خصائص الفلوروسيليكون: درجة الحرارة، ومقاومة الوقود، وحدود التصميم

عادةً ما يفكر المهندسون في استخدام فلوروسيليكون عندما سيليكون قياسي لا يتحمل الوقود أو الزيت. تكمن الصعوبة في الفصل بين السمعة العامة للبوليمر وسلوك مركب محدد.

تجمع خصائص الفلوروسيليكون بين مرونة السيليكون في درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة محسّنة للوقود والزيوت والعديد من المذيبات غير القطبية. وتتمثل حدوده الرئيسية في التآكل والاحتكاك وقوة التمزق والإغلاق الديناميكي والتوافق الكيميائي خارج نطاق الهيدروكربونات.

ما هو مطاط الفلوروسيليكون؟

مطاط الفلوروسيليكون هو نوع من المطاط الصناعي المصنوع من السيليكون، تم تعديله بمجموعات جانبية مفلورة، غالباً ما تكون مجموعات ثلاثي فلورو بروبيل. يقلل هذا التعديل من تفاعله مع السوائل الهيدروكربونية مع الحفاظ على جزء كبير من مرونة مطاط السيليكون في درجات الحرارة المختلفة ومقاومته للعوامل الجوية.

التسمية الشائعة هي FVMQ, ، اختصار لمطاط السيليكون الفلوروفينيل ميثيل. ASTM D1418 يُعرّف البوليمر بأنه FVMQ. وبموجب معايير ASTM D2000 و SAE J200، تُصنّف مركبات الفلوروسيليكون عمومًا على أنها النوع FK.

لا ينبغي الخلط بين FVMQ و FKM. كلاهما من المطاطات المفلورة، لكن هياكلهما البوليمرية وسلوكهما في درجات الحرارة المنخفضة وعمليات التصنيع وحدود الإحكام تختلف.

ما هي أهم خصائص الفلوروسيليكون؟

لا تكمن القيمة الرئيسية لـ FVMQ في خاصية واحدة معزولة، بل في الجمع بين المرونة عند درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة السوائل الهيدروكربونية.

هذه ميول اختيارية وليست مواصفات شراء. يمكن لنظام الحشو، ومحتوى الفلور، ونظام المعالجة، والمعالجة اللاحقة، والصلابة، وطريقة الاختبار أن تؤثر بشكل كبير على النتيجة.

ما هو نطاق درجة الحرارة الذي يتحمله الفلوروسيليكون؟

يُعد النطاق العملي المبدئي للعديد من مركبات FVMQ هو حوالي -60 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية. قد تحافظ مركبات حلقات منع التسرب المتخصصة على فعاليتها عند درجات حرارة تقارب -73 درجة مئوية في الخدمة الثابتة. كما يمكن أن تصل حدود الحرارة الجافة المنشورة إلى حوالي 200 درجة مئوية، ولكن لا ينبغي تطبيق الرقم نفسه تلقائيًا على مانع تسرب مغمور في الوقود أو الزيت.

تتغير الحدود مع:

• التعرض المستمر مقابل التعرض المتقطع؛;
• الهواء الجاف مقابل الغمر في الوقود أو مواد التشحيم أو المذيبات؛;
• الضغط الثابت مقابل الحركة المتكررة؛;
• المقطع العرضي للختم والضغط؛;
• تركيب المركب والمعالجة اللاحقة؛;
• حالة السائل بعد التقادم الحراري.

عند درجات حرارة السوائل العالية، قد يتأكسد السائل نفسه أو يُكوّن نواتج ثانوية حمضية. حتى المركب الذي يجتاز اختبار التقادم بالحرارة الجافة قد يفقد قدرته على منع التسرب في مادة تشحيم قديمة. لهذا السبب، ينبغي اختبار مقاومة درجة الحرارة والمواد الكيميائية معًا بدلًا من الاعتماد على عمودين منفصلين في ورقة البيانات.

ما مدى مقاومة الفلوروسيليكون للوقود والزيت؟

يُختار الفلوروسيليكون بشكل أساسي لمقاومته للبنزين ووقود الطائرات وزيوت البترول وزيوت المحركات وسوائل ناقل الحركة والعديد من المذيبات غير القطبية. وعادةً ما يكون انتفاخه أقل من السيليكون القياسي في هذه السوائل.

لا تزال كلمة "مقاوم" بحاجة إلى رقم. يجب قياس التمدد الحجمي، وتغير الصلابة، والاحتفاظ بقوة الشد، والاحتفاظ بالاستطالة، وتغير الكتلة بعد فترة غمر محددة.

البيانات المنشورة من دليل اختيار منتجات داو من الفلوروسيليكون بيّن كيف تؤثر التركيبة على النتيجة. سجلت قواعد FVMQ الصلبة المختارة ما يقارب 15-23% حجم التضخم في وقود ASTM المرجعي في ظل الظروف المذكورة. أظهرت بعض المركبات حوالي 3.5–4% ينتفخ في زيت IRM 903 عند درجة حرارة 150 درجة مئوية. هذه القيم تخص تلك المواد المذكورة وظروف الاختبار؛ وهي ليست حدوداً عالمية لـ FVMQ.

السوائل التي لا تزال تتطلب الحذر

لا يُعدّ FVMQ مادةً كيميائيةً عالمية. وعادةً ما تحذّر أدلة الاختيار المنشورة من استخدام سوائل الفرامل، والكيتونات، والهيدرازين، والألدهيدات، والأمينات. وتُعدّ السوائل المختلطة أكثر صعوبةً لأنّ كميةً صغيرةً من الإضافات قد تتحكّم في التورم أو الاستخلاص حتى عندما يبدو السائل الأساسي متوافقًا.

قبل تحديد FVMQ، حدد ما يلي:

• النوع التجاري الدقيق للسائل أو الوقود؛;
• درجات حرارة التشغيل والتنظيف؛;
• مدة التعرض المستمر؛;
• دورات الضغط وتخفيف الضغط؛;
• التمدد الحجمي المسموح به وتغير الصلابة؛;
• سواء كان الجزء يلامس سائلاً جديداً أو سائلاً متأثراً بالحرارة.

ما هي الخصائص الميكانيكية النموذجية لـ FVMQ؟

تتفاوت الخصائص الميكانيكية بشكل كبير بحيث لا يمكن لبيانات واحدة "نموذجية" أن تمثل البوليمر. ومن الأمثلة المفيدة على ذلك مجموعة منتجات FVMQ الصلبة من شركة داو بعد تطبيق شروط المعالجة بالضغط والمعالجة اللاحقة المحددة.

يوضح هذا الجدول نطاق المركب، وليس مواصفات مضمونة. لا ينبغي أن تشترك مادة لينة من الدرجة 25 شور A ومادة من الدرجة 80 شور A في نفس تصميم الحشوة، أو بدل التمزق، أو طريقة التجميع.

غالباً ما تركز الفرق على قوة الشد لسهولة مقارنتها. أما بالنسبة للحشية الثابتة، فإن الانضغاط الدائم، واسترخاء الإجهاد، وتمدد السوائل، وقوة الإحكام عادةً ما تكون أكثر أهمية. تصبح قوة الشد بالغة الأهمية أثناء فك القالب، والتجميع، والشد فوق الأجزاء المعدنية، أو البثق بالضغط، وليس بالضرورة أثناء عملية الإحكام الثابتة.

هل مادة الفلوروسيليكون مناسبة للأختام الديناميكية؟

يُعد الفلوروسيليكون عادةً أكثر ملاءمة لـ الأختام الثابتة، والحشيات، والأغشية، وأختام الموصلات، وأجزاء التخميد بدلاً من استخدام الأختام المنزلقة باستمرار.

يكمن القيد في الجمع بين مقاومة التآكل المنخفضة نسبيًا، والاحتكاك العالي، وقوة التمزق التي تعتمد على نوع المركب. قد يجتاز مانع التسرب اختبار التسرب الأولي، ثم يتآكل عند سطح التلامس بعد تكرار الاحتكاك. هذا التغير المتأخر هو السبب في عدم إعادة استخدام موافقة المواد الثابتة في التطبيقات الترددية أو الدورانية.

يُمكن تحقيق الاستخدام الديناميكي باستخدام مركب مصمم خصيصًا لهذا الغرض، وتشطيب سطحي مضبوط، وتزييت مناسب، واختبارات التحقق. وينبغي التعامل معه كاستثناء هندسي وليس كوضع افتراضي.

كيف تتم مقارنة الفلوروسيليكون بالسيليكون وFKM؟

يختار في إم كيو عند الحاجة إلى مرونة في درجات الحرارة القصوى ولكن التعرض للهيدروكربونات ليس شديدًا. اختر FVMQ عندما يجب أن يظل الجزء مرنًا في الظروف الباردة أثناء ملامسته للوقود أو الزيت. قيّم FKM عندما تكون مقاومة المواد الكيميائية الأقوى، أو أداء مقاومة التآكل، أو قدرة الإحكام الديناميكي أكثر أهمية من مرونة درجات الحرارة المنخفضة للغاية.

تُعد هذه المقارنة أداة فحص مبدئية. ويتطلب الاختيار النهائي بيانات اختبار على مستوى المركب، لأن الدرجات المتخصصة قد تُغير الترتيب العام.

ما هي الاختبارات التي يجب تضمينها في مواصفات FVMQ؟

تربط مواصفات الفلوروسيليكون القابلة للاستخدام كل خاصية بطريقة اختبار وظروف تقادم.

لا تقبل بشرط مثل "فلوروسيليكون مقاوم للوقود، 60 شور أ" كمواصفة كاملة للمادة. فهو يترك السائل، ودرجة الحرارة، ووقت التقادم، وحدود التورم، وظروف المعالجة، وقبول المنتج النهائي غير محددة.

كيف تؤثر ظروف المعالجة على خصائص الفلوروسيليكون؟

يتوفر FVMQ كمطاط عالي التماسك لـ قالب الضغط, تشمل طرق التشكيل: التشكيل بالنقل، والتشكيل بالحقن، والبثق، والتشكيل بالدرفلة. كما يتوفر مطاط السيليكون الفلوري السائل للتشكيل الآلي بالحقن السائل.

علاج و حالات ما بعد العلاج تؤثر على التشوه الدائم، والمحتوى المتطاير، والأبعاد، والخواص الميكانيكية النهائية. في بيانات المطاط الصلب المنشورة من قبل شركة داو، تم قياس العديد من الخواص بعد معالجة بالضغط لمدة 10 دقائق عند درجة حرارة 171 درجة مئوية، تليها 4 ساعات عند درجة حرارة 200 درجة مئوية.. تصف هذه الشروط العينات المختبرة؛ ولا ينبغي نسخها في مواصفات الإنتاج دون مراجعة سمك الجزء، وكيمياء المعالجة، وحمل الفرن، والتفاوتات البعدية.

قد تنكمش مركبات الفلوروسيليكون بشكل مختلف عن مطاط النتريل أو السيليكون العادي. كما أن إعادة استخدام قالب موجود قد يؤدي إلى انحراف في الأبعاد حتى مع ثبات الشكل الهندسي للجزء. لذا، ينبغي تحديد مقدار التفاوت في حجم القالب بناءً على المركب المختار وبيانات التجارب.

أين يُستخدم الفلوروسيليكون بشكل شائع؟

يُعدّ FVMQ مفيدًا للغاية عندما يكون نطاق درجة الحرارة ومقاومة الهيدروكربونات مطلوبين في نفس الوقت.

تشمل الأجزاء النموذجية ما يلي:

• نظام وقود الفضاء حلقات سيليكون دائرية والحشيات؛;
• أختام وصلات خط وقود السيارات؛;
• الأغشية والحواجز المعرضة للزيت أو الوقود؛;
• حشوات الموصلات الكهربائية والأختام البيئية؛;
• بطانات خراطيم الشاحن التوربيني؛;
• عناصر منع التسرب للنفط والغاز والبتروكيماويات؛;
• حشيات صناعية منخفضة الحرارة؛;
• حشوات موصلة من الفلوروسيليكون للحماية من التداخل الكهرومغناطيسي للعلب المعرضة للوقود.

تُعد هذه المادة أقل إقناعًا بالنسبة للأختام الديناميكية عالية التآكل، والمذيبات القطبية القوية التي لا تتوفر بيانات توافقها، أو المشاريع التي يلبي فيها السيليكون القياسي بالفعل متطلبات السوائل.

الأسئلة الشائعة حول خصائص الفلوروسيليكون

حدود الاختيار

يُعدّ استخدام الفلوروسيليكون خيارًا مناسبًا عندما يكون مطلوبًا كلٌّ من منع التسرب في درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة الهيدروكربونات. أما إذا كان أحد هذين الشرطين فقط مطلوبًا، فقد يُلبي استخدام مواد أخرى مثل VMQ أو FKM أو NBR أو غيرها من المطاط الصناعي المتطلبات بتكلفة أقل أو بمقاومة أفضل للتآكل.

يتطلب اتخاذ القرار النهائي بشأن المواد تحديد نوع السائل بدقة، ودرجات الحرارة المستمرة والقصوى، وحركة مانع التسرب، والضغط، وصلابة الهدف، وحد الانضغاط، وعمر الخدمة المتوقع، والمعايير المطلوبة مثل: MIL-DTL-25988 أو مواصفات AMS المعمول بها. وبدون هذه المدخلات، فإن "FVMQ" مجرد عائلة من البوليمرات - وليست مواصفات لجزء نهائي.