Cao su flo (FKM) dùng để chỉ một chất đàn hồi polymer tổng hợp có chứa các nguyên tử flo trên các nguyên tử carbon của chuỗi chính hoặc chuỗi bên. Nó có khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời, độ ổn định hóa học cao, khả năng chống chịu thời tiết, chống oxy hóa, chống dầu và độ thoáng khí rất thấp. Trong ngành công nghiệp quân sự, FKM chủ yếu được sử dụng trong các con dấu, ống dẫn dầu và vỏ bọc đường dây điện cho hàng không vũ trụ, hàng không và phương tiện phóng, vệ tinh, máy bay chiến đấu, xe tăng mới, v.v. Nó là vật liệu chủ chốt không thể thay thế trong ngành công nghiệp quốc phòng tiên tiến .
Năm 1957, DuPont đã phát triển FKM đầu tiên nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về hiệu suất bịt kín trong ngành hàng không vũ trụ. Để mang lại độ ổn định nhiệt và khả năng kháng dung môi tốt hơn, terpolymer fluoroelastomer chứa tetrafluoroethylene (TFE) đã được phát triển vào năm 1959. Hiện nay, các nhãn hiệu FKM phổ biến hơn trên thế giới bao gồm: Chemours' Viton®, Solvay's Tecnoflon®, 3M's Dyneon™ và Daikin's DAI -EL™.
1. Sơ lược về lịch sử phát triển của cao su fluororubber
Kể từ khi phát hiện ra polychlorotrifluoroethylene và polytetrafluoroethylene, người ta đã nhận ra rằng fluoropolyme có khả năng chịu nhiệt độ cao và độ trơ hóa học tuyệt vời, và polytetrafluoroethylene đã phát triển thành ngành công nghiệp fluoropolymer lớn nhất. Tuy nhiên, do đặc tính hoạt động của nhựa, nó vẫn có những khuyết điểm lớn khi làm vật liệu bịt kín và nhu cầu cấp thiết về vật liệu bịt kín fluoroelastomer.
Cao su flo sớm nhất là poly-2-fluoro-1,3-butadiene và chất đồng trùng hợp của nó với styrene, propylene, v.v., được sản xuất thử nghiệm bởi DuPont ở Hoa Kỳ vào năm 1948. hiệu suất không tốt hơn cao su chloroprene và cao su butadien. , đắt tiền và không có giá trị công nghiệp thực tế. Vào cuối những năm 1950, công ty Thiokol của Mỹ đã phát triển loại cao su huỳnh quang chứa nitơ kép có hiệu suất tốt ở nhiệt độ thấp và khả năng chống lại các chất oxy hóa mạnh. Kể từ đó, fluororubber đã đi vào ứng dụng thực tế trong công nghiệp.
Trung Quốc cũng đã phát triển nhiều loại cao su huỳnh quang từ năm 1958, chủ yếu là cao su huỳnh quang polyolefin, chẳng hạn như loại 23, 26, 246 và cao su huỳnh quang nitroso. Sau đó, một loại cao su fluororubber tetrapropylene mới hơn đã được phát triển. , cao su perfluoroether, cao su fluorophospho.
2. Cấu trúc và đặc tính của cao su huỳnh quang
Cấu trúc phân tử của FKM quyết định độ ổn định hóa học tuyệt vời và khả năng chịu nhiệt độ cao. Các nguyên tử flo bao quanh chuỗi cacbon và các liên kết flo-cacbon, làm cho các nguyên tử cacbon ít bị tấn công bởi các hóa chất, phân tử, ion hoặc nguyên tử khác. Ngoài ra, năng lượng liên kết của liên kết flo-cacbon rất cao, điều này cũng có nghĩa là nó không dễ bị phá vỡ và có tính chất hóa học rất ổn định.
Để duy trì được đặc tính của chất đàn hồi, sản phẩm cao su phải có khả năng phục hồi nhanh chóng sau khi bị thế giới bên ngoài ép và biến dạng. Trong trường hợp bình thường, chất đàn hồi là cấu trúc mạng ba chiều được hình thành bằng cách liên kết chéo các chuỗi phân tử và lực phục hồi sau khi biến dạng xuất phát từ xu hướng các phân tử trở lại trạng thái rối loạn. Do chuỗi fluorocarbon có độ nhớt cao hơn chuỗi hydrocarbon nên FKM thường có biểu hiện giãn chậm.
FKM thường bao gồm hai hoặc nhiều monome. Các chuỗi carbon được trùng hợp từ các monome VF2 (hoặc VDF), TFE và ethylene có thể tạo mạng lưới nếu chúng đủ dài. Do đó, để tạo thành polyme vô định hình, một số monome có nhóm bên cồng kềnh được thêm vào, chẳng hạn như hexafluoropropylene (HFP), ete vinyl fluoride (PMVE), propylene, v.v..
3. Các loại cao su huỳnh quang
Theo ASTM D1418-2022, fluororubber có thể được chia thành năm loại sau:
(1) Chất đồng trùng hợp nhị phân của hexafluoropropylene (HFP) và vinylidene fluoride (VDF). Chất đồng trùng hợp nhị phân là một loại FKM tiêu chuẩn, có hiệu suất tốt về mọi mặt và là một công cụ toàn diện. Loại 26 fluororubber, thường được gọi là cao su số 2 ở Trung Quốc, là loại này. Nó hiện là loại fluororubber phổ biến nhất, chiếm hơn 80% toàn bộ fluororubber.
(2) Terpolymer của tetrafluoroethylene (TFE), hexafluoropropylene (HFP) và vinylidene fluoride (VDF). Terpolyme có phần khối lượng flo cao hơn so với copolyme nhị phân (thường là 68% đến 69%), do đó chúng có khả năng kháng hóa chất tốt hơn, đặc biệt là kháng hydrocarbon. Ngoài ra, nó có khả năng chịu nhiệt độ cao tốt hơn và có thể sử dụng lâu dài ở môi trường trên 250 độ, tuy nhiên khả năng chịu áp lực và độ đàn hồi trong môi trường nhiệt độ thấp sẽ bị giảm đi tương ứng. Loại cao su fluororubber 246, thường được gọi là cao su số 3 ở Trung Quốc, thuộc loại này.
(3) Terpolymer của tetrafluoroethylene (TFE), vinyl ete fluoride (PMVE) và vinylidene fluoride (VDF). Việc bổ sung PMVE giúp sản phẩm có tính đàn hồi tốt hơn ở nhiệt độ thấp so với 2 loại sản phẩm đầu. Phần khối lượng của nguyên tố flo trong FKM này nằm trong khoảng từ 62% đến 68%.
(4) Terpolyme Tetrafluoroethylene (TFE), propylene và vinylidene fluoride (VDF). Loại FKM này có khả năng kháng kiềm và các dung dịch phân cực khác cao hơn, nhưng hiệu suất trương nở của nó đã giảm đi và phần khối lượng nguyên tố flo của nó là khoảng 67%.
(5) Chất đồng trùng hợp năm thành viên của tetrafluoroethylene (TFE), hexafluoropropylene (HFP), ethylene, vinyl ether fluoride (PMVE) và vinylidene fluoride (VDF). Loại FKM này được biết đến với khả năng chống lại các dung dịch phân cực và hydro sunfua ở nhiệt độ cao.