El fluorocarbono es resistente a altas temperaturas, aceites y diversos productos químicos. Es indispensable para tecnologías de vanguardia como la aviación, los misiles, los cohetes y el material aeroespacial modernos. . En los últimos años, a medida que los requisitos de confiabilidad y seguridad de la industria automotriz continúan aumentando, el uso de caucho fluorado en automóviles también ha aumentado rápidamente.
El caucho fluorado se refiere a un elastómero polimérico sintético que contiene átomos de flúor en los átomos de carbono de la cadena principal o de la cadena lateral. El primer caucho fluorado fue el poli2-fluoro-1,3-butadieno y sus * * * polímeros con estireno, propileno, etc. , producido en prueba por DuPont en los Estados Unidos en 1948. Sin embargo, su rendimiento no es mejor que el del caucho de cloropreno y el caucho de butadieno, es caro y no tiene valor industrial práctico. A finales de la década de 1950, la empresa estadounidense Thiokol desarrolló un caucho fluorado nitroso binario con buena resistencia a bajas temperaturas y a oxidantes fuertes (N2O4), y el caucho fluorado comenzó a tener aplicaciones industriales prácticas. Desde entonces, con el avance de la tecnología, se han desarrollado continuamente varios nuevos cauchos fluorados.
Nuestro país también ha desarrollado una variedad de cauchos fluorados desde 1958, principalmente cauchos fluorados de poliolefina, como el caucho fluorado 23, 26, 246 y el caucho fluorado nitroso; posteriormente se desarrolló un caucho fluorado de tetrapropilo más nuevo, el caucho de perfluoroéter y el caucho de fluorósforo. Estas variedades de caucho fluorado se promocionaron y utilizaron por primera vez en campos industriales civiles para satisfacer las necesidades de las industrias militares y de defensa nacional, como la aviación y la aeroespacial.
Propiedades principales
Buena estabilidad química
El caucho fluorado tiene un alto grado de estabilidad química y tiene la mejor resistencia a los medios entre todos los elastómeros actualmente. El caucho fluorado tipo 26 es resistente a aceites a base de petróleo, aceites de diéster, aceites de éter de silicona, aceites de ácido silícico, ácidos inorgánicos, la mayoría de los solventes orgánicos e inorgánicos, medicamentos, etc. , pero no incluye cetonas de bajo peso molecular, éteres, ésteres, aminas, amoníaco, ácido fluorhídrico, ácido clorosulfónico y aceites hidráulicos de ácido fosfórico. Las propiedades dieléctricas del caucho flúor tipo 23 son similares a las del caucho flúor tipo 26 y son más exclusivas. Su resistencia a ácidos inorgánicos oxidantes fuertes, como el ácido nítrico fumante y el ácido sulfúrico concentrado, es mejor que la del caucho con flúor tipo 26. Después de remojar en 98 HNO3 durante 27 días a temperatura ambiente, su expansión de volumen es solo de 13~15.
Excelente resistencia a altas temperaturas
La resistencia a altas temperaturas del caucho flúor es la misma que la del caucho de silicona, y se puede decir que es el mejor elastómero en la actualidad. El caucho fluorado 26-41 se puede utilizar durante mucho tiempo a 250 ℃ y por un corto tiempo a 300 ℃; la resistencia al calor del caucho fluorado 246 es mejor que la del caucho fluorado 26-41. Las propiedades físicas del caucho fluorado 26-41 después del envejecimiento térmico al aire. 300℃×100 horas son las mismas que las de 246. Después del envejecimiento térmico del aire a 300℃×100 horas, el alargamiento de rotura se puede mantener en aproximadamente 100 y la dureza es de 90~95 grados. El tipo 246 todavía mantiene buena elasticidad después de envejecer en aire caliente a 350°C durante 16 horas y después de envejecer en aire caliente a 400°C durante 110 minutos. Después de envejecer con aire caliente a 400°C durante 110 minutos, el alargamiento del caucho que contiene negro de humo en aerosol, negro de humo de craqueo térmico o fibra de carbono aumentó en aproximadamente 65438. El caucho fluorado tipo 23-11 se puede usar durante mucho tiempo a 200°C y por un corto tiempo a 250°C.
Buena resistencia al envejecimiento
El caucho fluorado tiene una excelente resistencia a la intemperie y al ozono. Se informa que el rendimiento de VitonA desarrollado por DuPont sigue siendo satisfactorio después de diez años de almacenamiento natural y no aparecieron grietas evidentes en el aire con una concentración de ozono de 0,01 durante 45 días. El caucho fluorado tipo 23 tiene una excelente resistencia a la intemperie y al ozono.
Excelente rendimiento de vacío
El caucho fluorado tipo 26 tiene un excelente rendimiento de vacío. La tasa de liberación de vacío del caucho vulcanizado con una fórmula básica de caucho fluorado 246 es de sólo 37 × 10-6 Torr/segundo. centímetros cuadrados. El fluoroelastómero 246 se ha utilizado con éxito en condiciones de vacío de 10-9 Torr.
Excelentes propiedades mecánicas
El caucho fluorado tiene excelentes propiedades físicas y mecánicas. Generalmente, la resistencia del caucho fluorado tipo 26 es de 10 ~ 20 MPa, el alargamiento a la rotura es de 150 ~ 350 y la resistencia al desgarro es de 3 ~ 4 kN/m. La resistencia del caucho fluorado tipo 23 es de 15,0 ~ 25 MPa y el alargamiento es 200. ~600, la resistencia al desgarro es de 2~7MPa.
La deformación permanente por compresión del caucho fluorado a alta temperatura es generalmente mayor, pero si se compara en las mismas condiciones, como la deformación permanente por compresión del mismo tiempo a 150°C, tanto el caucho de butadieno como el cloropreno son mayores que el caucho fluorado tipo 26, y el tipo 26 caucho fluorado La compresión fraguada a 200°C x 24 horas es equivalente a la del caucho de butadieno a 150°C x 24 horas.
Buen rendimiento eléctrico.
El caucho fluorado tipo 23 tiene buenas propiedades eléctricas y una menor higroscopicidad que otros elastómeros, por lo que puede utilizarse como un buen material aislante eléctrico. El caucho tipo 26 se puede utilizar a bajas frecuencias y bajas presiones.
Baja permeabilidad a los gases
El caucho fluorado tiene una gran solubilidad en gases, pero su velocidad de difusión es relativamente pequeña, por lo que la permeabilidad general también es pequeña. Se informa que la permeabilidad del caucho fluorado tipo 26 al oxígeno, nitrógeno, helio y dióxido de carbono a 30°C es equivalente a la del caucho de butilo y al caucho de butadieno, pero mejor que la del caucho de cloropreno y el caucho natural.
Mal rendimiento a bajas temperaturas
El bajo rendimiento a bajas temperaturas del caucho fluorado se debe a su propia estructura química, como 23-11 tipo TG > 0 ℃. Las propiedades a baja temperatura del caucho fluorado que se utilizan normalmente se expresan mediante la temperatura de fragilidad y el coeficiente de resistencia al frío por compresión. La fórmula del compuesto de caucho y la forma del producto (como el grosor) tienen una gran influencia en la temperatura de fragilidad. La cantidad de relleno en la fórmula aumenta, la sensibilidad a la temperatura de la fragilidad empeora, el espesor del producto aumenta y aumenta la miscibilidad de la fragilidad.
Pobre resistencia a la radiación
La resistencia a la radiación del caucho flúor es uno de los elastómeros más pobres. Después de la irradiación, el caucho tipo 26 muestra un efecto de reticulación y el caucho fluorado tipo 23 muestra un efecto de agrietamiento. Cuando se irradia caucho fluorado tipo 246 en aire a temperatura ambiente a una dosis de 5×107, sus propiedades cambian significativamente. Bajo la condición de 1 × 107, la dureza aumenta de 1 a 3 grados, la resistencia disminuye a menos de 20 y el alargamiento disminuye de 30 a 50. Por lo tanto, generalmente se cree que el caucho fluorado tipo 246 puede soportar 65438.
Aplicaciones clave
Debido a sus propiedades de resistencia a altas temperaturas, resistencia al aceite, alta resistencia al vacío, resistencia a ácidos y álcalis y resistencia a diversos productos químicos, el caucho fluorado se ha utilizado en la industria moderna. aviación, misiles y cohetes, aeroespacial, construcción naval, energía atómica y otras tecnologías de vanguardia y automóviles, construcción naval, química, petróleo, telecomunicaciones, instrumentos, maquinaria y otros campos industriales.
Aplicaciones típicas
Los sellos de caucho fluorado pueden funcionar a 200 ℃ ~ 250 ℃ durante un tiempo prolongado y a 300 ℃ durante un período corto. La vida útil puede ser la misma que la reparación del motor. vida, alcanzando 1000~5000 horas de vuelo (5 a 10 años cuando se utiliza en la industria química, puede sellar ácidos inorgánicos (como el ácido sulfúrico 67 a 140°C, ácido clorhídrico concentrado a 70°C, ácido nítrico a 30); °C), disolventes orgánicos (como hidrocarburos clorados, benceno, gasolina altamente aromática) y otras sustancias orgánicas (como butadieno, estireno, propileno, fenol, ácidos grasos, etc. a 275 °C). Cuando se utiliza para la producción de petróleo en pozos profundos, puede soportar las duras condiciones de trabajo de 149°C y 420 de presión atmosférica; cuando se utiliza para el sellado con vapor sobrecalentado, puede funcionar en un medio de vapor de 160~170°C durante mucho tiempo. En la producción de silicio monocristalino, se utilizan comúnmente sellos de caucho fluorado para sellar medios especiales a altas temperaturas (300°C): triclorosilano, tetracloruro de silicio, arseniuro de galio, tricloruro de fósforo, tricloroetileno, ácido clorhídrico a 120°C.
En aplicaciones de alto vacío, cuando la altitud de vuelo es de 200 ~ 300 km, la presión del aire es 133×10-6pa (10-6 mmHg) y se pueden utilizar caucho de cloropreno, caucho de butilo y caucho de butilo. . Cuando la altitud de vuelo supera los 643 km, la presión del aire caerá por debajo de 133 x 10-7pa (10-7 mmhg). En este alto vacío, solo se puede utilizar caucho fluorado. Por lo general, los sistemas de equipos de alto vacío o ultra alto vacío requieren un procesamiento de horneado a alta temperatura. Los cauchos fluorados tipo 26 y 246 pueden resistir el envejecimiento a altas temperaturas de 200 ℃ ~ 250 ℃, por lo que se han convertido en los materiales de caucho más importantes en equipos de alto vacío y naves espaciales.
Las mangueras de caucho fluorado son adecuadas para altas temperaturas, aceites y medios especiales, como combustible de aviación, aceite hidráulico, aceite de diéster sintético, aire caliente a alta temperatura, medios inorgánicos calientes y otros medios especiales (como Hidrocarburos clorados y otros cloruros) transporte y orientación. Los alambres y cables fabricados con fluoroelastómero tienen buena flexibilidad y buen aislamiento. La cinta de fibra de vidrio hecha de caucho fluorado es resistente a altas temperaturas de 300°C y a la corrosión química.
Después de recubrir la tela de aramida con caucho fluorado, se puede usar para fabricar tubos telescópicos para conectar tanques de almacenamiento ácido-base de alta temperatura en plantas petroquímicas (se pueden conectar bridas metálicas en ambos extremos y puede soportar alta presión y alta temperatura). y corrosión media, y es adecuado para dos tanques de almacenamiento. La deformación y expansión desempeñan un papel amortiguador y amortiguador. Las bolsas con sellado de cinta hechas de tela de nailon recubierta con caucho fluorado se utilizan como sellos blandos para tanques de almacenamiento de techo flotante en refinerías para sellar y reducir las pérdidas por evaporación del nivel de aceite.
Los fluoroelastómeros de propileno tipo 23 y 4 se utilizan principalmente en aplicaciones de sellado corrosivo que son resistentes a ácidos y productos químicos especiales. El fluoroelastómero de hidroxinitrosil se utiliza principalmente como productos protectores y productos de sellado, y como recubrimientos no combustibles en forma de solución para componentes electrónicos ignífugos que funcionan con oxígeno puro. Su solución y caucho líquido se pueden rociar y verter en muchos productos, como trajes espaciales, guantes, correas para tubos, pelotas, etc. También se puede utilizar como adhesivo para vidrio, metal y tela, y se puede utilizar para fabricar esponjas, juntas, juntas tóricas, cápsulas, sellos de válvulas y más. Contacto con propulsor de cohetes (N2O4).
Los sellos hechos de caucho fluorado serie G son resistentes al vapor de alta temperatura, gasolina con metanol o gasolina que contiene hidrocarburos altamente aromáticos, lo que no se puede lograr usando VitonA, B, E y otros cauchos fluorados. Caucho fluorado GLT, caucho fosfórico clorado, caucho perfluoroéter, etc. Tiene las características de un amplio rango de temperatura de funcionamiento, flexibilidad a baja temperatura y sellado elástico. El caucho de perfluoroéter también tiene una excelente resistencia a la corrosión de los medios y se usa ampliamente en tecnología militar de vanguardia.
La masilla es un sellador hecho de caucho fluorado. Tiene una excelente resistencia al combustible y se puede utilizar en aceite a aproximadamente 200 °C. Se utiliza como material de sellado para tanques de combustible de aviones. La esponja de celda cerrada hecha de caucho fluorado tiene las ventajas de resistencia a los ácidos, resistencia al aceite, amplio rango de temperatura y buen aislamiento. Puede usarse como material de sellado para combustible para cohetes, solventes, aceite hidráulico, aceite lubricante y grasa, y también puede usarse como material amortiguador para cohetes y misiles. La resistencia a la temperatura puede alcanzar los 204 ℃. La tela de fibra de asbesto impregnada con emulsión de caucho fluorado se puede convertir en una lámina de caucho de asbesto, que se puede utilizar en situaciones resistentes a altas temperaturas, combustión y corrosión química.
Industria del automóvil
En los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria del automóvil, la temperatura de las cabinas de los automóviles ha aumentado y el uso de combustibles modificados y combustibles de motor altamente corrosivos se ha vuelto cada vez más común. Los fluorocarbonos se utilizan cada vez más como materiales de sellado para automóviles.
Para mejorar la potencia de los motores de los automóviles, ahorrar combustible y garantizar la seguridad en la conducción, ha surgido un nuevo sistema de inyección de combustible. En este sistema, el automóvil circula desde el tanque de combustible hacia el motor y nuevamente hacia el tanque, donde una mezcla de gasolina y oxígeno produce hidroperóxidos. La gasolina que contiene peróxido de hidrógeno se llama "gasolina agria" y puede ablandar o endurecer varios cauchos de hidrocarburos. Pero el caucho fluorado no se deteriora debido al contacto con la gasolina agria.
Países de todo el mundo formulan cada año nuevas normas de protección medioambiental. Las emisiones totales de hidrocarburos de los vehículos son cada vez más restringidas, lo que hace cada vez más difícil para la industria automotriz cumplir con este requisito. En los Estados Unidos, los automóviles deben pasar una prueba de estacionamiento techado. Viton tiene excelentes propiedades de barrera contra la penetración de hidrocarburos (Tabla 1). La penetración de hidrocarburos se puede reducir si la estructura de la manguera de combustible se cubre con una capa de fluoroelastómero.
Los productos del sistema de combustible automotriz deben funcionar normalmente dentro del rango de temperatura de -40 ℃ ~ 150 ℃. Sin embargo, a medida que aumenta el contenido de flúor, la resistencia a bajas temperaturas del caucho fluorado empeora (la temperatura de transición vítrea aumenta). Para fabricar productos con un rendimiento normal a -40°C, es necesario mejorar los productos de caucho fluorado con poca resistencia al frío. Hoy en día, se ha desarrollado y comercializado caucho de perfluoroéter, lo que ha mejorado efectivamente el rendimiento a baja temperatura del caucho fluorado. Sin embargo, debido a cuestiones de precio, todavía es difícil promocionarlo en grandes cantidades.
La industria del automóvil está muy preocupada por el combustible metanol y está ansiosa por llevar a cabo investigaciones sobre FFV (vehículos de combustible flexible) que puedan adaptarse a cualquier combustible, especialmente los FFV con partes de goma. Cuando se mezcla metanol con gasolina, la expansión volumétrica del caucho fluorado es aproximadamente 10. Pero en el caso del metanol, el hinchamiento volumétrico del caucho fluorado varía mucho debido a los diferentes contenidos de flúor. Cuando el contenido de flúor es alto, casi no se produce hinchamiento, pero a medida que el contenido de flúor disminuye, el hinchamiento en el área de baja temperatura aumenta especialmente cuando el contenido de flúor es 66, el hinchamiento del volumen aumentará significativamente. Se puede considerar que el valor de SP del conjugado de metanol generado por enlaces de hidrógeno a baja temperatura es cercano al de un polímero con un contenido de flúor de 66.
En cierto sentido, el caucho fluorado también es un producto que crece con el progreso y desarrollo de los tiempos.
Aunque estos materiales son costosos, tienen un alto valor práctico debido a su excelente resistencia al desgaste, resistencia al aceite y confiabilidad. Por eso no sorprende que sus dosis aumentaran gradualmente. Todavía existe un gran potencial y posibilidades en el desarrollo del fluoruro, y se espera que en el futuro se desarrollen fluoropolímeros con mayor valor de uso.