لاستیک فلوئور (FKM) به یک الاستومر پلیمری مصنوعی حاوی اتم های فلوئور بر روی اتم های کربن زنجیره اصلی یا زنجیره جانبی اشاره دارد. دارای مقاومت عالی در دمای بالا، پایداری شیمیایی بالا، مقاومت در برابر آب و هوا، مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر روغن و تنفس بسیار کم است. در صنایع نظامی، FKM عمدتا در مهر و موم، لوله های نفت و غلاف خطوط الکتریکی برای هوا فضا، هواپیماها و وسایل نقلیه پرتاب، ماهواره ها، جت های جنگنده، تانک های جدید و غیره استفاده می شود. این ماده کلیدی غیر قابل جایگزینی در صنعت دفاع ملی پیشرفته است. .
در سال 1957، DuPont اولین FKM را به منظور برآورده کردن الزامات بالا برای عملکرد آب بندی در صنعت هوافضا توسعه داد. به منظور ارائه پایداری حرارتی بهتر و مقاومت در برابر حلال، فلوئوروالاستومر ترپلیمر حاوی تترا فلوئورواتیلن (TFE) در سال 1959 توسعه یافت. در حال حاضر، مارک های رایج FKM در جهان عبارتند از: Chemours' Viton®، Solvay's Tecnoflon®، 3M's Dain's Dyneon و Dyneon. -EL™.
1. تاریخچه مختصری از توسعه فلورو لاستیک
از زمان کشف پلی کلروتری فلوئورواتیلن و پلی تترا فلوئورواتیلن، مردم دریافته اند که فلوروپلیمرها دارای مقاومت عالی در دمای بالا و بی اثری شیمیایی هستند و پلی تترا فلوئورواتیلن به بزرگترین صنعت فلوروپلیمر تبدیل شده است. با این حال، با توجه به ویژگی های عملکرد خود پلاستیک، هنوز هم به عنوان یک ماده آب بندی دارای نقص های عمده ای است و نیاز فوری به یک ماده آب بندی فلورالاستومری وجود دارد.
اولین لاستیک فلوئور پلی-2-فلورو-1،3-بوتادین و کوپلیمر آن با استایرن، پروپیلن و غیره بود که توسط DuPont در ایالات متحده در سال 1948 تولید شد. عملکرد بهتر از لاستیک کلروپرن و لاستیک بوتادین نیست. و گران است و ارزش صنعتی واقعی ندارد. در اواخر دهه 1950، شرکت آمریکایی Thiokol یک فلورو لاستیک دوتایی نیتروژن با عملکرد خوب در دمای پایین و مقاومت در برابر اکسیدان های قوی تولید کرد. از آن زمان، فلورو لاستیک وارد کاربردهای صنعتی عملی شده است.
چین همچنین از سال 1958 انواع فلوئورو لاستیک ها را تولید کرده است که عمدتاً فلوئورولاستیک های پلی اولفین مانند نوع 23، 26، 246 و نیتروزو فلوروبربر هستند. بعدها، انواع جدیدتری از فلوئوروبربر تتراپروپیلن ساخته شد. لاستیک پرفلورواتر، لاستیک فلوروفسفر.
2. ساختار و ویژگی های فلورو لاستیک
ساختار مولکولی FKM پایداری شیمیایی عالی و مقاومت در برابر دمای بالا را تعیین می کند. اتمهای فلوئور زنجیره کربن و پیوندهای فلوئور-کربن را احاطه کردهاند و اتمهای کربن را کمتر در معرض حمله سایر مواد شیمیایی، مولکولها، یونها یا اتمها قرار میدهند. علاوه بر این، انرژی پیوند پیوند فلوئور-کربن بسیار بالا است، به این معنی که شکستن آن آسان نیست و خواص شیمیایی بسیار پایداری دارد.
به منظور حفظ ویژگی های الاستومرها، محصولات لاستیکی باید بتوانند پس از فشرده شدن توسط دنیای خارج و تغییر شکل، به سرعت بازیابی شوند. در شرایط عادی، الاستومرها ساختارهای شبکهای سهبعدی هستند که از اتصال عرضی زنجیرههای مولکولی تشکیل میشوند و نیروی بازگرداننده پس از تغییر شکل ناشی از تمایل بخشهای مولکولی به بازگشت به حالت بینظمی است. از آنجایی که زنجیرههای فلوئوروکربنی چسبناکتر از زنجیرههای هیدروکربنی هستند، FKM اغلب آرامسازی کندی را نشان میدهد.
FKM معمولا از دو یا چند مونومر تشکیل شده است. زنجیره های کربنی پلیمریزه شده از مونومرهای VF2 (یا VDF)، TFE و اتیلن ممکن است در صورتی که به اندازه کافی بلند باشند، شبکه ای شوند. بنابراین برای تشکیل یک پلیمر آمورف، مونومرهایی با گروه های جانبی حجیم مانند هگزافلوئوروپروپیلن (HFP)، وینیل اتر فلوئوردار (PMVE)، پروپیلن و غیره اضافه می شود.
3. انواع فلورو لاستیک
طبق ASTM D1418-2022، فلورو لاستیک را می توان به پنج نوع زیر تقسیم کرد:
(1) کوپلیمر دوتایی هگزافلوئوروپروپیلن (HFP) و وینیلیدین فلوراید (VDF). کوپلیمر باینری یک نوع استاندارد از FKM است، با عملکرد خوب در تمام جنبه ها و پخش کننده همه جانبه است. فلوئورو لاستیک نوع 26 که معمولاً در چین با نام لاستیک شماره 2 شناخته می شود، از این نوع است. در حال حاضر رایج ترین نوع فلورو لاستیک است که بیش از 80 درصد کل فلورروبر را تشکیل می دهد.
(2) ترپلیمر تترافلوئورواتیلن (TFE)، هگزافلوئوروپروپیلن (HFP) و وینیلیدین فلوراید (VDF). ترپلیمرها کسر جرمی فلوئور بالاتری نسبت به کوپلیمرهای دوتایی دارند (معمولاً 68% تا 69%)، بنابراین مقاومت شیمیایی بهتری به خصوص مقاومت هیدروکربنی دارند. علاوه بر این، مقاومت بهتری در برابر دمای بالا دارد و میتوان برای مدت طولانی در محیطهای بالای 250 درجه از آن استفاده کرد، اما ظرفیت تحمل فشار و کشسانی آن در محیطهای با دمای پایین کاهش مییابد. لاستیک فلورو لاستیک نوع 246 که معمولاً در چین با نام لاستیک شماره 3 شناخته می شود از این دسته است.
(3) ترپلیمر تترا فلوئورواتیلن (TFE)، وینیل اتر فلوئوردار (PMVE) و وینیلیدین فلوراید (VDF). افزودن PMVE باعث می شود محصول در دماهای پایین الاستیک تر از دو نوع اول محصول باشد. کسر جرمی عنصر فلوئور در این FKM بین 62 تا 68 درصد است.
(4) ترپلیمر تترافلوئورواتیلن (TFE)، پروپیلن و وینیلیدین فلوراید (VDF). این نوع FKM مقاومت در برابر قلیایی و سایر محلول های قطبی را افزایش داده است، اما عملکرد تورم آن بدتر شده است و کسر جرمی عنصر فلوئور آن حدود 67٪ است.
(5) کوپلیمر پنج عضوی تترا فلوئورواتیلن (TFE)، هگزافلوئوروپروپیلن (HFP)، اتیلن، وینیل اتر فلوئوردار (PMVE) و وینیلیدین فلوراید (VDF). این نوع FKM به دلیل مقاومت در برابر محلول های قطبی و سولفید هیدروژن با دمای بالا شناخته شده است.