מהנדסים בדרך כלל שוקלים פלואורסיליקון כאשר סיליקון סטנדרטי אינו יכול לסבול דלק או נפט. הקושי הוא להפריד בין המוניטין הרחב של הפולימר לבין התנהגותה של תרכובת ספציפית.
תכונותיו של פלואורסיליקון משלבות גמישות דמוית סיליקון בטמפרטורה נמוכה עם עמידות משופרת לדלקים, שמנים וממסים לא קוטביים רבים. המגבלות העיקריות שלו הן שחיקה, חיכוך, חוזק קריעה, איטום דינמי ותאימות כימית מחוץ לפחמימנים.
מהו גומי פלואורסיליקון?
גומי פלואורסיליקון הוא אלסטומר סיליקון שעבר שינוי בקבוצות צד פלואוריות, לרוב קבוצות טריפלואורופרופיל. שינוי זה מפחית את האינטראקציה עם נוזלים פחמימניים תוך שמירה על גמישות רבה של גומי סיליקון בטמפרטורה ועמידות בפני מזג אוויר.
הכינוי המשותף הוא FVMQ, קיצור של גומי סיליקון פלואורויניל מתיל. ASTM D1418 מזהה את הפולימר כ-FVMQ. תחת ASTM D2000 ו-SAE J200, תרכובות פלואורסיליקון מסווגות בדרך כלל כ- סוג FK.
אין לבלבל בין FVMQ לבין FKM. שניהם אלסטומרים פלואוריים, אך עמוד השדרה הפולימרי שלהם, התנהגותם בטמפרטורה נמוכה, גבולות העיבוד ומגבלות האיטום שונים.
אילו תכונות של פלואורסיליקון חשובות ביותר?
הערך העיקרי של FVMQ אינו תכונה אחת מבודדת. זהו השילוב של גמישות בטמפרטורה נמוכה ועמידות בפני פחמימנים לנוזלים.
| תכונה | התנהגות אופיינית | השלכות עיצוביות |
|---|---|---|
| טמפרטורת השירות | הנחיות תרכובות נפוצות הן בערך -60°C עד 200°C | טווח רחב, אך חשיפה לנוזלים ותנועת האטם עלולות להפחית את גבול השימוש |
| עמידות לדלק ושמן | טוב יותר מסיליקון VMQ סטנדרטי | מתאים למגוון רחב של דלקי נפט, דלקי סילון, שמני מנוע וחומרי סיכה לאחר בדיקת תאימות |
| גמישות בטמפרטורה נמוכה | חזק יחסית לאלסטומרים עמידים לפחמימנים רבים | שימושי לאטמים בחלל ובחוץ החשופים להתנעות קרות |
| סט דחיסה | לעיתים קרובות טוב בתרכובות איטום סטטיות | יש לבדוק את הטמפרטורה, הסחיטה וזמן החשיפה בפועל |
| עמידות בפני מזג אוויר, אוזון וקרינת UV | חזק בדרך כלל | מתאים לאטמים חשופים ואטמי מחברים |
| עמידות בפני שחיקה | עני | הימנע ממגע החלקה אלא אם כן הבדיקות תומכות בתכנון |
| חיכוך | גבוה יחסית | מגביר את הסיכון באטמים הדדיים או סיבוביים |
| חוזק הקרע | תלוי-תרכובת; לעתים קרובות נמוך יותר מאלסטומרים קשים יותר לאיטום דינמי | שפתיים דקות, פינות חדות ומשטחי התקנה מחוספסים דורשים זהירות |
| עֲלוּת | גבוה יותר מסיליקון סטנדרטי | השתמש בו היכן שנדרשת התנגדות נוזלים, לא כשדרוג ברירת מחדל |
אלו הן מגמות בחירה, לא מפרטי רכישה. מערכת המילוי, תכולת הפלואור, מערכת הריפוי, תהליך הריפוי לאחר הריפוי, קשיות ושיטת הבדיקה יכולים לשנות את התוצאה באופן משמעותי.
באיזה טווח טמפרטורות פלואורסיליקון יכול להתמודד?
טווח התחלתי מעשי עבור תרכובות FVMQ רבות הוא כ-60°C- עד 200°C. תרכובות טבעות O ייעודיות עשויות להישאר תקינות בסביבות -73°C בשירות סטטי. גבולות החום היבש שפורסמו יכולים להגיע גם לכ-200°C, אך אין להחיל את אותו מספר באופן אוטומטי על אטם הטבול בדלק או בשמן.
הגבול משתנה עם:
- חשיפה רציפה לעומת חשיפה לסירוגין;
- אוויר יבש לעומת טבילה בדלק, חומר סיכה או ממס;
- דחיסה סטטית לעומת תנועה חוזרת ונשנית;
- חתך רוחב ודחיסה של אטם;
- ניסוח תרכובת וריפוי לאחר מכן;
- מצב הנוזל לאחר הזדקנות תרמית.
בטמפרטורות גבוהות של הנוזל, הנוזל עצמו עלול להתחמצן או ליצור תוצרי לוואי חומציים. תרכובת שעוברת הזדקנות בחום יבש עדיין עלולה לאבד את ביצועי האיטום בחומר סיכה מיושן. מסיבה זו, יש לבדוק את העמידות בפני טמפרטורה ועמידות בפני כימיקלים יחד ולא לאשר אותן משתי עמודות נפרדות בגיליון נתונים.
עד כמה עמיד פלואורסיליקון לדלק ולשמן?
פלואורסיליקון נבחר בעיקר בשל עמידותו בפני בנזין, דלק סילוני, שמני נפט, שמני מנוע, נוזלי תיבת הילוכים וממסים לא קוטביים רבים. בדרך כלל הוא מתנפח פחות מסיליקון סטנדרטי בנוזלים אלה.
המילה "עמיד" עדיין זקוקה למספר. יש למדוד נפיחות נפחית, שינוי קשיות, שימור מתיחה, שימור התארכות ושינוי מסה לאחר תקופת טבילה מוגדרת.
נתונים שפורסמו מ- מדריך לבחירת מוצר פלואורסיליקון של דאו הראו כיצד הניסוח משנה את התוצאה. בסיסים מוצקים FVMQ נבחרים נרשמו בערך נפח התנפחות 15–23% בדלקי ייחוס ASTM בתנאים המפורטים. תרכובות מסוימות הראו כ- התנפחות של 3.5–4% בשמן IRM 903 בטמפרטורה של 150°C. ערכים אלה שייכים לחומרים ולתנאי הבדיקה הנקובים; הם אינם גבולות FVMQ אוניברסליים.
נוזלים שעדיין דורשים זהירות
FVMQ אינו אוניברסלי מבחינה כימית. מדריכי בחירה שפורסמו מזהירים בדרך כלל מפני נוזלי בלמים, קטונים, הידרזין, אלדהידים ואמינים. נוזלים מעורבים קשים יותר מכיוון שחבילת תוספים קטנה יכולה לשלוט בנפיחות או בחילוץ גם כאשר נוזל הבסיס נראה תואם.
לפני ציון FVMQ, יש לזהות:
- סוג הנוזל או הדלק המסחרי המדויק;
- טמפרטורות הפעלה וניקוי;
- זמן חשיפה רציף;
- מחזורי לחץ ודקומפרסיה;
- שינוי נפח וקשיות מותרים;
- האם החלק בא במגע עם נוזל טרי או נוזל שהוזדקן תרמית.
מהן התכונות המכניות האופייניות של FVMQ?
תכונות מכניות משתנות מדי מכדי שגיליון נתונים "טיפוסי" אחד יוכל לייצג את הפולימר. דוגמה שימושית לכך מגיעה מתיק המוצרים החזק של Dow בתחום FVMQ לאחר תנאי הריפוי בלחץ ואחרי הריפוי שצוינו.
| תכונה | טווח שפורסם על פני בסיסי FVMQ נבחרים של דאו ג'ונס | שיטת בדיקה |
|---|---|---|
| קַשִׁיוּת | 25–81 חוף A | ASTM D2240 |
| חוזק מתיחה | 7.5–12.1 מגה פסקל | ASTM D412, תבנית C |
| התארכות בשבירה | 159–676% | ASTM D412, תבנית C |
| חוזק הקרע | 12–46.4 קילו-ניוטון/מטר | ASTM D624, תבנית B |
| משקל סגולי | 1.40–1.55 | ASTM D792 |
| סט דחיסה | 7–20% לאחר 22 שעות ב-177°C | ASTM D395, שיטה ב' |
טבלה זו מציגה את טווח התרכובות, ואינה מהווה מפרט מובטח. חומר רך בדרגה 25 Shore A ובדרגה 80 Shore A לא צריכים להיות בעלי אותו עיצוב בלוטה, מרווח קרע או שיטת הרכבה.
צוותים מתמקדים לעתים קרובות בחוזק מתיחה מכיוון שקל להשוות אותו. עבור אטם סטטי, דחיסה, הרפיית מאמץ, התנפחות נוזלים וכוח איטום רלוונטיים בדרך כלל יותר. חוזק מתיחה הופך קריטי במהלך פירוק התבנית, הרכבה, מתיחה על חומרה או שיחול בלחץ - לאו דווקא במהלך איטום סטטי יציב.
האם פלואורסיליקון מתאים לאטמים דינמיים?
פלואורסיליקון בדרך כלל מתאים יותר ל אטמים סטטיים, אטמים, דיאפרגמות, אטמי מחברים וחלקי ריפוד מאשר אטמים הזזה ברציפות.
המגבלה נובעת משילוב של עמידות נמוכה יחסית לשחיקה, חיכוך גבוה וחוזק קריעה תלוי-תרכובת. אטם עשוי לעבור בדיקת דליפה ראשונית ולאחר מכן להישחק במשטח המגע לאחר משיכות חוזרות. שינוי מאוחר זה הוא הסיבה לכך שאין לעשות שימוש חוזר באישור חומר סטטי עבור יישום הדדי או סיבובי.
שימוש דינמי אפשרי עם תרכובת שתוכננה במיוחד, גימור משטח מבוקר, שימון מתאים ובדיקות אימות. יש להתייחס אליו כאל חריג הנדסי ולא כברירת מחדל.
כיצד פלואורסיליקון משתווה לסיליקון ו-FKM?
| גורם הבחירה | סיליקון VMQ | פלואורסיליקון FVMQ | פלואורואלסטומר FKM |
|---|---|---|---|
| גמישות בטמפרטורה נמוכה | מְעוּלֶה | מצוין עד טוב מאוד | בדרך כלל מוגבל יותר; תלוי בדרגה |
| עמידות לדלק ופחמימנים | מוגבל | טוב לדלקים ושמנים רבים | בדרך כלל חזק, אך תאימות נוזלים מדויקת משתנה |
| עמידות בחום יבש | חָזָק | חזק, לעתים קרובות מתחת למגבלות VMQ דומות | חזק; תלוי בדרגה |
| שחיקה ואיטום דינמי | מוגבל | מוגבל | לעיתים קרובות מתאים יותר, בכפוף למתחם ולעיצוב |
| עמידות בפני מזג אוויר ואוזון | מְעוּלֶה | מְעוּלֶה | מְעוּלֶה |
| עלות חומר יחסית | נמוך יותר | גָבוֹהַ | גָבוֹהַ |
| שימוש נפוץ | אטמים כלליים, בידוד, חלקי מגע עם מזון וחלקי צריכה | אטמי דלק לשירות קר, אטמי תעופה וחלל, אטמי מחברים | אטמי דלק, שמן וכימיקלים שבהם גמישות בטמפרטורה נמוכה פחות דורשת |
לִבחוֹר VMQ כאשר נדרשת גמישות קיצונית בטמפרטורה אך החשיפה לפחמימנים אינה חמורה. FVMQ כאשר החלק חייב להישאר גמיש בתנאים קרים בעת מגע עם דלק או שמן. FKM כאשר עמידות כימית חזקה יותר, ביצועי שחיקה או יכולת איטום דינמית חשובים יותר מגמישות בטמפרטורות נמוכות מאוד.
השוואה זו היא כלי סינון. הבחירה הסופית דורשת נתוני מבחן ברמת המתחם מכיוון שציונים מיוחדים יכולים להפוך את הדירוג הכללי.
אילו בדיקות יש לכלול במפרט FVMQ?
מפרט פלואורסיליקון שמיש מחבר כל מאפיין לשיטת בדיקה ולתנאי הזדקנות.
| דְרִישָׁה | שיטת בדיקה | מה להקליט |
|---|---|---|
| קַשִׁיוּת | ASTM D2240 | ערך Shore A וזמן מדידה |
| מתיחה והתארכות | ASTM D412 | ערכים מקוריים וישנים |
| חוזק הקרע | ASTM D624 | סוג התבנית ועובי הדגימה |
| סט דחיסה | ASTM D395 | שיטה, דחיסה, זמן וטמפרטורה |
| עמידות לנוזלים | ASTM D471 | נוזל מדויק, טמפרטורה, משך זמן, נפיחות נפח ושינוי מאפיינים |
| משקל סגולי | ASTM D792 | עקביות תרכובת והתייחסות לבדיקה-קבלה |
| איטום בטמפרטורה נמוכה | שיטה ספציפית ליישום או נדרשת לתעופה וחלל | דליפה או התאוששות בטמפרטורת המינימום בפועל |
| מידות החלק המוגמר | שרטוט ותוכנית בדיקה | סבילות לאחר ריפוי והתניה |
אל תקבלו דרישה כגון "פלואורסיליקון עמיד לדלק, 60 Shore A" כמפרט חומר מלא. זה משאיר את הנוזל, הטמפרטורה, זמן ההזדקנות, גבול ההתנפחות, תנאי הייבוש וקבלת החלק המוגמר בלתי מוגדרים.
כיצד תנאי העיבוד משנים את תכונות הפלואורסיליקון?
FVMQ זמין כגומי בעל עקביות גבוהה עבור דפוס דחיסה, יציקת העברה, יציקת הזרקה, שיחול וקלינדרציה. גומי סיליקון פלואור-נוזלי זמין גם ליציקת הזרקה נוזלית אוטומטית.
תרופה ו תנאים לאחר ריפוי משפיעים על דחיסה, תכולת נדיפות, מידות ותכונות מכניות סופיות. בנתוני גומי מוצק שפורסמו על ידי דאו, תכונות רבות נמדדו לאחר ייבוש בלחץ של 10 דקות ב-171°C ולאחר מכן 4 שעות ב-200°C. תנאים אלה מתארים את הדגימות שנבדקו; אין להעתיק אותן למפרט ייצור מבלי לבדוק את עובי החלק, כימיית הריפוי, טעינת התנור וסבילות המימדים.
תרכובות פלואורסיליקון עשויות להתכווץ בצורה שונה מגומי ניטריל או סיליקון סטנדרטי. שימוש חוזר בתבנית קיימת יכול לייצר סחיפה ממדית גם כאשר הגיאומטריה הנומינלית של החלק לא משתנה. לכן, יש להתבסס על קצבת הכלים הנבחרת ועל נתוני הניסוי.
היכן משתמשים בדרך כלל בפלואורסיליקון?
FVMQ שימושי ביותר כאשר נדרשים בו זמנית טווח טמפרטורות ועמידות לפחמימנים.
חלקים אופייניים כוללים:
- מערכת דלק לחלל טבעות O סיליקון ואטמים;
- אטמי מחבר צינור דלק לרכב;
- דיאפרגמות וממברנות החשופות לשמן או לדלק;
- מוספי מחברים חשמליים ואטמים סביבתיים;
- בטנות צינור מגדש טורבו;
- אלמנטים לאיטום של נפט, גז ופטרוכימיה;
- אטמים תעשייתיים לטמפרטורה נמוכה;
- אטמי EMI מוליכים פלואורסיליקון עבור מארזים חשופים לדלק.
החומר פחות משכנע עבור אטמים דינמיים בעלי שחיקה גבוהה, ממסים פולריים אגרסיביים ללא נתוני תאימות, או פרויקטים שבהם סיליקון סטנדרטי כבר עומד בדרישת הנוזל.
שאלות נפוצות על תכונות פלואורסיליקון
האם פלואורסיליקון זהה ל-FKM?
לא. FVMQ הוא אלסטומר סיליקון פלואורינרי. FKM הוא פלואוראלסטומר בעל עמוד שדרה של פחמן. FVMQ מספק בדרך כלל גמישות טובה יותר בטמפרטורה נמוכה, בעוד ש-FKM נבחר לעתים קרובות בשל ביצועי איטום כימיים או דינמיים חזקים יותר.
האם דלק פלואורסיליקון עמיד?
כן, תרכובות FVMQ רבות עמידות בפני בנזין, דלק סילוני ושמנים נפטיים טוב יותר מאשר סיליקון סטנדרטי. עדיין נדרש אישור. ASTM D471 או בדיקות טבילה ספציפיות ליישום בנוזל המדויק.
מהו טווח הקשיות הרגיל של פלואורסיליקון?
ציונים מסחריים נופלים בדרך כלל סביב 40-80 חוף א', למרות שניסוחים מיוחדים יכולים להגיע מתחת לטווח זה. קשיות לבדה אינה מנבאת דחיסה, חוזק קריעה או נפיחות של הדלק.
האם ניתן להשתמש בפלואורסיליקון בטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס?
חלק מהתרכובות יכולות לפעול בטמפרטורה של קרוב ל-200 מעלות צלזיוס בחום יבש. שירות רציף בדלק או שמן חם עשוי לדרוש גבול נמוך יותר מכיוון שהנוזל והאלסטומר מזדקנים יחד.
גבול הבחירה
פלואורסיליקון מוצדק כאשר נדרשים גם איטום בטמפרטורה נמוכה וגם עמידות לפחמימנים. אם מתקיים רק תנאי אחד, VMQ, FKM, NBR או אלסטומר אחר עשויים לעמוד בדרישה בעלות נמוכה יותר או עם התנהגות שחיקה טובה יותר.
החלטה סופית על חומרים דורשת את המידע המדויק של הנוזל, טמפרטורות הרציפות והשיא, תנועת האטם, הלחץ, יעד הקשיות, גבול הדחיסה, אורך החיים הצפוי והסטנדרט הנדרש כגון MIL-DTL-25988 או מפרט AMS רלוונטי. ללא קלטים אלה, "FVMQ" הוא רק משפחת פולימרים - לא מפרט של חלק מוגמר.
