يشير مطاط الفلور (FKM) إلى بوليمر صناعي مطاطي يحتوي على ذرات الفلور على ذرات الكربون في السلسلة الرئيسية أو السلسلة الجانبية. يتميز بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية، وثبات كيميائي عالي، ومقاومة للطقس، ومقاومة للأكسدة، ومقاومة للزيت، وتهوية منخفضة جدًا. في الصناعة العسكرية، يتم استخدام FKM بشكل رئيسي في الأختام وأنابيب النفط وأغلفة الخطوط الكهربائية للطيران ومركبات الإطلاق والأقمار الصناعية والطائرات المقاتلة والدبابات الجديدة وما إلى ذلك. إنها مادة أساسية لا يمكن استبدالها في صناعة الدفاع الوطني المتطورة. .
في عام 1957، قامت شركة DuPont بتطوير أول FKM من أجل تلبية المتطلبات العالية لأداء الختم في صناعة الطيران. من أجل توفير استقرار حراري أفضل ومقاومة للمذيبات، تم تطوير مطاط ثلاثي البوليمر الفلوري المحتوي على رباعي فلورو إيثيلين (TFE) في عام 1959. حاليًا، تشمل العلامات التجارية الأكثر شيوعًا لشركة FKM في العالم ما يلي: Chemours' Viton®، وSolvay's Tecnoflon®، و3M's Dyneon™، وDaikin's DAI. -EL™.
1. تاريخ موجز لتطور المطاط الفلوري
منذ اكتشاف بولي كلورو ثلاثي فلورو إيثيلين وبولي تترا فلورو إيثيلين، أدرك الناس أن البوليمرات الفلورية تتمتع بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية وخمول كيميائي، وقد تطورت بولي تترا فلورو إيثيلين لتصبح أكبر صناعة بوليمرات فلورية. ومع ذلك، نظرًا لخصائص أداء البلاستيك نفسه، فإنه لا يزال به عيوب كبيرة كمادة مانعة للتسرب، وهناك حاجة ملحة لمواد مانعة للتسرب من المطاط الفلوروي.
كان أول مطاط الفلور هو البولي-2-فلورو-1،3-البوتادين والبوليمر المشترك مع الستايرين والبروبيلين وما إلى ذلك، والذي تم إنتاجه تجريبيًا بواسطة شركة DuPont في الولايات المتحدة في عام 1948. الأداء ليس أفضل من أداء مطاط الكلوروبرين ومطاط البوتادين. ، وهي باهظة الثمن وليس لها أي قيمة صناعية فعلية. في أواخر الخمسينيات من القرن العشرين، قامت الشركة الأمريكية Thiokol بتطوير مطاط فلوري ثنائي النيتروز يتميز بأداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة للمواد المؤكسدة القوية. ومنذ ذلك الحين، دخل مطاط الفلور في التطبيقات الصناعية العملية.
طورت الصين أيضًا مجموعة متنوعة من المطاط الفلوري منذ عام 1958، بشكل رئيسي المطاط الفلوري البولي أوليفين، مثل النوع 23، 26، 246 ومطاط النيتروسو الفلوري. وفي وقت لاحق، تم تطوير مجموعة جديدة من مطاط الفلور رباعي البروبيلين. ، المطاط المشبع بالفلور إيثر، المطاط الفلوروفوسفور.
2. هيكل وخصائص المطاط الفلوري
يحدد التركيب الجزيئي لـ FKM ثباته الكيميائي الممتاز ومقاومته لدرجات الحرارة العالية. تحيط ذرات الفلور بسلسلة الكربون وروابط الفلور-كربون، مما يجعل ذرات الكربون أقل عرضة للهجوم بواسطة مواد كيميائية أو جزيئات أو أيونات أو ذرات أخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن طاقة الرابطة بين الفلور والكربون عالية جدًا، مما يعني أيضًا أنه ليس من السهل كسرها ولها خصائص كيميائية مستقرة جدًا.
من أجل الحفاظ على خصائص اللدائن، يجب أن تكون المنتجات المطاطية قادرة على التعافي بسرعة بعد تعرضها للضغط من قبل العالم الخارجي وتشويهها. في الظروف العادية، تكون اللدائن عبارة عن هياكل شبكية ثلاثية الأبعاد تتشكل عن طريق الارتباط المتقاطع للسلاسل الجزيئية، وتأتي قوة الاستعادة بعد التشوه من ميل الأجزاء الجزيئية إلى العودة إلى الفوضى. نظرًا لأن سلاسل الفلوروكربون أكثر لزوجة من سلاسل الهيدروكربون، فغالبًا ما تظهر FKM استرخاءً بطيئًا.
يتكون FKM عادة من اثنين أو أكثر من المونومرات. قد تتشابك سلاسل الكربون المتبلمرة من VF2 (أو VDF)، وTFE، ومونومرات الإيثيلين إذا كانت طويلة بما يكفي. لذلك، من أجل تكوين بوليمر غير متبلور، تتم إضافة بعض المونومرات ذات المجموعات الجانبية الضخمة، مثل سداسي فلورو بروبيلين (HFP)، وإيثر الفينيل المفلور (PMVE)، والبروبيلين، وما إلى ذلك.
3. أنواع المطاط الفلوري
وفقًا لمعيار ASTM D1418-2022، يمكن تقسيم المطاط الفلوري إلى الأنواع الخمسة التالية:
(1) كوبوليمر ثنائي من سداسي فلورو بروبيلين (HFP) وفلوريد الفينيليدين (VDF). البوليمر الثنائي هو نوع قياسي من FKM، مع أداء جيد في جميع الجوانب وهو لاعب شامل. النوع 26 من المطاط الفلوري، المعروف باسم المطاط رقم 2 في الصين، هو هذا النوع. وهو حاليًا أكثر أنواع المطاط الفلوري شيوعًا، حيث يمثل أكثر من 80% من إجمالي المطاط الفلوري.
(2) بوليمر ثلاثي رباعي فلورو إيثيلين (TFE)، وسداسي فلورو بروبيلين (HFP) وفلوريد فينيلدين (VDF). تحتوي البوليمرات الثلاثية على نسبة كتلة فلور أعلى من البوليمرات المشتركة الثنائية (عادةً 68% إلى 69%)، لذا فهي تتمتع بمقاومة كيميائية أفضل، وخاصة مقاومة الهيدروكربون. بالإضافة إلى ذلك، فهو يتمتع بمقاومة أفضل لدرجات الحرارة العالية ويمكن استخدامه لفترة طويلة في البيئات التي تزيد عن 250 درجة، ولكن سيتم تقليل قدرته على تحمل الضغط ومرونته في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة وفقًا لذلك. ينتمي النوع 246 من المطاط الفلوري، المعروف باسم المطاط رقم 3 في الصين، إلى هذه الفئة.
(3) بوليمر ثلاثي رباعي فلورو إيثيلين (TFE)، وإيثر الفينيل المفلور (PMVE) وفلوريد الفينيليدين (VDF). إن إضافة PMVE يجعل المنتج أكثر مرونة عند درجات الحرارة المنخفضة من النوعين الأولين من المنتجات. يتراوح الجزء الكتلي لعنصر الفلور في FKM بين 62% و68%.
(4) رباعي فلورو إيثيلين (TFE)، بوليمر ثلاثي البروبيلين وفلوريد الفينيليدين (VDF). هذا النوع من FKM لديه مقاومة متزايدة للقلويات والمحاليل القطبية الأخرى، ولكن أداء التورم قد تدهور، ويبلغ جزء كتلة عنصر الفلور حوالي 67٪.
(5) بوليمر مشترك خماسي الأعضاء من رباعي فلورو إيثيلين (TFE)، وسداسي فلورو بروبيلين (HFP)، والإيثيلين، وإيثر الفينيل المفلور (PMVE)، وفلوريد الفينيليدين (VDF). هذا النوع من FKM معروف بمقاومته للمحاليل القطبية وكبريتيد الهيدروجين ذو درجة الحرارة العالية.