Fluorový kaučuk (FKM) označuje syntetický polymerní elastomer obsahující atomy fluoru na atomech uhlíku hlavního řetězce nebo postranního řetězce. Má vynikající odolnost vůči vysokým teplotám, vysokou chemickou stabilitu, odolnost proti povětrnostním vlivům, odolnost proti oxidaci, olejivzdornost a velmi nízkou prodyšnost. Ve vojenském průmyslu se FKM používá hlavně v těsněních, olejových potrubích a pláštích elektrického vedení pro letectví, letectví a nosné rakety, satelity, stíhačky, nové tanky atd. Je to nenahraditelný klíčový materiál v nejmodernějším průmyslu národní obrany .
V roce 1957 DuPont vyvinul první FKM, aby splnil vysoké požadavky na těsnicí výkon v leteckém průmyslu. Aby byla zajištěna lepší tepelná stabilita a odolnost vůči rozpouštědlům, byl v roce 1959 vyvinut terpolymerový fluoroelastomer obsahující tetrafluorethylen (TFE). V současné době mezi běžnější značky FKM ve světě patří: Chemours' Viton®, Solvay's Tecnoflon®, 3M's Dyneon™ a Daikin's DAI -EL™.
1. Stručná historie vývoje fluorokaučuku
Od objevu polychlortrifluorethylenu a polytetrafluorethylenu si lidé uvědomili, že fluoropolymery mají vynikající odolnost vůči vysokým teplotám a chemickou inertnost, a polytetrafluoroetylen se vyvinul v největší průmysl fluoropolymerů. Avšak vzhledem k výkonnostním charakteristikám samotného plastu má tento těsnicí materiál stále velké vady a existuje naléhavá potřeba fluoroelastomerového těsnicího materiálu.
Nejstarší fluorový kaučuk byl poly-2-fluoro-1,3-butadien a jeho kopolymer se styrenem, propylenem atd., který byl zkušebním způsobem vyroben společností DuPont ve Spojených státech v roce 1948. výkon není o nic lepší než u chloroprenového kaučuku a butadienu. a je drahý a nemá žádnou skutečnou průmyslovou hodnotu. Koncem 50. let vyvinula americká společnost Thiokol binární nitrózní fluorokaučuk s dobrým výkonem při nízkých teplotách a odolností vůči silným oxidantům. Od té doby fluorokaučuk vstoupil do praktických průmyslových aplikací.
Čína také od roku 1958 vyvinula různé fluorokaučuky, hlavně polyolefinové fluorokaučuky, jako je typ 23, 26, 246 a nitroso fluorokaučuk. Později byla vyvinuta novější odrůda tetrapropylenové fluorokaučuku. , perfluoroetherový kaučuk, fluorofosforový kaučuk.
2. Struktura a vlastnosti fluorokaučuku
Molekulární struktura FKM určuje jeho vynikající chemickou stabilitu a odolnost vůči vysokým teplotám. Atomy fluoru obklopují uhlíkový řetězec a vazby fluor-uhlík, díky čemuž jsou atomy uhlíku méně náchylné k napadení jinými chemikáliemi, molekulami, ionty nebo atomy. Vazebná energie vazby fluor-uhlík je navíc velmi vysoká, což také znamená, že ji nelze snadno rozbít a má velmi stabilní chemické vlastnosti.
Aby byly zachovány vlastnosti elastomerů, musí být pryžové výrobky po stlačení vnějším světem a deformaci schopny se rychle zotavit. Za normálních okolností jsou elastomery trojrozměrné síťové struktury vytvořené zesíťováním molekulárních řetězců a vratná síla po deformaci pochází z tendence molekulárních segmentů vracet se k neuspořádanosti. Protože fluorované uhlovodíkové řetězce jsou viskóznější než uhlovodíkové řetězce, FKM často vykazuje pomalou relaxaci.
FKM se obvykle skládá ze dvou nebo více monomerů. Uhlíkové řetězce polymerované z VF2 (nebo VDF), TFE a ethylenových monomerů mohou mřížkovat, pokud jsou dostatečně dlouhé. Proto se za účelem vytvoření amorfního polymeru přidávají některé monomery s objemnými postranními skupinami, jako je hexafluorpropylen (HFP), fluorovaný vinylether (PMVE), propylen atd.
3. Druhy fluorokaučuku
Podle ASTM D1418-2022 lze fluorokaučuk rozdělit do následujících pěti typů:
(1) Binární kopolymer hexafluorpropylenu (HFP) a vinylidenfluoridu (VDF). Binární kopolymer je standardní typ FKM s dobrým výkonem ve všech aspektech a je všestranným hráčem. Fluorový kaučuk typu 26, běžně známý jako pryž č. 2 v Číně, je tento typ. V současné době je nejběžnější odrůdou fluorokaučuku, tvoří více než 80 % celého fluorokaučuku.
(2) Terpolymer tetrafluorethylenu (TFE), hexafluorpropylenu (HFP) a vinylidenfluoridu (VDF). Terpolymery mají vyšší hmotnostní podíl fluoru než binární kopolymery (obvykle 68 % až 69 %), mají tedy lepší chemickou odolnost, zejména odolnost vůči uhlovodíkům. Kromě toho má lepší odolnost proti vysokým teplotám a lze jej používat po dlouhou dobu v prostředích nad 250 stupňů, ale jeho tlaková únosnost a elasticita v prostředí s nízkou teplotou se odpovídajícím způsobem sníží. Fluorový kaučuk typu 246, běžně známý jako pryž č. 3 v Číně, patří do této kategorie.
(3) Terpolymer tetrafluorethylenu (TFE), fluorovaného vinyletheru (PMVE) a vinylidenfluoridu (VDF). Přídavek PMVE činí výrobek elastičtějším při nízkých teplotách než první dva typy výrobků. Hmotnostní podíl fluoru v tomto FKM je mezi 62 % a 68 %.
(4) terpolymer tetrafluorethylenu (TFE), propylenu a vinylidenfluoridu (VDF). Tento druh FKM má zvýšenou odolnost vůči alkáliím a jiným polárním roztokům, ale jeho bobtnací schopnost se zhoršila a jeho hmotnostní podíl fluorového prvku je asi 67 %.
(5) Pětičlenný kopolymer tetrafluorethylenu (TFE), hexafluorpropylenu (HFP), ethylenu, fluorovaného vinyletheru (PMVE) a vinylidenfluoridu (VDF). Tento typ FKM je známý svou odolností vůči polárním roztokům a vysokoteplotnímu sirovodíku.