми к атакам других химических веществ, молекул, ионов или атомов. Кроме того, энергия связи фтор-углерод очень высока, что также означает, что ее нелегко разорвать и она имеет очень стабильные химические свойства.
Чтобы сохранить характеристики эластомеров, резиновые изделия должны иметь возможность быстро восстанавливаться после сжатия внешним миром и деформации. При нормальных обстоятельствах эластомеры представляют собой трехмерные сетчатые структуры, образованные путем сшивания молекулярных цепей, а восстанавливающая сила после деформации возникает из-за тенденции молекулярных сегментов возвращаться в беспорядок. Поскольку фторуглеродные цепи более вязкие, чем углеводородные, FKM часто демонстрирует медленную релаксацию.
ФКМ обычно состоит из двух или более мономеров. Углеродные цепи, полимеризованные из мономеров VF2 (или VDF), TFE и этилена, могут образовывать решетчатую структуру, если они достаточно длинные. Поэтому для образования аморфного полимера добавляют некоторые мономеры с объемистыми боковыми группами, такие как гексафторпропилен (ГФП), фторированный виниловый эфир (ПМВЭ), пропилен и т. д.
3. Виды фторкаучуков
Согласно ASTM D1418-2022, фторкаучук можно разделить на следующие пять типов:
(1) Бинарный сополимер гексафторпропилена (ГФП) и винилиденфторида (ВДФ). Бинарный сополимер представляет собой стандартный тип FKM, обладающий хорошими характеристиками во всех аспектах и являющийся универсальным игроком. К этому типу относится фторкаучук типа 26, широко известный в Китае как каучук № 2. В настоящее время это наиболее распространенная разновидность фторкаучука, на долю которой приходится более 80% всего фторкаучука.
(2) Терполимер тетрафторэтилена (ТФЭ), гексафторпропилена (ГФП) и винилиденфторида (ВДФ). Терполимеры имеют более высокую массовую долю фтора, чем бинарные сополимеры (обычно от 68% до 69%), поэтому они обладают лучшей химической стойкостью, особенно стойкостью к углеводородам. Кроме того, он обладает лучшей устойчивостью к высоким температурам и может использоваться в течение длительного времени при температуре выше 250 градусов, но его несущая способность и эластичность в условиях низких температур будут соответственно снижены. К этой категории относится фторкаучук типа 246, широко известный в Китае как каучук №3.
(3) Терполимер тетрафторэтилена (ТФЭ), фторированного винилового эфира (ПМВЭ) и винилиденфторида (ВДФ). Добавление ПМВЭ делает изделие более эластичным при низких температурах, чем первые два типа изделий. Массовая доля элемента фтора в этом ФКМ составляет от 62% до 68%.
(4) Терполимер тетрафторэтилена (ТФЭ), пропилена и винилиденфторида (ВДФ). Этот вид ФКМ обладает повышенной устойчивостью к щелочам и другим полярным растворам, но его характеристики набухания ухудшились, а массовая доля элемента фтора составляет около 67%.
(5) Пятичленный сополимер тетрафторэтилена (ТФЭ), гексафторпропилена (ГФП), этилена, фторированного винилового эфира (ПМВЭ) и винилиденфторида (ВДФ). Этот тип ФКМ известен своей устойчивостью к полярным растворам и высокотемпературному сероводороду.