Ingenieure ziehen Fluorsilikon üblicherweise in Betracht, wenn Standard-Silikon Es verträgt weder Kraftstoff noch Öl. Die Schwierigkeit besteht darin, den allgemeinen Ruf des Polymers vom Verhalten einer spezifischen Verbindung zu trennen.
Fluorsilikon vereint die Flexibilität von Silikon bei niedrigen Temperaturen mit verbesserter Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen, Ölen und vielen unpolaren Lösungsmitteln. Seine Hauptbeschränkungen liegen in Abriebfestigkeit, Reibung, Reißfestigkeit, dynamischer Dichtungsfähigkeit und chemischer Beständigkeit (außerhalb des Kohlenwasserstoffbereichs).
Was ist Fluorsilikonkautschuk?
Fluorsilikonkautschuk ist ein Silikonelastomer, das mit fluorierten Seitengruppen, üblicherweise Trifluorpropylgruppen, modifiziert ist. Diese Modifizierung reduziert die Wechselwirkung mit Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, während gleichzeitig ein Großteil der Temperaturflexibilität und Witterungsbeständigkeit des Silikonkautschuks erhalten bleibt.
Die gebräuchliche Bezeichnung ist FVMQ, Abkürzung für Fluorvinylmethylsilikonkautschuk. ASTM D1418 identifiziert das Polymer als FVMQ. Gemäß ASTM D2000 und SAE J200 werden Fluorsilikonverbindungen im Allgemeinen wie folgt klassifiziert: Typ FK.
FVMQ sollte nicht mit FKM verwechselt werden. Beide sind fluorierte Elastomere, aber ihre Polymergerüste, ihr Tieftemperaturverhalten, ihre Verarbeitungseigenschaften und ihre Dichtungsgrenzen unterscheiden sich.
Welche Eigenschaften von Fluorsilikon sind am wichtigsten?
Der Hauptnutzen von FVMQ liegt nicht in einer einzelnen Eigenschaft, sondern in der Kombination aus Tieftemperaturelastizität und Beständigkeit gegenüber Kohlenwasserstoffflüssigkeiten.
| Eigentum | Typisches Verhalten | Auswirkungen auf die Gestaltung |
|---|---|---|
| Betriebstemperatur | Übliche Temperaturbereiche für Verbindungen liegen ungefähr zwischen -60 °C und 200 °C. | Großer Anwendungsbereich, jedoch können Flüssigkeitskontakt und Dichtungsbewegung den nutzbaren Bereich einschränken |
| Kraftstoff- und Ölbeständigkeit | Besser als herkömmliches VMQ-Silikon | Geeignet für viele Mineralölprodukte, Kerosine, Motorenöle und Schmierstoffe nach Kompatibilitätsprüfung |
| Flexibilität bei niedrigen Temperaturen | Stark im Vergleich zu vielen kohlenwasserstoffbeständigen Elastomeren | Geeignet für Dichtungen in der Luft- und Raumfahrt sowie für Außendichtungen, die Kaltstarts ausgesetzt sind |
| Druckverformungsrest | Oft gut geeignet für statische Dichtungsmassen | Muss bei der tatsächlichen Temperatur, dem tatsächlichen Druck und der tatsächlichen Belichtungszeit überprüft werden. |
| Witterungs-, Ozon- und UV-Beständigkeit | Im Allgemeinen stark | Geeignet für freiliegende Dichtungen und Steckverbinderdichtungen |
| Abriebfestigkeit | Arm | Gleitkontakt vermeiden, es sei denn, Tests bestätigen dies. |
| Reibung | Relativ hoch | Erhöht das Risiko bei Hub- oder Rotationsdichtungen |
| Reißfestigkeit | Abhängig vom verwendeten Material; oft niedriger als bei robusteren dynamischen Dichtungselastomeren | Dünne Lippen, scharfe Ecken und raue Montageflächen erfordern Vorsicht. |
| Kosten | Höher als Standard-Silikon | Verwenden Sie es dort, wo Flüssigkeitsbeständigkeit erforderlich ist, nicht als Standard-Upgrade. |
Hierbei handelt es sich um Selektionstendenzen, nicht um Kaufvorgaben. Füllstoffsystem, Fluorgehalt, Härtungssystem, Nachhärtung, Härte und Prüfmethode können das Ergebnis maßgeblich beeinflussen.
Welchem Temperaturbereich ist Fluorsilikon standhalten?
Ein praktischer Ausgangspunkt für viele FVMQ-Verbindungen ist etwa -60 °C bis 200 °C. Spezielle O-Ring-Mischungen können im statischen Betrieb bis zu -73 °C funktionsfähig bleiben. Die veröffentlichten Grenzwerte für trockene Hitze können auch etwa 200 °C erreichen, dieser Wert sollte jedoch nicht automatisch auf eine in Kraftstoff oder Öl eingetauchte Dichtung angewendet werden.
Die Grenze ändert sich mit:
- kontinuierliche versus intermittierende Exposition;
- trockene Luft im Vergleich zum Eintauchen in Kraftstoff, Schmierstoff oder Lösungsmittel;
- statische Kompression versus wiederholte Bewegung;
- Dichtungsquerschnitt und Kompression;
- Zusammensetzung und Nachhärtung der Mischung;
- der Zustand der Flüssigkeit nach der thermischen Alterung.
Bei hohen Flüssigkeitstemperaturen kann die Flüssigkeit selbst oxidieren oder saure Nebenprodukte bilden. Eine Verbindung, die die Trockenhitze-Alterung besteht, kann in einem gealterten Schmierstoff dennoch ihre Dichtungsleistung verlieren. Daher sollten Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit gemeinsam geprüft und nicht anhand zweier separater Spalten im Datenblatt bestätigt werden.
Wie beständig ist Fluorsilikon gegenüber Kraftstoffen und Ölen?
Fluorsilikon wird vor allem wegen seiner Beständigkeit gegenüber Benzin, Kerosin, Mineralölen, Motorenölen, Getriebeölen und vielen unpolaren Lösungsmitteln gewählt. Es quillt in diesen Flüssigkeiten in der Regel weniger auf als herkömmliches Silikon.
Der Begriff “beständig” benötigt noch eine konkrete Zahl. Volumenzunahme, Härteänderung, Zugfestigkeitserhalt, Dehnungserhalt und Massenänderung sollten nach einer definierten Eintauchzeit gemessen werden.
Veröffentlichte Daten aus dem Dow-Fluorosilikon-Produktauswahlleitfaden Zeigen Sie, wie die Formulierung das Ergebnis verändert. Ausgewählte feste FVMQ-Basen wurden ungefähr aufgezeichnet. Volumenzunahme von 15–23% in ASTM-Referenzkraftstoffen unter den aufgeführten Bedingungen. Bestimmte Verbindungen zeigten etwa 3,5–4%-Quellung in IRM 903-Öl bei 150 °C. Diese Werte beziehen sich auf die genannten Materialien und Testbedingungen; es handelt sich nicht um universelle FVMQ-Grenzwerte.
Flüssigkeiten, bei denen weiterhin Vorsicht geboten ist
FVMQ ist chemisch nicht universell einsetzbar. In gängigen Auswahlhilfen wird häufig vor Bremsflüssigkeiten, Ketonen, Hydrazin, Aldehyden und Aminen gewarnt. Gemischte Flüssigkeiten sind schwieriger zu handhaben, da bereits geringe Mengen an Additiven Quellung oder Extraktion verursachen können, selbst wenn die Basisflüssigkeit kompatibel erscheint.
Bevor Sie FVMQ spezifizieren, identifizieren Sie Folgendes:
- die genaue handelsübliche Flüssigkeits- oder Kraftstoffsorte;
- Betriebs- und Reinigungstemperaturen;
- kontinuierliche Belichtungszeit;
- Druck- und Dekompressionszyklen;
- zulässige Volumenänderung und Härteänderung;
- unabhängig davon, ob das Bauteil mit frischer oder thermisch gealterter Flüssigkeit in Kontakt kommt.
Was sind die typischen mechanischen Eigenschaften von FVMQ?
Die mechanischen Eigenschaften variieren zu stark, als dass ein einziges “typisches” Datenblatt das Polymer repräsentieren könnte. Ein anschauliches Beispiel liefert das FVMQ-Portfolio von Dow nach den angegebenen Press- und Nachhärtungsbedingungen.
| Eigentum | Veröffentlichte Spanne über ausgewählte Dow FVMQ-Basen | Prüfverfahren |
|---|---|---|
| Härte | 25–81 Shore A | ASTM D2240 |
| Zugfestigkeit | 7,5–12,1 MPa | ASTM D412, Die C |
| Dehnung beim Bruch | 159–676% | ASTM D412, Die C |
| Reißfestigkeit | 12–46,4 kN/m | ASTM D624, Die B |
| Spezifisches Gewicht | 1,40–1,55 | ASTM D792 |
| Druckverformungsrest | 7–20% nach 22 h bei 177 °C | ASTM D395, Methode B |
Diese Tabelle zeigt den Toleranzbereich, keine garantierte Spezifikation. Ein weiches Material der Güteklasse 25 Shore A und ein Material der Güteklasse 80 Shore A sollten nicht die gleiche Dichtungskonstruktion, Reißfestigkeit oder Montageart aufweisen.
Teams konzentrieren sich oft auf die Zugfestigkeit, da diese leicht vergleichbar ist. Bei einer statischen Dichtung sind jedoch Druckverformungsrest, Spannungsrelaxation, Flüssigkeitsquellung und Dichtkraft in der Regel relevanter. Die Zugfestigkeit wird erst beim Entformen, der Montage, dem Dehnen über Bauteile oder dem Pressextrusionsprozess kritisch – nicht unbedingt beim stationären Dichten.
Ist Fluorsilikon für dynamische Dichtungen geeignet?
Fluorsilikon eignet sich im Allgemeinen besser für statische Dichtungen, Dichtungsringe, Membranen, Verbindungsdichtungen und Dämpfungsteile als bei kontinuierlich gleitenden Dichtungen.
Die Einschränkung ergibt sich aus der Kombination von relativ geringer Abriebfestigkeit, hoher Reibung und einer vom Material abhängigen Reißfestigkeit. Eine Dichtung kann zwar einen anfänglichen Dichtheitstest bestehen, verschleißt aber nach wiederholten Hüben an der Kontaktfläche. Aufgrund dieser verzögerten Veränderung sollte eine statische Materialzulassung nicht für Anwendungen mit oszillierender oder rotierender Bewegung wiederverwendet werden.
Dynamischer Einsatz ist mit einer speziell entwickelten Mischung, kontrollierter Oberflächenbeschaffenheit, geeigneter Schmierung und Validierungstests möglich. Er sollte als technische Ausnahme und nicht als Standard betrachtet werden.
Wie vergleicht sich Fluorsilikon mit Silikon und FKM?
| Selektionsfaktor | VMQ-Silikon | FVMQ-Fluorosilikon | FKM-Fluorelastomer |
|---|---|---|---|
| Flexibilität bei niedrigen Temperaturen | Exzellent | Ausgezeichnet bis sehr gut | Üblicherweise eingeschränkter; abhängig vom Notenniveau |
| Kraftstoff- und Kohlenwasserstoffbeständigkeit | Begrenzt | Gut geeignet für viele Kraftstoffe und Öle | Im Allgemeinen stark, aber die genaue Flüssigkeitsverträglichkeit variiert. |
| Trockenhitzebeständigkeit | Stark | Stark, oft unterhalb vergleichbarer VMQ-Grenzwerte | Stark; abhängig von der Note |
| Abrieb- und dynamische Abdichtung | Begrenzt | Begrenzt | Oft besser geeignet, abhängig von Zusammensetzung und Konstruktion. |
| Witterungs- und Ozonbeständigkeit | Exzellent | Exzellent | Exzellent |
| Relative Materialkosten | Untere | Hoch | Hoch |
| Gebräuchliche Verwendung | Allgemeine Dichtungen, Isolierungen, Lebensmittelkontakt- und Verbraucherteile | Kraftstoffdichtungen für kalte Anwendungen, Dichtungen für die Luft- und Raumfahrt, Verbindungsdichtungen | Kraftstoff-, Öl- und Chemikaliendichtungen, bei denen die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen weniger anspruchsvoll ist |
Wählen VMQ Wenn extreme Temperaturflexibilität erforderlich ist, die Kohlenwasserstoffbelastung jedoch nicht gravierend ist. Wählen Sie FVMQ Wenn das Bauteil auch bei Kälte flexibel bleiben muss, während es mit Kraftstoff oder Öl in Kontakt kommt. Bewerten FKM wenn eine höhere chemische Beständigkeit, Abriebfestigkeit oder dynamische Dichtungsfähigkeit wichtiger sind als die Flexibilität bei sehr niedrigen Temperaturen.
Dieser Vergleich dient als Screening-Instrument. Für die endgültige Auswahl sind Testdaten auf Wirkstoffebene erforderlich, da spezielle Qualitätsstufen die allgemeine Rangfolge verändern können.
Welche Tests sollten in eine FVMQ-Spezifikation aufgenommen werden?
Eine praxistaugliche Fluorsilikon-Spezifikation verknüpft jede Eigenschaft mit einer Testmethode und einem Alterungsprozess.
| Erfordernis | Prüfverfahren | Was aufgezeichnet werden soll |
|---|---|---|
| Härte | ASTM D2240 | Shore-A-Wert und Messzeit |
| Zugfestigkeit und Dehnung | ASTM D412 | Original- und Alterungswerte |
| Reißfestigkeit | ASTM D624 | Werkzeugtyp und Probendicke |
| Druckverformungsrest | ASTM D395 | Methode, Kompression, Zeit und Temperatur |
| Flüssigkeitswiderstand | ASTM D471 | Exakte Flüssigkeits-, Temperatur-, Dauer-, Volumen- und Eigenschaftsänderung |
| Spezifisches Gewicht | ASTM D792 | Zusammensetzungskonsistenz und Bezugspunkt für die Wareneingangsprüfung |
| Niedertemperaturabdichtung | Anwendungsspezifisches oder erforderliches Luft- und Raumfahrtverfahren | Leckage oder Rückgewinnung bei der tatsächlichen Mindesttemperatur |
| Abmessungen des Fertigteils | Zeichnungs- und Inspektionsplan | Toleranz nach Nachhärtung und Konditionierung |
Eine Anforderung wie “kraftstoffbeständiges Fluorsilikon, 60 Shore A” darf nicht als vollständige Materialspezifikation akzeptiert werden. Sie lässt die Anforderungen an Flüssigkeit, Temperatur, Aushärtungszeit, Quellgrenze, Aushärtungsbedingungen und die Abnahme des Fertigteils unbestimmt.
Wie verändern die Verarbeitungsbedingungen die Eigenschaften von Fluorsilikon?
FVMQ ist als hochkonsistenter Gummi erhältlich für Formpressen, Transferformen, Spritzgießen, Extrudieren und Kalandrieren. Fluorsilikonkautschuk ist auch für das automatisierte Flüssigspritzgießen erhältlich.
Heilung und Nachhärtungsbedingungen beeinflussen Druckverformungsrest, Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, Abmessungen und endgültige mechanische Eigenschaften. In den von Dow veröffentlichten Daten zu Vollgummi wurden viele Eigenschaften nach einer 10 Minuten Presshärtung bei 171 °C, gefolgt von 4 Stunden bei 200 °C. Diese Bedingungen beschreiben die getesteten Proben; sie sollten nicht ohne Überprüfung der Bauteildicke, der Aushärtungschemie, der Ofenbeladung und der Maßtoleranzen in eine Produktionsspezifikation übernommen werden.
Fluorsilikonverbindungen können sich im Vergleich zu Nitrilkautschuk oder Standardsilikon anders verformen. Die Wiederverwendung einer vorhandenen Form kann zu Maßabweichungen führen, selbst wenn die nominelle Teilegeometrie unverändert bleibt. Die Werkzeugzugabe sollte daher auf der gewählten Verbindung und den Ergebnissen von Versuchen basieren.
Wo wird Fluorsilikon üblicherweise eingesetzt?
FVMQ ist besonders nützlich dort, wo gleichzeitig ein hoher Temperaturbereich und eine hohe Kohlenwasserstoffbeständigkeit erforderlich sind.
Typische Bestandteile sind:
- Treibstoffsystem für die Luft- und Raumfahrt Silikon-O-Ringe und Dichtungen;
- Dichtungen für Kraftstoffleitungsanschlüsse im Automobilbereich;
- Membranen und Vorfächer, die Öl oder Kraftstoff ausgesetzt sind;
- Einsätze für elektrische Steckverbinder und Umweltdichtungen;
- Turbolader-Schlauchauskleidungen;
- Dichtungselemente für die Öl-, Gas- und Petrochemieindustrie;
- Industriedichtungen für niedrige Temperaturen;
- Leitfähige Fluorsilikon-EMI-Dichtungen für Gehäuse, die Brennstoff ausgesetzt sind.
Das Material ist weniger überzeugend für stark verschleißende dynamische Dichtungen, aggressive polare Lösungsmittel ohne Kompatibilitätsdaten oder Projekte, bei denen Standard-Silikon bereits die Anforderungen an die Flüssigkeit erfüllt.
Häufig gestellte Fragen zu den Eigenschaften von Fluorsilikon
Ist Fluorsilikon dasselbe wie FKM?
Nein. FVMQ ist ein fluoriertes Silikonelastomer. FKM ist ein Fluorelastomer mit Kohlenstoffgerüst. FVMQ bietet im Allgemeinen eine bessere Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, während FKM häufig aufgrund seiner höheren chemischen Beständigkeit oder dynamischen Dichtleistung gewählt wird.
Ist Fluorsilikon kraftstoffbeständig?
Ja, viele FVMQ-Verbindungen sind beständiger gegen Benzin, Kerosin und Mineralöle als Standard-Silikon. Eine Zulassung ist jedoch weiterhin erforderlich. ASTM D471 oder anwendungsspezifische Immersionstests in der exakten Flüssigkeit.
Was ist der übliche Härtebereich von Fluorsilikon?
Handelsübliche Qualitäten liegen üblicherweise im Bereich von 40–80. Shore A, Spezialformulierungen können jedoch auch Werte unterhalb dieses Bereichs erreichen. Die Härte allein erlaubt keine Vorhersage des Druckverformungsrestes, der Reißfestigkeit oder der Kraftstoffquellung.
Kann Fluorsilikon bei 200°C verwendet werden?
Manche Verbindungen sind bei trockener Hitze bis zu 200 °C einsatzfähig. Bei dauerhaftem Betrieb mit heißem Kraftstoff oder Öl kann eine niedrigere Temperaturgrenze erforderlich sein, da Flüssigkeit und Elastomer gemeinsam altern.
Die Selektionsgrenze
Fluorsilikon ist dann gerechtfertigt, wenn sowohl Tieftemperaturdichtung als auch Kohlenwasserstoffbeständigkeit erforderlich sind. Ist nur eine dieser Bedingungen erfüllt, können VMQ, FKM, NBR oder ein anderes Elastomer die Anforderungen kostengünstiger oder mit besserem Verschleißverhalten erfüllen.
Für eine endgültige Materialentscheidung werden die genauen Fluid-, Dauer- und Spitzentemperaturen, die Dichtungsbewegung, der Druck, das Härteziel, die Druckverformungsrestgrenze, die erwartete Lebensdauer und die erforderlichen Normen benötigt. MIL-DTL-25988 oder einer anwendbaren AMS-Spezifikation. Ohne diese Angaben ist “FVMQ” lediglich eine Polymerfamilie – keine Spezifikation für ein fertiges Bauteil.
