مهندسان معمولاً فلوئوروسیلیکون را در نظر می‌گیرند وقتی که سیلیکون استاندارد نمی‌تواند سوخت یا روغن را تحمل کند. مشکل، جدا کردن شهرت گسترده پلیمر از رفتار یک ترکیب خاص است.
خواص فلوروسیلیکون، انعطاف‌پذیری سیلیکون‌مانند در دمای پایین را با مقاومت بهبود یافته در برابر سوخت‌ها، روغن‌ها و بسیاری از حلال‌های غیرقطبی ترکیب می‌کند. محدودیت‌های اصلی آن سایش، اصطکاک، مقاومت در برابر پارگی، آب‌بندی دینامیکی و سازگاری شیمیایی با هیدروکربن‌های خارج از محدوده است.
لاستیک فلوروسیلیکون چیست؟
لاستیک فلوئوروسیلیکون یک الاستومر سیلیکونی اصلاح‌شده با گروه‌های جانبی فلوئوردار، معمولاً گروه‌های تری‌فلوروپروپیل، است. این اصلاح، تعامل با سیالات هیدروکربنی را کاهش می‌دهد و در عین حال بخش زیادی از انعطاف‌پذیری دمایی و مقاومت در برابر آب و هوای لاستیک سیلیکونی را حفظ می‌کند.
نامگذاری رایج این است FVMQ, ، مخفف لاستیک سیلیکونی فلورووینیل متیل. ASTM D1418 پلیمر را به عنوان FVMQ شناسایی می‌کند. طبق ASTM D2000 و SAE J200، ترکیبات فلوروسیلیکون عموماً به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند: نوع FK.
FVMQ را نباید با FKM اشتباه گرفت. هر دو الاستومرهای فلوئوردار هستند، اما اسکلت پلیمری، رفتار در دمای پایین، فرآیندپذیری و محدودیت‌های آب‌بندی آنها متفاوت است.
کدام خواص فلوروسیلیکون بیشترین اهمیت را دارند؟
ارزش اصلی FVMQ یک ویژگی مجزا نیست، بلکه ترکیبی از خاصیت ارتجاعی در دمای پایین و مقاومت در برابر سیالات هیدروکربنی است.
| ویژگی | رفتار معمول | پیامدهای طراحی |
|---|---|---|
| دمای سرویس | دمای هدایت مرکب رایج تقریباً بین -60 تا 200 درجه سانتیگراد است | طیف وسیعی، اما قرار گرفتن در معرض سیال و حرکت آب‌بند می‌تواند حد قابل استفاده را کاهش دهد |
| مقاومت در برابر سوخت و روغن | بهتر از سیلیکون استاندارد VMQ | مناسب برای بسیاری از سوخت‌های نفتی، سوخت‌های جت، روغن موتور و روان‌کننده‌ها پس از آزمایش سازگاری |
| انعطاف‌پذیری در دمای پایین | نسبت به بسیاری از الاستومرهای مقاوم در برابر هیدروکربن، قوی است | برای آب‌بندی‌های هوافضا و فضای باز که در معرض استارت سرد قرار دارند، مفید است. |
| مجموعه فشرده سازی | اغلب در ترکیبات آب‌بندی استاتیک خوب است | باید در دمای واقعی، فشار و زمان قرار گرفتن در معرض آن بررسی شود |
| مقاومت در برابر آب و هوا، ازن و اشعه ماوراء بنفش | به طور کلی قوی | مناسب برای واشرها و آب‌بندهای رابطِ بدون پوشش |
| مقاومت در برابر سایش | فقیر | از تماس لغزشی خودداری کنید مگر اینکه آزمایش از طرح پشتیبانی کند |
| اصطکاک | نسبتاً بالا | افزایش ریسک در آب‌بندی‌های رفت و برگشتی یا چرخشی |
| استحکام پارگی | وابسته به ترکیب؛ اغلب پایین‌تر از الاستومرهای آب‌بندی دینامیکی چقرمه‌تر | لبه‌های نازک، گوشه‌های تیز و سطوح نصب ناهموار نیاز به احتیاط دارند |
| هزینه | سیلیکونی قوی‌تر از استاندارد | از آن در جایی که مقاومت در برابر سیال مورد نیاز است استفاده کنید، نه به عنوان یک ارتقاء پیش‌فرض |
اینها گرایش‌های انتخابی هستند، نه مشخصات خرید. سیستم پرکننده، میزان فلوئور، سیستم پخت، پس از پخت، سختی و روش آزمایش می‌توانند نتیجه را به میزان قابل توجهی تغییر دهند.
فلوروسیلیکون چه محدوده دمایی را می‌تواند تحمل کند؟
یک محدوده شروع عملی برای بسیاری از ترکیبات FVMQ عبارت است از: حدود -60 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد. ترکیبات تخصصی اورینگ ممکن است در شرایط استاتیک تا دمای حدود -73 درجه سانتیگراد کارایی خود را حفظ کنند. محدودیت‌های دمای خشک منتشر شده نیز می‌توانند به حدود 200 درجه سانتیگراد برسند، اما همین عدد نباید به طور خودکار برای آب‌بندی غوطه‌ور در سوخت یا روغن اعمال شود.
مرز با موارد زیر تغییر می‌کند:
- مواجهه مداوم در مقابل مواجهه متناوب؛;
- هوای خشک در مقابل غوطه‌وری در سوخت، روان‌کننده یا حلال؛;
- فشرده‌سازی استاتیک در مقابل حرکت مکرر؛;
- مقطع آب‌بندی و فشرده‌سازی؛;
- فرمولاسیون مرکب و عملیات پس از پخت؛;
- وضعیت سیال پس از پیرسازی حرارتی.
در دماهای بالای سیال، خود سیال ممکن است اکسید شود یا محصولات جانبی اسیدی تشکیل دهد. ترکیبی که از فرآیند پیرشدگی با حرارت خشک عبور می‌کند، همچنان می‌تواند عملکرد آب‌بندی خود را در یک روان‌کننده پیر از دست بدهد. به همین دلیل، دما و مقاومت شیمیایی باید با هم آزمایش شوند، نه اینکه از دو ستون جداگانه در برگه اطلاعات تایید شوند.
فلوروسیلیکون چقدر در برابر سوخت و روغن مقاوم است؟
فلوئوروسیلیکون در درجه اول برای مقاومت در برابر بنزین، سوخت جت، روغن‌های نفتی، روغن موتور، سیالات گیربکس و بسیاری از حلال‌های غیرقطبی انتخاب می‌شود. معمولاً در این سیالات کمتر از سیلیکون استاندارد متورم می‌شود.
کلمه “مقاوم” هنوز به یک عدد نیاز دارد. تورم حجمی، تغییر سختی، حفظ کشش، حفظ ازدیاد طول و تغییر جرم باید پس از یک دوره غوطه‌وری مشخص اندازه‌گیری شوند.
داده‌های منتشر شده از راهنمای انتخاب محصول فلوئوروسیلیکون داو نشان دهید که چگونه فرمولاسیون نتیجه را تغییر می‌دهد. پایه‌های جامد FVMQ انتخاب شده تقریباً ثبت شده‌اند تورم حجمی ۱۵–۲۳۱TP3T در سوخت‌های مرجع ASTM تحت شرایط ذکر شده. ترکیبات خاصی حدود تورم ۳.۵–۴۱TP3T در روغن IRM 903 در دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد. این مقادیر متعلق به مواد و شرایط آزمایش نام‌برده هستند و محدودیت‌های FVMQ جهانی نیستند.
مایعاتی که هنوز نیاز به احتیاط دارند
FVMQ از نظر شیمیایی جهانی نیست. راهنماهای انتخاب منتشر شده معمولاً در مورد روغن ترمز، کتون‌ها، هیدرازین، آلدئیدها و آمین‌ها هشدار می‌دهند. مایعات مخلوط دشوارتر هستند زیرا یک بسته افزودنی کوچک می‌تواند تورم یا استخراج را حتی زمانی که مایع پایه سازگار به نظر می‌رسد، کنترل کند.
قبل از مشخص کردن FVMQ، موارد زیر را مشخص کنید:
- درجه دقیق سیال یا سوخت تجاری؛;
- دمای کار و تمیز کردن؛;
- زمان قرار گرفتن در معرض مداوم؛;
- چرخه‌های فشار و رفع فشار؛;
- تورم حجمی مجاز و تغییر سختی؛;
- اینکه آیا قطعه با سیال تازه یا سیال پیر شده در اثر حرارت تماس دارد یا خیر.
خواص مکانیکی معمول FVMQ چیست؟
خواص مکانیکی آنقدر متنوع هستند که نمی‌توان یک برگه اطلاعات “معمولی” برای نشان دادن پلیمر ارائه داد. یک مثال مفید از نمونه کارهای FVMQ شرکت Dow پس از شرایط پخت تحت فشار و پس از پخت ذکر شده، ارائه شده است.
| ویژگی | محدوده منتشر شده در پایگاه‌های منتخب Dow FVMQ | روش آزمون |
|---|---|---|
| سختی | ۲۵–۸۱ ساحل A | ASTM D2240 |
| استحکام کششی | ۷.۵–۱۲.۱ مگاپاسکال | ASTM D412، قالب C |
| ازدیاد طول در نقطه شکست | ۱۵۹–۶۷۶۱TP3T | ASTM D412، قالب C |
| استحکام پارگی | ۱۲–۴۶.۴ کیلونیوتن بر متر | ASTM D624، قالب B |
| وزن مخصوص | ۱.۴۰–۱.۵۵ | ASTM D792 |
| مجموعه فشرده سازی | 7–20% پس از 22 ساعت در دمای 177 درجه سانتیگراد | ASTM D395, ، روش ب |
این جدول محدوده‌ی ترکیبات را نشان می‌دهد، نه یک مشخصات تضمین‌شده. یک گرید نرم ۲۵ Shore A و یک گرید ۸۰ Shore A نباید طراحی گلند، میزان پارگی مجاز یا روش مونتاژ یکسانی داشته باشند.
تیم‌ها اغلب بر روی استحکام کششی تمرکز می‌کنند زیرا مقایسه آن آسان است. برای یک واشر استاتیک، مانایی فشاری، آزادسازی تنش، تورم سیال و نیروی آب‌بندی معمولاً مرتبط‌تر هستند. استحکام کششی در حین جداسازی قالب، مونتاژ، کشش روی سخت‌افزار یا اکستروژن فشاری - نه لزوماً در حین آب‌بندی استاتیک ثابت - بسیار مهم می‌شود.
آیا فلوروسیلیکون برای آب‌بندی‌های دینامیکی مناسب است؟
فلوروسیلیکون معمولاً برای موارد زیر مناسب‌تر است: آب‌بندهای استاتیک، واشرها، دیافراگم‌ها، آب‌بندهای رابط و قطعات ضربه‌گیر نسبت به آب‌بندهای کشویی مداوم.
این محدودیت از ترکیب مقاومت سایشی نسبتاً پایین، اصطکاک بالا و مقاومت پارگی وابسته به ترکیب ناشی می‌شود. یک آب‌بند ممکن است آزمایش نشتی اولیه را با موفقیت پشت سر بگذارد و سپس پس از ضربات مکرر، در سطح تماس دچار سایش شود. به همین دلیل است که تأییدیه مواد استاتیک نباید برای کاربردهای رفت و برگشتی یا چرخشی دوباره استفاده شود.
استفاده پویا با یک ترکیب طراحی‌شده برای این منظور، پرداخت سطحی کنترل‌شده، روانکاری مناسب و آزمایش اعتبارسنجی امکان‌پذیر است. این مورد باید به عنوان یک استثنای مهندسی‌شده و نه پیش‌فرض در نظر گرفته شود.
فلوروسیلیکون چگونه با سیلیکون و FKM مقایسه می‌شود؟
| عامل انتخاب | سیلیکون VMQ | فلوئوروسیلیکون FVMQ | فلورولاستومر FKM |
|---|---|---|---|
| انعطاف‌پذیری در دمای پایین | عالی | عالی تا خیلی خوب | معمولاً محدودتر؛ وابسته به پایه تحصیلی |
| مقاومت در برابر سوخت و هیدروکربن | محدود | برای بسیاری از سوخت‌ها و روغن‌ها مناسب است | معمولاً قوی است، اما سازگاری دقیق سیال متفاوت است |
| مقاومت در برابر حرارت خشک | قوی | قوی، اغلب پایین‌تر از محدودیت‌های VMQ قابل مقایسه | قوی؛ وابسته به نمره |
| سایش و آب‌بندی دینامیکی | محدود | محدود | اغلب مناسب‌تر، منوط به ترکیب و طراحی |
| مقاومت در برابر آب و هوا و ازن | عالی | عالی | عالی |
| هزینه نسبی مواد | پایین تر | بالا | بالا |
| استفاده رایج | آب‌بندهای عمومی، عایق‌بندی، قطعات در تماس با مواد غذایی و قطعات مصرفی | آب‌بندهای سوخت در شرایط سرویس سرد، واشرهای هوافضا، آب‌بندهای رابط | آب‌بندهای سوخت، روغن و مواد شیمیایی که در آنها انعطاف‌پذیری در دمای پایین کمتر مورد نیاز است |
انتخاب کنید وی ام کیو زمانی که انعطاف‌پذیری دمایی شدید مورد نیاز است اما قرار گرفتن در معرض هیدروکربن شدید نیست. انتخاب کنید FVMQ وقتی قطعه باید در شرایط سرد و در حین تماس با سوخت یا روغن انعطاف‌پذیر باقی بماند. ارزیابی کنید اف کی ام زمانی که مقاومت شیمیایی قوی‌تر، عملکرد سایشی یا قابلیت آب‌بندی دینامیکی بیشتر از انعطاف‌پذیری در دمای بسیار پایین اهمیت دارد.
این مقایسه یک ابزار غربالگری است. انتخاب نهایی نیاز به داده‌های آزمایشی در سطح ترکیبی دارد زیرا نمرات تخصصی می‌توانند رتبه‌بندی کلی را معکوس کنند.
کدام تست‌ها باید در مشخصات FVMQ گنجانده شوند؟
مشخصات کاربردی فلوروسیلیکون، هر ویژگی را به یک روش آزمایش و شرایط پیرسازی مرتبط می‌کند.
| مورد نیاز | روش آزمون | چه چیزی را ثبت کنیم |
|---|---|---|
| سختی | ASTM D2240 | مقدار Shore A و زمان اندازه‌گیری |
| کشش و ازدیاد طول | ASTM D412 | مقادیر اولیه و قدیمی |
| استحکام پارگی | ASTM D624 | نوع قالب و ضخامت نمونه |
| مجموعه فشرده سازی | ASTM D395 | روش، فشرده‌سازی، زمان و دما |
| مقاومت در برابر سیالات | ASTM D471 | سیال دقیق، دما، مدت زمان، تورم حجمی و تغییر خواص |
| وزن مخصوص | ASTM D792 | مرجع سازگاری مرکب و دریافت-بازرسی |
| آب‌بندی در دمای پایین | روش هوافضای خاص یا مورد نیاز | نشت یا بازیابی در حداقل دمای واقعی |
| ابعاد قطعه نهایی | نقشه کشی و بررسی طرح | تحمل پس از عمل آوری و حالت دهی |
الزامی مانند “فلوروسیلیکون مقاوم در برابر سوخت، 60 Shore A” را به عنوان مشخصات کامل ماده نپذیرید. این الزام، سیال، دما، زمان پیرسازی، حد تورم، شرایط پخت و پذیرش قطعه نهایی را نامشخص باقی می‌گذارد.
چگونه شرایط پردازش، خواص فلوروسیلیکون را تغییر می‌دهد؟
FVMQ به عنوان لاستیک با غلظت بالا برای موارد زیر موجود است: قالب گیری فشاری, ، قالب‌گیری انتقالی، قالب‌گیری تزریقی، اکستروژن و کلندرینگ. لاستیک سیلیکونی فلوئورو-مایع همچنین برای قالب‌گیری تزریقی مایع خودکار موجود است.
درمان و شرایط پس از عمل آوری بر مانایی فشاری، محتوای فرار، ابعاد و خواص مکانیکی نهایی تأثیر می‌گذارند. در داده‌های منتشر شده توسط داو در مورد لاستیک جامد، بسیاری از خواص پس از ... اندازه‌گیری شدند. پخت پرس ۱۰ دقیقه‌ای در دمای ۱۷۱ درجه سانتیگراد و به دنبال آن ۴ ساعت در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد. این شرایط، نمونه‌های آزمایش‌شده را توصیف می‌کنند؛ آنها نباید بدون بررسی ضخامت قطعه، شیمی پخت، بارگذاری در کوره و تلرانس ابعادی، در مشخصات تولید کپی شوند.
ترکیبات فلوروسیلیکون همچنین ممکن است انقباض متفاوتی نسبت به لاستیک نیتریل یا سیلیکون استاندارد داشته باشند. استفاده مجدد از قالب موجود می‌تواند حتی زمانی که هندسه اسمی قطعه بدون تغییر است، باعث ایجاد رانش ابعادی شود. بنابراین، میزان ابزار مجاز باید بر اساس ترکیب انتخاب شده و داده‌های آزمایشی باشد.
فلوروسیلیکون معمولاً در کجا استفاده می‌شود؟
FVMQ در مواردی که همزمان به محدوده دمایی و مقاومت در برابر هیدروکربن نیاز باشد، بیشترین کاربرد را دارد.
قطعات معمول عبارتند از:
- سیستم سوخت هوافضا حلقه‌های سیلیکونی O شکل و واشرها؛;
- آب‌بندهای رابط خط سوخت خودرو؛;
- دیافراگم‌ها و غشاهایی که در معرض روغن یا سوخت قرار دارند؛;
- درج‌های اتصال الکتریکی و آب‌بندهای محیطی؛;
- آسترهای شلنگ توربوشارژر؛;
- عناصر آب‌بندی نفت، گاز و پتروشیمی؛;
- واشرهای صنعتی با دمای پایین؛;
- واشرهای EMI فلوئوروسیلیکون رسانا برای محفظه‌های در معرض سوخت.
این ماده برای آب‌بندهای دینامیکی با سایش بالا، حلال‌های قطبی تهاجمی بدون داده‌های سازگاری، یا پروژه‌هایی که در آنها سیلیکون استاندارد از قبل نیاز سیال را برآورده می‌کند، چندان مناسب نیست.
سوالات متداول در مورد خواص فلوروسیلیکون
آیا فلوروسیلیکون همان FKM است؟
خیر. FVMQ یک الاستومر سیلیکونی فلوئوردار است. FKM یک فلوروالاستومر با اسکلت کربنی است. FVMQ عموماً انعطاف‌پذیری بهتری در دمای پایین ارائه می‌دهد، در حالی که FKM اغلب برای عملکرد آب‌بندی شیمیایی یا دینامیکی قوی‌تر انتخاب می‌شود.
آیا فلوروسیلیکون در برابر سوخت مقاوم است؟
بله، بسیاری از ترکیبات FVMQ در برابر بنزین، سوخت جت و روغن‌های نفتی بهتر از سیلیکون استاندارد مقاومت می‌کنند. هنوز هم نیاز به تأییدیه است. ASTM D471 یا آزمایش غوطه‌وری مختص به کاربرد در سیال دقیق.
محدوده سختی نرمال فلوروسیلیکون چقدر است؟
گریدهای تجاری معمولاً حدود ۴۰ تا ۸۰ هستند ساحل A, اگرچه فرمولاسیون‌های تخصصی می‌توانند پایین‌تر از این محدوده نیز باشند. سختی به تنهایی نمی‌تواند میزان مانایی فشاری، مقاومت پارگی یا تورم سوخت را پیش‌بینی کند.
آیا می‌توان از فلوروسیلیکون در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد استفاده کرد؟
برخی از ترکیبات می‌توانند در دمای نزدیک به ۲۰۰ درجه سانتیگراد در گرمای خشک کار کنند. سرویس مداوم در سوخت یا روغن داغ ممکن است به دلیل پیر شدن همزمان سیال و الاستومر، به محدودیت پایین‌تری نیاز داشته باشد.
مرز انتخاب
استفاده از فلوئوروسیلیکون زمانی توجیه‌پذیر است که آب‌بندی در دمای پایین و مقاومت در برابر هیدروکربن هر دو مورد نیاز باشند. اگر فقط یکی از این شرایط وجود داشته باشد، VMQ، FKM، NBR یا الاستومر دیگری ممکن است با هزینه کمتر یا با رفتار سایشی بهتر به این نیاز برسند.
تصمیم نهایی در مورد جنس ماده، به اطلاعات دقیق سیال، دمای پیوسته و دمای اوج، حرکت آب‌بند، فشار، سختی هدف، حد تنظیم فشار، عمر مفید مورد انتظار و استانداردهای مورد نیاز مانند ... نیاز دارد. MIL-DTL-25988 یا یک مشخصات AMS قابل اجرا. بدون این ورودی‌ها، "FVMQ" فقط یک خانواده پلیمری است - نه یک مشخصات قطعه نهایی.
