Фторкаучуки СКФ FKM FPM Витон

Виды и названия фторкаучуков: СКФ, FKM, FPM, Витон и другие

Фторкаучуки (ФК, фторорганические каучуки, фторэластомеры) представляют собой большое семейство синтетических каучуков, получаемых в результате сополимеризации фторсодержащих мономеров. Благодаря содержанию фтора, данные материалы обладают выдающейся термостойкостью, негорючестью и устойчивы к действию многих агрессивных сред. Общими недостатками фторкаучуков являются высокая стоимость и опасность выделения токсичных газов и паров при воздействии сверхвысоких температур. Среди резин ФК занимают такое же место, как самый известный фторполимер, тефлон, среди полимеров.

Данные материалы активно разрабатывались и патентовались с 40-х годов XX века крупными химическими корпорациями, такими как DuPont. Коммерческие наименования новых материалов получали широкое распространения и становились нарицательными. Рассмотрим наиболее распространенные обозначения:

СКФ, синтетические каучуки фторированные – общее обозначение семейства фторэластомеров, принятое в СССР и России. Принадлежность к определённой группе обозначается цифровым индексом, марка задается буквами. Например: СКФ-26, СКФ-260 МПАН.

FPM, Fluorinated propylene monomer (обозначение ISO), FKM, Fluorocarbon (обозначение ASTM, Американское общество тестирования материалов) – общее обозначение ряда фторэластомеров на основе винилиденфторида (1,1-Дифторэтилен, фтористый винилиден, vinylidenefluoride, VDF, VF2). Первым таким материалом стал Viton A, синтезированный компанией DuPont, сополимер VF2 с гексафторпропиленом (HFP), затем были разработаны Viton B и Viton F, содержащие также тетрафторэтилен (TFE), и ряд специальных марок на той же основе. Сейчас под собирательным наименованием «Витоны» чаще всего подразумевают FPM каучуки и часто используют сходную классификацию, т.е. FPM A или FKM GLT соответствуют по свойствам Viton A или Viton GLT производства DuPont. Многие производители развивают свои торговые марки, например Dyneon (3M), Dai-El (Daikin), Solef (Solvay Specialty Polymers). Для некоторых из них нет аналога в семействе Viton, например VF2/CTFE (СКФ-32, Dyneon 31508). Вместе с тем, DuPont выпускает Viton Extreme (ETP), который не содержит VF2 и, таким образом, не относится к FPM.

Viton® (Витон) – торговая марка компании DuPont. Под этой маркой выпускается широкий спектр каучуков на основе винилиденфторида (VF2) и тетрафторэтилена (TFE). Viton типов A, AL, B, GBL, F, GF, GLT, GBLT, GFLT являются сополимерами VF2 и относятся к FPM (FKM) фторкаучукам. Viton Extreme является сополимером этилена, тетрафторэтилена (TFE), и перфторметиливинолового эфира (PMVE), не содержит VF2 и, следовательно, не относится к FPM (FKM). Этот каучук также обозначается как ETP (ethylene, tetrafluoroethylene (TFE), perfluoromethylvinylether (PMVE)). Ассортимент оригинальных витонов весьма широк, упомянутые выше типы подразделяются на марки, каждая из которых обладает особенностями в части температурных, механических или химических свойств.

FFKM, Perfluoroelastomer, сополимер тетрафторэтилена (TFE) с перфторметилвиниловым эфиром (PMVE). Химически родственен FKM (FPM). Отечественное обозначение - СКФ-460. Известен также по маркам производителей как Kalrez (Калрез) компании DuPont, Parofluor (Parker Hannifin), Simriz (Freudenberg Simrit GmbH), Неофтон (ФГУП «НИИСК»).

AFLAS – торговая марка компании Asahi Glass Co (Япония). Под данным наименованием выпускается два вида материалов: сополимер тетрафторэтилена и пропилена (TFE/P, серия 100, 150 и другие) и терполимертетрафторэтилена, пропилена и винилиденфторида (TFE/P/VF2, серия SP, MZ201). После того, как Asahi Glass Co первой (1975 году) вывела на рынок фторкаучуки на основе TFE/P, название «AFLAS» стало применяться как общеупотребительное наименование, в том числе в русском языке – Афлас. Обычно в этом случае подразумевают сополимер TFE/P.

Характеристики FPM (Vitone, Витоны), совместимость со средами

Фторкаучуки FPM на основе винилиденфторида обладают выдающимися свойствами с точки зрения тепловой и химической устойчивости. При этом различные типы FPM имеют определенные особенности.

FPM тип A или E, сополимер винилиденфторида с гексафторпропиленом (VF2/HFP) - старейший и наиболее распространенный фторэластомер общего применения. Как правило, содержит 66% фтора. Главными свойствами материала являются:

• высокая теплостойкость (до +250°С), превышающая теплостойкость всех известных каучуков, кроме силоксановых;
• высокая атмосферостойкость и озоностойкость;
• химическая и биологическая инертность, превосходящая эти характеристики у всех других эластомеров;
• хорошая износостойкость и стойкость к абразивному истиранию;
• удовлетворительные диэлектрические свойства;
• невоспламеняемость;
• стойкость к старению при высоких температурах.

Данный материал проявляет хорошее сопротивление накоплению остаточной деформации при сжатии. Данный тип FPM применим в интервале рабочих температур от -20°С до +250°С, устойчив к воздействию окислителей и других агрессивных сред, масел, бензина и растворителей. Не устойчив к воздействию сложных эфиров и кетонов, flex-топлив (flex-fuel) с высоким содержанием биоэтанола или MBTE, а также к некоторым кислотам.

FPM тип B, терполимервинилиденфторида с гексафторпропиленоми тетрафторэтиленом (VF2/HFP/TFE), отличается от типа A содержанием TFE и большей (67%) массовой долей фтора и проявляет лучшую химическую стойкость к кислотам и биотопливам, чем тип A/E.

FPM тип GF или F, терполимер VF2/HFP/TFE, отличается от типа B большим содержанием фтора (70%). Обладает наивысшей для FPM общего применения стойкостью к биотопливами иным особо агрессивным средам.

FPM тип GLT – разработан для улучшения низкотемпературных свойств по сравнению с традиционными FPM типа A/E. Данный тип FPM применим в интервале рабочих температур от -50°С до +250°С. Обычносодержит 65% фтора и не стоек к воздействию биотоплива или агрессивных растворителей.

FPM тип GFLT – сочетает способность работать при низкой температуре (от -35°С) и большую, чем GLT, химическую стойкость к биотопливам и другим агрессивным растворителям. Содержит, как правило, 68% фтора.

FPMVF2/CTFE, cополимер винилиденфторида (VF2) с трифторхлорэтиленом (CTFE). Ранее выпускался и стал широко известен под торговой маркой Kel-F 3700 (Кель-F 3700). После того, как компания Kellogg была поглощена корпорацией 3M, данный материал вошел в линейку торговой марки Dyneon. В СССР и России известен под маркой СКФ-32. Как и другие FPM-каучуки, отличается высокой термостойкостью, негорючестью и устойчивостью к действию многих агрессивных сред. Интервал рабочих температур от -20°С до +200°С. По основным механическим свойствами устойчивости к температуре и агрессивным средам VF2/CTFE уступает другим FPM. При этом данный материал проявляет прекрасную устойчивость к концентрированным кислотам, в том числе к дымящей азотной кислоте (раствор с концентрацией HNO₃ >86%).

Ниже приведена таблица свойств и совместимости материалов под маркой Vitone производства DuPont. Маркировка «–S» в продуктах DuPont означает, что материал произведен с использованием технологии «улучшенной архитектуры полимера» (Advanced Polymer Architecture, APA). Vitone Extreme (ETP-S) не относится к FPM-материалам, но входит в линейку продуктов Vitone.

FPM-каучуки других производителей обычно имеют сходную систему маркировки или предоставляют таблицу соответствия с материалами DuPont.

Относительная химическая совместимость и механические свойства фторэластомеров Viton®

Применение FPM (витоны)

Фторкаучуки используются во многих отраслях, где необходима работа в особо сложных условиях и агрессивных средах. Основные потребители FPM:

• Аэрокосмическая промышленность.
• Автомобилестроение.
• Химическая промышленность и транспорт.
• Пищевая и фармацевтическая промышленность.
• Оборудование для работы в неосвоенной местности и в тяжелых условиях эксплуатации.
• Разведка и добыча на нефтегазовых месторождениях.
• Переработка и транспортировка нефти.

Фторкаучуки используют для изготовления таких деталей, как сальники, манжеты, герметики, покрытия, виброгасители, виброкомпенсаторы (вибровставки), прокладки, мембраны, заглушки, диафрагмы, термостойкие уплотнительные кольца (O-ring), уплотнения штоков. Фторкаучуки применяются в производстве рукавов, шлангов и трубок для горячих агрессивных жидкостей и газов, изоляций проводов и кабелей, емкостей для хранения горючего, клапанов и других изделий, работающих в контакте с маслами, окислителями и другими агрессивными средами при 200°С и выше. Фторкаучуки можно применить для изготовления клея и герметиков. Герметизирующие плёнки на такой основе не разрушаются при длительном действии кислорода и озона, сохраняют эластичность при низких температурах, имеют высокую водостойкость.

При выборе типа FPM необходимо учитывать множество факторов, таких как механические и химические свойства, характеристики рабочих и предельных режимов эксплуатации, требуемая отказоустойчивость, возможность ремонта и замены. В зависимости от всех условий выбирается оптимальный вариант с подходящим балансом стоимости и характеристик.

Таблица применимости типов каучуков Viton

FPM-каучуки могут быть совулканизованы с натуральным каучуком, бутадиен-стирольным, хлоропреновым, силиконовым и др. каучуками. Добавление фторкаучука к более дешевым каучукам позволяет получить смесь с лучшей химической стойкостью, чем у исходного каучука. Характеристики таких смесей ниже, чем у «чистого» FPM, но это компенсируется меньшей стоимостью.

Технология производства FPM (Витоны)

Фторкаучуки FPM обычно получают эмульсионной сополимеризацией винилиденфторида с трифторхлорэтиленом или гексафторпропиленом при температуре от 20°С до 100°С. Хотя фтормономеры легко эмульгируются в воде и без эмульгатора, при его применении повышается скорость полимеризации и улучшается однородность получаемых каучуков. Чаще всего в качестве эмульгатора используются соли фторированных жидких кислот, например перфтороктоат аммония.

Фторкаучуки отличаются от других синтетических каучуков повышенными вязкостью и жесткостью, что создает определенные трудности при их переработке. Повышенные вязкость и жесткость FPM обусловлены особенностями их структуры - высокой полярностью цепей, высокой молекулярной массой линейных либо слабо разветвленных макромолекул, а также наличием микрогеля. Кроме того, вязкость фторкаучуков, содержащих заметное количество микрогеля, повышается при механических воздействиях, например в первые минуты вальцевания в результате разрушения микрогеля и усиления вследствие этого межмолекулярного взаимодействия.