Gli ingegneri di solito prendono in considerazione il fluorosilicone quando silicone standard Non tollera carburante o olio. La difficoltà sta nel separare la reputazione generale del polimero dal comportamento di uno specifico composto.
Le proprietà del fluorosilicone combinano la flessibilità a basse temperature, simile a quella del silicone, con una maggiore resistenza a carburanti, oli e molti solventi non polari. I suoi principali limiti sono rappresentati da abrasione, attrito, resistenza allo strappo, tenuta dinamica e compatibilità chimica al di fuori degli idrocarburi.
Che cos'è la gomma fluorosiliconica?
La gomma fluorosiliconica è un elastomero siliconico modificato con gruppi laterali fluorurati, comunemente gruppi trifluoropropilici. Questa modifica riduce l'interazione con i fluidi idrocarburici, mantenendo al contempo gran parte della flessibilità termica e della resistenza agli agenti atmosferici della gomma siliconica.
La denominazione comune è FVMQ, abbreviazione di gomma siliconica fluorovinilmetilica. ASTM D1418 identifica il polimero come FVMQ. Secondo ASTM D2000 e SAE J200, i composti di fluorosilicone sono generalmente classificati come Tipo FK.
FVMQ non deve essere confuso con FKM. Entrambi sono elastomeri fluorurati, ma le loro catene polimeriche, il comportamento alle basse temperature, la lavorazione e i limiti di tenuta sono differenti.
Quali proprietà del fluorosilicone sono le più importanti?
Il valore principale di FVMQ non risiede in una singola proprietà isolata, bensì nella combinazione di elasticità a basse temperature e resistenza ai fluidi idrocarburici.
| Proprietà | Comportamento tipico | Implicazioni di progettazione |
|---|---|---|
| Temperatura di servizio | Le linee guida comuni per i composti sono all'incirca da -60 °C a 200 °C. | Ampia gamma, ma l'esposizione ai fluidi e il movimento della guarnizione possono ridurre il limite utilizzabile |
| Resistenza al carburante e all'olio | Migliore del silicone VMQ standard | Adatto a molti carburanti petroliferi, carburanti per aerei, oli motore e lubrificanti previa verifica di compatibilità. |
| Flessibilità alle basse temperature | Resistente rispetto a molti elastomeri resistenti agli idrocarburi | Utile per guarnizioni aerospaziali e per applicazioni esterne esposte ad avviamenti a freddo |
| set di compressione | Spesso efficace nei composti sigillanti statici | Deve essere verificato alla temperatura effettiva, alla pressione e al tempo di esposizione |
| Resistenza agli agenti atmosferici, all'ozono e ai raggi UV | Generalmente forte | Adatto per guarnizioni e sigilli di collegamento esposti |
| Resistenza all'abrasione | Povero | Evitare il contatto di scorrimento a meno che i test non confermino il progetto. |
| Attrito | Relativamente alto | Aumenta il rischio nelle tenute alternative o rotanti |
| Resistenza allo strappo | Dipendente dal composto; spesso inferiore rispetto agli elastomeri di tenuta dinamica più resistenti | Bordi sottili, angoli acuti e superfici di installazione ruvide richiedono cautela |
| Costo | Superiore al silicone standard | Utilizzatelo dove è richiesta resistenza ai fluidi, non come aggiornamento predefinito. |
Si tratta di tendenze di selezione, non di specifiche di acquisto. Il sistema di riempimento, il contenuto di fluoro, il sistema di polimerizzazione, la post-polimerizzazione, la durezza e il metodo di prova possono influenzare significativamente il risultato.
Qual è l'intervallo di temperature che il fluorosilicone può sopportare?
Un intervallo di partenza pratico per molti composti FVMQ è da circa -60 °C a 200 °C. Le mescole specializzate per O-ring possono rimanere funzionali a temperature prossime a -73 °C in condizioni statiche. I limiti di resistenza al calore a secco pubblicati possono raggiungere anche circa 200 °C, ma lo stesso valore non deve essere applicato automaticamente a una guarnizione immersa in carburante o olio.
Il confine cambia con:
- Esposizione continua rispetto a esposizione intermittente;
- aria secca contro immersione in carburante, lubrificante o solvente;
- Compressione statica contro movimento ripetuto;
- sezione trasversale e compressione della guarnizione;
- Formulazione del composto e post-polimerizzazione;
- la condizione del fluido dopo l'invecchiamento termico.
Ad alte temperature, il fluido stesso può ossidarsi o formare sottoprodotti acidi. Un composto che supera il test di invecchiamento a secco può comunque perdere le sue prestazioni di tenuta in un lubrificante invecchiato. Per questo motivo, la resistenza alla temperatura e agli agenti chimici dovrebbe essere testata congiuntamente, anziché essere approvata sulla base di due colonne separate della scheda tecnica.
Quanto è resistente il fluorosilicone a carburanti e oli?
Il fluorosilicone viene scelto principalmente per la sua resistenza a benzina, carburante per aerei, oli di petrolio, oli motore, fluidi per trasmissioni e molti solventi non polari. In genere, si gonfia meno del silicone standard in questi fluidi.
Il termine "resistente" necessita ancora di un valore numerico. Dopo un periodo di immersione definito, è necessario misurare l'aumento di volume, la variazione di durezza, il mantenimento della resistenza alla trazione, il mantenimento dell'allungamento e la variazione di massa.
Dati pubblicati dal Guida alla selezione dei prodotti in fluorosilicone Dow mostrare come la formulazione modifica il risultato. Basi solide FVMQ selezionate registrate approssimativamente 15–23% aumento di volume nei combustibili di riferimento ASTM nelle condizioni elencate. Alcuni composti hanno mostrato circa 3.5–4% rigonfiarsi in olio IRM 903 a 150°C. Questi valori si riferiscono ai materiali e alle condizioni di prova specificati; non rappresentano limiti FVMQ universali.
Fluidi che richiedono ancora cautela
FVMQ non è chimicamente universale. Le guide di selezione pubblicate sconsigliano comunemente l'uso con fluidi per freni, chetoni, idrazina, aldeidi e ammine. I fluidi miscelati sono più problematici perché anche una piccola quantità di additivi può influenzare il rigonfiamento o l'estrazione, persino quando il fluido base sembra compatibile.
Prima di specificare FVMQ, identificare:
- l'esatto grado commerciale del fluido o del carburante;
- temperature di esercizio e di pulizia;
- tempo di esposizione continua;
- cicli di pressione e decompressione;
- Variazione di volume e di durezza ammissibili;
- sia che il componente entri in contatto con un fluido fresco o termicamente invecchiato.
Quali sono le tipiche proprietà meccaniche del FVMQ?
Le proprietà meccaniche variano troppo ampiamente perché una singola scheda tecnica "tipica" possa rappresentare il polimero. Un utile esempio ci viene fornito dalla gamma di polimeri solidi FVMQ di Dow dopo le condizioni di pressatura, polimerizzazione e post-polimerizzazione indicate.
| Proprietà | Intervallo pubblicato su basi selezionate del Dow FVMQ | Metodo di prova |
|---|---|---|
| Durezza | 25–81 Shore A | ASTM D2240 |
| Resistenza alla trazione | 7,5–12,1 MPa | ASTM D412, stampo C |
| Allungamento a rottura | 159–676% | ASTM D412, stampo C |
| Resistenza allo strappo | 12–46,4 kN/m | ASTM D624, stampo B |
| Peso specifico | 1,40–1,55 | ASTM D792 |
| set di compressione | 7–20% dopo 22 ore a 177°C | ASTM D395, Metodo B |
Questa tabella mostra la gamma di durezza della mescola, non una specifica garantita. Una mescola morbida con durezza 25 Shore A e una con durezza 80 Shore A non devono avere lo stesso design della guarnizione, lo stesso margine di strappo o lo stesso metodo di assemblaggio.
Spesso i team si concentrano sulla resistenza alla trazione perché è facile da confrontare. Per una guarnizione statica, la deformazione permanente da compressione, il rilassamento delle tensioni, il rigonfiamento del fluido e la forza di tenuta sono solitamente più rilevanti. La resistenza alla trazione diventa fondamentale durante lo stampaggio, l'assemblaggio, lo stiramento su componenti o l'estrusione a pressione, non necessariamente durante la tenuta statica costante.
Il fluorosilicone è adatto per le guarnizioni dinamiche?
Il fluorosilicone è generalmente più adatto a guarnizioni statiche, guarnizioni, diaframmi, guarnizioni per connettori e componenti di ammortizzazione piuttosto che a guarnizioni a scorrimento continuo.
La limitazione deriva dalla combinazione di una resistenza all'abrasione relativamente bassa, un elevato attrito e una resistenza allo strappo dipendente dalla mescola. Una guarnizione può superare un test di tenuta iniziale e poi usurarsi sulla superficie di contatto dopo ripetuti cicli di utilizzo. Questo cambiamento ritardato è il motivo per cui un'omologazione statica del materiale non dovrebbe essere riutilizzata per un'applicazione alternativa o rotativa.
L'utilizzo dinamico è possibile con una mescola appositamente progettata, una finitura superficiale controllata, una lubrificazione adeguata e test di validazione. Dovrebbe essere considerato un'eccezione ingegneristica piuttosto che la norma.
Quali sono le differenze tra fluorosilicone, silicone e FKM?
| fattore di selezione | silicone VMQ | fluorosilicone FVMQ | fluoroelastomero FKM |
|---|---|---|---|
| Flessibilità alle basse temperature | Eccellente | Da eccellente a molto buono | Solitamente più limitato; dipendente dal grado |
| Resistenza ai carburanti e agli idrocarburi | Limitato | Adatto a molti carburanti e oli | Solitamente forte, ma l'esatta compatibilità con i fluidi varia. |
| resistenza al calore secco | Forte | Forte, spesso al di sotto dei limiti VMQ comparabili | Forte; dipendente dal grado |
| Abrasioni e tenuta dinamica | Limitato | Limitato | Spesso più adatto, a seconda della composizione e del design |
| Resistenza agli agenti atmosferici e all'ozono | Eccellente | Eccellente | Eccellente |
| Costo relativo dei materiali | Inferiore | Alto | Alto |
| Uso comune | Guarnizioni generiche, isolanti, componenti a contatto con gli alimenti e parti di consumo | Guarnizioni per carburante per applicazioni a basse temperature, guarnizioni per il settore aerospaziale, guarnizioni per connettori | Guarnizioni per carburante, olio e prodotti chimici, dove la flessibilità a basse temperature è meno richiesta. |
Scegliere VMQ quando è necessaria un'estrema flessibilità di temperatura ma l'esposizione agli idrocarburi non è grave. Scegliere FVMQ quando la parte deve rimanere flessibile in condizioni di freddo a contatto con carburante o olio. Valutare FKM quando una maggiore resistenza chimica, prestazioni di abrasione o capacità di tenuta dinamica sono più importanti della flessibilità alle temperature molto basse.
Questo confronto è uno strumento di selezione preliminare. La selezione finale richiede dati di test a livello di singolo composto, poiché i voti specifici possono ribaltare la classifica generale.
Quali test dovrebbero essere inclusi in una specifica FVMQ?
Una specifica utilizzabile per i fluorosiliconi collega ciascuna proprietà a un metodo di prova e a una condizione di invecchiamento.
| Requisito | Metodo di prova | Cosa registrare |
|---|---|---|
| Durezza | ASTM D2240 | Valore Shore A e tempo di misurazione |
| Trazione e allungamento | ASTM D412 | Valori originali e invecchiati |
| Resistenza allo strappo | ASTM D624 | Tipo di stampo e spessore del campione |
| set di compressione | ASTM D395 | Metodo, compressione, tempo e temperatura |
| Resistenza ai fluidi | ASTM D471 | Variazione esatta di fluido, temperatura, durata, volume e proprietà. |
| Peso specifico | ASTM D792 | Consistenza del composto e riferimento all'ispezione in entrata |
| Saldatura a bassa temperatura | Metodo aerospaziale specifico per l'applicazione o richiesto | Perdita o recupero alla temperatura minima effettiva |
| Dimensioni del pezzo finito | Disegno e piano di ispezione | Tolleranza dopo post-trattamento e condizionamento |
Non accettate un requisito come "fluorosilicone resistente ai carburanti, 60 Shore A" come specifica completa del materiale. Tale requisito non definisce il fluido, la temperatura, il tempo di invecchiamento, il limite di rigonfiamento, le condizioni di polimerizzazione e l'accettazione del pezzo finito.
In che modo le condizioni di lavorazione modificano le proprietà del fluorosilicone?
FVMQ è disponibile come gomma ad alta consistenza per stampaggio a compressione, Stampaggio a trasferimento, stampaggio a iniezione, estrusione e calandratura. La gomma siliconica fluoroliquida è disponibile anche per lo stampaggio a iniezione automatizzato di liquidi.
Cura e condizioni post-guarigione influenzano la deformazione permanente da compressione, il contenuto volatile, le dimensioni e le proprietà meccaniche finali. Nei dati sulla gomma solida pubblicati da Dow, molte proprietà sono state misurate dopo un Polimerizzazione in pressa per 10 minuti a 171 °C seguita da 4 ore a 200 °C. Queste condizioni descrivono i campioni testati; non dovrebbero essere copiate in una specifica di produzione senza prima aver esaminato lo spessore del pezzo, la chimica di polimerizzazione, il carico del forno e le tolleranze dimensionali.
Le mescole di fluorosilicone possono inoltre ritirarsi in modo diverso rispetto alla gomma nitrilica o al silicone standard. Il riutilizzo di uno stampo esistente può causare variazioni dimensionali anche quando la geometria nominale del pezzo rimane invariata. Il margine di lavorazione deve pertanto essere basato sulla mescola selezionata e sui dati di prova.
Dove viene comunemente utilizzato il fluorosilicone?
FVMQ è particolarmente utile quando sono richiesti contemporaneamente un intervallo di temperatura e la resistenza agli idrocarburi.
Le parti tipiche includono:
- sistema di alimentazione aerospaziale O-ring in silicone e guarnizioni;
- Guarnizioni per connettori di tubazioni del carburante per autoveicoli;
- diaframmi e membrane esposti a olio o carburante;
- inserti per connettori elettrici e guarnizioni ambientali;
- Rivestimenti per tubi flessibili del turbocompressore;
- elementi di tenuta per petrolio, gas e prodotti petrolchimici;
- guarnizioni industriali per basse temperature;
- Guarnizioni EMI in fluorosilicone conduttivo per contenitori esposti a carburante.
Il materiale risulta meno adatto per guarnizioni dinamiche soggette a forte usura, solventi polari aggressivi per i quali non sono disponibili dati di compatibilità, o progetti in cui il silicone standard soddisfa già i requisiti relativi al fluido.
Domande frequenti sulle proprietà del fluorosilicone
Il fluorosilicone è la stessa cosa dell'FKM?
No. FVMQ è un elastomero siliconico fluorurato. FKM è un fluoroelastomero con struttura a base di carbonio. FVMQ generalmente offre una migliore flessibilità alle basse temperature, mentre FKM viene spesso scelto per le sue migliori prestazioni di tenuta chimica o dinamica.
Il fluorosilicone è resistente ai carburanti?
Sì, molti composti FVMQ resistono meglio alla benzina, al carburante per aerei e agli oli di petrolio rispetto al silicone standard. L'approvazione richiede ancora ASTM D471 o test di immersione specifici per l'applicazione nel fluido esatto.
Qual è l'intervallo di durezza normale del fluorosilicone?
I gradi commerciali si aggirano generalmente intorno a 40-80 Riva A, sebbene formulazioni specializzate possano estendersi al di sotto di questo intervallo. La sola durezza non è sufficiente a prevedere la deformazione permanente da compressione, la resistenza allo strappo o il rigonfiamento del carburante.
È possibile utilizzare il fluorosilicone a 200 °C?
Alcuni composti possono funzionare a temperature prossime ai 200 °C in presenza di calore secco. L'utilizzo continuo in combustibili o oli caldi potrebbe richiedere un limite inferiore, poiché il fluido e l'elastomero invecchiano insieme.
Il confine di selezione
L'utilizzo del fluorosilicone è giustificato quando sono richieste sia la tenuta alle basse temperature che la resistenza agli idrocarburi. Se sussiste solo una di queste condizioni, VMQ, FKM, NBR o altri elastomeri possono soddisfare i requisiti a un costo inferiore o con una migliore resistenza all'usura.
Per una decisione finale sul materiale sono necessari il fluido esatto, le temperature continue e di picco, il movimento della guarnizione, la pressione, l'obiettivo di durezza, il limite di deformazione permanente, la durata di servizio prevista e lo standard richiesto, come ad esempio MIL-DTL-25988 o una specifica AMS applicabile. Senza questi input, "FVMQ" è solo una famiglia di polimeri, non una specifica per un componente finito.
