Inżynierowie zazwyczaj biorą pod uwagę fluorosilikon, gdy standardowy silikon nie toleruje paliwa ani oleju. Trudność polega na oddzieleniu ogólnej reputacji polimeru od zachowania konkretnego związku.
Właściwości fluorosilikonu łączą w sobie elastyczność w niskich temperaturach, podobną do silikonu, z lepszą odpornością na paliwa, oleje i wiele rozpuszczalników niepolarnych. Jego głównymi ograniczeniami są odporność na ścieranie, tarcie, rozdzieranie, uszczelnienie dynamiczne oraz kompatybilność chemiczna poza węglowodorami.
Czym jest kauczuk fluorosilikonowy?
Kauczuk fluorosilikonowy to elastomer silikonowy modyfikowany fluorowanymi grupami bocznymi, zazwyczaj grupami trifluoropropylowymi. Modyfikacja ta ogranicza interakcje z płynami węglowodorowymi, zachowując jednocześnie znaczną elastyczność temperaturową i odporność kauczuku silikonowego na warunki atmosferyczne.
Powszechnie używaną nazwą jest FVMQ, skrót od kauczuku fluorowinylowo-metylosilikonowego. ASTM D1418 identyfikuje polimer jako FVMQ. Zgodnie z normami ASTM D2000 i SAE J200 związki fluorosilikonowe są generalnie klasyfikowane jako Typ FK.
FVMQ nie należy mylić z FKM. Oba są elastomerami fluorowanymi, ale ich szkielety polimerowe, właściwości niskotemperaturowe, możliwości przetwarzania i ograniczenia szczelności różnią się.
Które właściwości fluorosilikonu są najważniejsze?
Główną zaletą FVMQ nie jest pojedyncza, izolowana właściwość. Jest nią połączenie elastyczności w niskich temperaturach i odporności na działanie płynów węglowodorowych.
| Nieruchomość | Typowe zachowanie | Implikacja projektowa |
|---|---|---|
| Temperatura pracy | Typowe wytyczne dotyczące związków chemicznych to około -60°C do 200°C | Szeroki zakres, ale narażenie na działanie cieczy i ruch uszczelnienia mogą zmniejszyć użyteczną granicę |
| Odporność na paliwo i olej | Lepszy niż standardowy silikon VMQ | Nadaje się do wielu paliw ropopochodnych, paliw lotniczych, olejów silnikowych i środków smarnych po przeprowadzeniu testów zgodności |
| Elastyczność w niskich temperaturach | Mocny w porównaniu do wielu elastomerów odpornych na węglowodory | Przydatny do uszczelnień w przemyśle lotniczym i na zewnątrz narażonych na zimne rozruchy |
| Zestaw kompresyjny | Często nadaje się do stosowania w masach uszczelniających statycznie | Należy sprawdzić rzeczywistą temperaturę, ściskanie i czas ekspozycji |
| Odporność na warunki atmosferyczne, ozon i promieniowanie UV | Generalnie silny | Nadaje się do uszczelek odsłoniętych i uszczelnień złączy |
| Odporność na ścieranie | Słaby | Unikaj kontaktu ślizgowego, chyba że testy potwierdzają projekt |
| Tarcie | Relatywnie wysoki | Zwiększa ryzyko w przypadku uszczelnień posuwisto-zwrotnych lub obrotowych |
| Wytrzymałość na rozdarcie | Zależne od związku; często niższe niż w przypadku bardziej wytrzymałych elastomerów uszczelniających dynamicznie | Ostrożność jest konieczna w przypadku cienkich krawędzi, ostrych narożników i szorstkich powierzchni montażowych |
| Koszt | Wyższy niż standardowy silikon | Używaj go tam, gdzie wymagany jest opór płynów, a nie jako domyślnego ulepszenia |
To tendencje selekcyjne, a nie specyfikacje zakupowe. System wypełniacza, zawartość fluoru, system utwardzania, proces utwardzania, twardość i metoda badania mogą znacząco wpłynąć na wynik.
Jaki zakres temperatur wytrzymuje fluorosilikon?
Praktyczny zakres początkowy dla wielu związków FVMQ to około -60°C do 200°C. Specjalistyczne mieszanki do uszczelek typu O-ring mogą zachować funkcjonalność w temperaturze bliskiej -73°C w warunkach statycznych. Podane wartości graniczne temperatury suchego nagrzewania mogą sięgać około 200°C, ale tej samej temperatury nie należy automatycznie stosować do uszczelek zanurzonych w paliwie lub oleju.
Granica zmienia się wraz z:
- ekspozycja ciągła i przerywana;
- suche powietrze w porównaniu z zanurzeniem w paliwie, środku smarującym lub rozpuszczalniku;
- kompresja statyczna kontra ruch powtarzalny;
- przekrój uszczelnienia i ściskanie;
- formulacja związku i utwardzanie po utwardzeniu;
- stan płynu po starzeniu cieplnym.
W wysokich temperaturach płyn może utleniać się lub tworzyć kwaśne produkty uboczne. Związek, który pomyślnie przeszedł starzenie w suchym cieple, może nadal tracić właściwości uszczelniające w starzejącym się smarze. Z tego powodu odporność na temperaturę i chemikalia należy testować łącznie, a nie zatwierdzać na podstawie dwóch oddzielnych kolumn w karcie charakterystyki.
Jak odporny jest fluorosilikon na paliwo i olej?
Fluorosilikon jest wybierany przede wszystkim ze względu na odporność na benzynę, paliwo lotnicze, oleje naftowe, oleje silnikowe, płyny przekładniowe i wiele rozpuszczalników niepolarnych. Zazwyczaj pęcznieje w tych płynach mniej niż standardowy silikon.
Słowo “odporny” nadal wymaga podania liczby. Pęcznienie objętościowe, zmiana twardości, retencja przy rozciąganiu, retencja przy wydłużeniu i zmiana masy powinny być mierzone po określonym czasie zanurzenia.
Opublikowane dane z Przewodnik po wyborze produktów fluorosilikonowych Dow pokaż, jak formuła zmienia wynik. Wybrane stałe zasady FVMQ zarejestrowały około 15–23% wzrost głośności w paliwach referencyjnych ASTM w wymienionych warunkach. Niektóre związki wykazały około 3,5–4% pęcznieją w oleju IRM 903 w temperaturze 150°C. Wartości te odnoszą się do wymienionych materiałów i warunków testowych i nie stanowią uniwersalnych limitów FVMQ.
Płyny, które nadal wymagają ostrożności
FVMQ nie jest chemicznie uniwersalny. Publikowane poradniki doboru często ostrzegają przed płynami hamulcowymi, ketonami, hydrazyną, aldehydami i aminami. Płyny mieszane są trudniejsze w użyciu, ponieważ niewielki pakiet dodatków może kontrolować pęcznienie lub ekstrakcję, nawet gdy płyn bazowy wydaje się kompatybilny.
Przed określeniem FVMQ należy zidentyfikować:
- dokładny rodzaj płynu handlowego lub paliwa;
- temperatury pracy i czyszczenia;
- ciągły czas ekspozycji;
- cykle ciśnienia i dekompresji;
- dopuszczalna objętość pęcznienia i zmiana twardości;
- czy część ma kontakt ze świeżym czy termicznie starzonym płynem.
Jakie są typowe właściwości mechaniczne FVMQ?
Właściwości mechaniczne są zbyt zróżnicowane, aby jedna “typowa” karta charakterystyki mogła reprezentować dany polimer. Przydatną ilustracją jest portfolio stałych polimerów FVMQ firmy Dow po podanych warunkach utwardzania pod ciśnieniem i po utwardzeniu.
| Nieruchomość | Opublikowany zakres w wybranych bazach Dow FVMQ | Metoda testowa |
|---|---|---|
| Twardość | 25–81 Brzeg A | ASTM D2240 |
| Wytrzymałość na rozciąganie | 7,5–12,1 MPa | ASTM D412, matryca C |
| Wydłużenie przy zerwaniu | 159–676% | ASTM D412, matryca C |
| Wytrzymałość na rozdarcie | 12–46,4 kN/m | ASTM D624, matryca B |
| Środek ciężkości | 1,40–1,55 | ASTM D792 |
| Zestaw kompresyjny | 7–20% po 22 h w temperaturze 177°C | ASTM D395, Metoda B |
Ta tabela przedstawia zakres mieszanki, a nie gwarantowaną specyfikację. Miękki materiał o twardości 25 Shore A i materiał o twardości 80 Shore A nie powinny mieć tej samej konstrukcji dławika, tolerancji na rozdarcie ani metody montażu.
Zespoły często koncentrują się na wytrzymałości na rozciąganie, ponieważ jest ona łatwa do porównania. W przypadku uszczelek statycznych, odkształcenie trwałe pod wpływem ściskania, relaksacja naprężeń, pęcznienie cieczy i siła uszczelniająca są zazwyczaj bardziej istotne. Wytrzymałość na rozciąganie staje się krytyczna podczas wyjmowania z formy, montażu, rozciągania na sprzęcie lub wytłaczania ciśnieniowego – niekoniecznie podczas stałego uszczelniania statycznego.
Czy fluorosilikon nadaje się do uszczelnień dynamicznych?
Fluorosilikon jest zazwyczaj lepiej przystosowany do uszczelnienia statyczne, podkładki, membrany, uszczelnienia złączy i części amortyzujące niż do ciągle przesuwających się uszczelek.
Ograniczenie wynika z połączenia stosunkowo niskiej odporności na ścieranie, wysokiego tarcia i zależnej od materiału wytrzymałości na rozdarcie. Uszczelnienie może przejść wstępny test szczelności, a następnie zużyć się na powierzchni styku po wielokrotnych uderzeniach. To opóźnione zmiany są powodem, dla którego atest materiału statycznego nie powinien być ponownie wykorzystywany w zastosowaniach posuwisto-zwrotnych lub obrotowych.
Dynamiczne użytkowanie jest możliwe dzięki specjalnie zaprojektowanej mieszance, kontrolowanemu wykończeniu powierzchni, odpowiedniemu smarowaniu i testom walidacyjnym. Należy to traktować jako wyjątek, a nie jako domyślną praktykę.
Jak fluorosilikon wypada w porównaniu z silikonem i FKM?
| Czynnik selekcji | Silikon VMQ | FVMQ fluorosilikon | Fluoroelastomer FKM |
|---|---|---|---|
| Elastyczność w niskich temperaturach | Doskonały | Doskonały do bardzo dobrego | Zwykle bardziej ograniczone; zależne od stopnia |
| Odporność na paliwo i węglowodory | Ograniczony | Nadaje się do wielu paliw i olejów | Zwykle mocne, ale dokładna zgodność płynów jest różna |
| Odporność na suche ciepło | Mocny | Silne, często poniżej porównywalnych limitów VMQ | Silny; zależny od stopnia |
| Ścieranie i uszczelnianie dynamiczne | Ograniczony | Ograniczony | Często bardziej odpowiednie, w zależności od związku i projektu |
| Odporność na warunki atmosferyczne i ozon | Doskonały | Doskonały | Doskonały |
| Względny koszt materiału | Niżej | Wysoki | Wysoki |
| Typowe zastosowanie | Uszczelnienia ogólne, izolacje, części mające kontakt z żywnością i części konsumenckie | Uszczelki paliwowe do pracy w niskich temperaturach, uszczelki lotnicze, uszczelki złączy | Uszczelnienia paliwowe, olejowe i chemiczne, w przypadku których elastyczność w niskich temperaturach jest mniej wymagana |
Wybierać VMQ gdy wymagana jest ekstremalna elastyczność temperaturowa, ale narażenie na węglowodory nie jest poważne. Wybierz FVMQ gdy część musi zachować elastyczność w niskich temperaturach, w kontakcie z paliwem lub olejem. Oceń FKM gdy większa odporność chemiczna, odporność na ścieranie lub zdolność do dynamicznego uszczelniania są ważniejsze niż elastyczność w bardzo niskich temperaturach.
To porównanie jest narzędziem selekcji. Ostateczny wybór wymaga danych z testów na poziomie złożonym, ponieważ oceny specjalistyczne mogą odwrócić ogólną klasyfikację.
Jakie testy należy uwzględnić w specyfikacji FVMQ?
Użyteczna specyfikacja fluorosilikonu łączy każdą właściwość z metodą testową i warunkami starzenia.
| Wymóg | Metoda testowa | Co nagrywać |
|---|---|---|
| Twardość | ASTM D2240 | Wartość Shore'a A i czas pomiaru |
| Rozciąganie i wydłużenie | ASTM D412 | Wartości oryginalne i wiekowe |
| Wytrzymałość na rozdarcie | ASTM D624 | Typ matrycy i grubość próbki |
| Zestaw kompresyjny | ASTM D395 | Metoda, kompresja, czas i temperatura |
| Opór płynów | ASTM D471 | Dokładne dane dotyczące płynu, temperatury, czasu trwania, objętości i zmiany właściwości |
| Środek ciężkości | ASTM D792 | Spójność związku i odniesienie do kontroli odbiorczej |
| Uszczelnianie w niskiej temperaturze | Metoda specyficzna dla danego zastosowania lub wymagana w przemyśle lotniczym | Wyciek lub odzysk przy rzeczywistej minimalnej temperaturze |
| Wymiary gotowej części | Rysunek i plan inspekcji | Tolerancja po utwardzaniu i kondycjonowaniu |
Nie należy akceptować wymogu takiego jak “fluorosilikon odporny na paliwo, 60 Shore A” jako pełnej specyfikacji materiałowej. Pozostawia on nieokreślone parametry dotyczące płynu, temperatury, czasu starzenia, granicy pęcznienia, stanu utwardzania i akceptacji gotowego elementu.
Jak warunki przetwarzania zmieniają właściwości fluorosilikonu?
FVMQ jest dostępny jako kauczuk o wysokiej konsystencji do formowanie tłoczne, formowanie transferowe, formowanie wtryskowe, wytłaczanie i kalandrowanie. Kauczuk silikonowy fluoro-ciekły jest również dostępny do zautomatyzowanego formowania wtryskowego w stanie ciekłym.
Wyleczyć i warunki po wyleczeniu Wpływ na odkształcenie trwałe po ściskaniu, zawartość substancji lotnych, wymiary i końcowe właściwości mechaniczne. W opublikowanych przez Dow danych dotyczących gumy stałej, wiele właściwości zmierzono po 10-minutowe utwardzanie w temperaturze 171°C, a następnie 4 godziny w temperaturze 200°C. Warunki te opisują badane próbki; nie należy ich kopiować do specyfikacji produkcyjnej bez sprawdzenia grubości części, składu chemicznego utwardzania, obciążenia pieca i tolerancji wymiarowej.
Związki fluorosilikonowe mogą również kurczyć się inaczej niż kauczuk nitrylowy lub standardowy silikon. Ponowne użycie istniejącej formy może spowodować dryft wymiarowy, nawet jeśli nominalna geometria części pozostaje niezmieniona. Dlatego naddatek na oprzyrządowanie powinien być oparty na wybranym związku i danych z prób.
Gdzie powszechnie stosuje się fluorosilikon?
Materiał FVMQ jest najbardziej przydatny tam, gdzie wymagany jest jednocześnie zakres temperatur i odporność na węglowodory.
Typowe części obejmują:
- układ paliwowy lotniczy silikonowe pierścienie uszczelniające i uszczelki;
- uszczelki złączy przewodów paliwowych samochodowych;
- przepony i membrany narażone na działanie oleju lub paliwa;
- wkładki złączy elektrycznych i uszczelnienia środowiskowe;
- tuleje węża turbosprężarki;
- elementy uszczelniające do zastosowań w przemyśle naftowym, gazowym i petrochemicznym;
- uszczelki przemysłowe niskotemperaturowe;
- uszczelki EMI z przewodzącego fluorosilikonu do obudów narażonych na działanie paliwa.
Materiał ten jest mniej przekonujący w przypadku uszczelnień dynamicznych o dużej odporności na zużycie, agresywnych rozpuszczalników polarnych, dla których nie ma danych dotyczących kompatybilności, lub projektów, w których standardowy silikon spełnia już wymagania dotyczące płynności.
Często zadawane pytania dotyczące właściwości fluorosilikonu
Czy fluorosilikon to to samo co FKM?
Nie. FVMQ to fluorowany elastomer silikonowy. FKM to fluoroelastomer z rdzeniem węglowym. FVMQ zazwyczaj zapewnia lepszą elastyczność w niskich temperaturach, podczas gdy FKM jest często wybierany ze względu na lepszą odporność chemiczną lub właściwości dynamicznego uszczelnienia.
Czy paliwo fluorosilikonowe jest odporne?
Tak, wiele mieszanek FVMQ jest bardziej odpornych na benzynę, paliwo lotnicze i oleje ropopochodne niż standardowy silikon. Wymagana jest jednak homologacja. ASTM D471 lub testowanie zanurzeniowe specyficzne dla danego zastosowania w konkretnym płynie.
Jaki jest normalny zakres twardości fluorosilikonu?
Klasy komercyjne zwykle mieszczą się w przedziale 40–80 Brzeg A, chociaż specjalistyczne formulacje mogą być niższe od tego zakresu. Sama twardość nie jest wyznacznikiem wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na rozdarcie ani pęcznienia pod wpływem paliwa.
Czy fluorosilikon można stosować w temperaturze 200°C?
Niektóre związki mogą pracować w temperaturze bliskiej 200°C w suchym cieple. Ciągła praca w gorącym paliwie lub oleju może wymagać niższego limitu, ponieważ płyn i elastomer starzeją się jednocześnie.
Granica wyboru
Fluorosilikon jest uzasadniony, gdy wymagane jest zarówno uszczelnienie niskotemperaturowe, jak i odporność na węglowodory. Jeśli spełniony jest tylko jeden warunek, VMQ, FKM, NBR lub inny elastomer może spełnić wymagania przy niższych kosztach lub lepszej odporności na zużycie.
Ostateczna decyzja dotycząca materiału wymaga dokładnej temperatury płynu, ciągłej i szczytowej, ruchu uszczelnienia, ciśnienia, docelowej twardości, granicy odkształcenia trwałego przy ściskaniu, oczekiwanego okresu użytkowania i wymaganej normy, takiej jak MIL-DTL-25988 lub stosowną specyfikację AMS. Bez tych danych wejściowych “FVMQ” jest jedynie rodziną polimerów, a nie specyfikacją gotowego elementu.
