Фторсиликон (FVMQ)

Фторсиликон — это синтетический кремнийорганический эластомер, объединяющий характеристики силикона и фторсодержащих полимеров. В данном материале подробно рассмотрим, какие свойства и характеристики имеет фторсиликон (FVMQ), его сферу применения и основные отличия от похожих полимеров: стандартного силиконового каучука и фторкаучука.

Фторсиликон выделяется среди эластомеров благодаря уникальным свойствам, сочетающим преимущества силиконовых эластомеров (VMQ) и фторэластомеров (FKM).

Силиконовые эластомеры (VMQ) отличаются термостойкостью и устойчивостью к низким температурам, озону, ультрафиолету и многим химическим соединениям. Фторэластомеры (FKM) характеризуются своей устойчивостью к топливу, маслам, гидравлическим жидкостям, растворителям .

FVMQ объединяет эти качества: термостабильность и эластичность силикона с инертностью фторсодержащих каучуков. Эти материалы предназначены для эксплуатации в сложных условиях.

Химический состав и структура фторсиликоновых каучуков

Основная цепь полимера — линейная, образованная повторяющимися звеньями кремний-кислородной связи (Si–O–Si). Боковые ответвления содержат различные фторсодержащие группы: прежде всего, трифторпропильные (CF3–CH2–CH2–), а также некоторые другие.

Трифторпропильные группы изменяют молекулярную структуру фторсиликоновых эластомеров, нарушая регулярность цепи, снижая температуру кристаллизации и степень кристалличности. Это улучшает его эксплуатационные свойства при низких температурах.

Структура материала играет ключевую роль в его свойствах. Рассмотрим основные особенности:

• Гибкость основной цепи делает материал эластичным и позволяет ему сохранять рабочие характеристики при низких температурах.
• Прочные связи C–F обеспечивают высокую теплостойкость, а также устойчивость материала к маслам, растворителям, контактам с агрессивными химическими соединениями.
• Присутствие фтора дополнительно повышает химическую стойкость материала и его огнезащитные свойства.
• Нарушение регулярности полимерной цепи может влиять на механические характеристики: прочность на растяжение.

Ключевые свойства и технические характеристики

Фторсиликон — материал с высокой температурной устойчивостью, практически не набухает в маслах и топливах, химически инертен (кроме концентрированных органических кислот), устойчив к атмосферным воздействиям, сохраняет эластичность после сжатия, обладает отличными электроизоляционными свойствами, низким трением, долговечностью (до 30 лет). Однако фторсиликон не устойчив к ацетону, кетонам, аминам и альдегидам.

Параметры варьируются в зависимости от марки.

Диапазон рабочих температур фторсиликона

Температурный диапазон фторсиликона зависит от модификации и условий эксплуатации.

Обычно он колеблется от −60 ⁰C до +170...+177 ⁰C. Однако, с модифицирующими добавками, верхний порог температуры можно временно поднять до +230...+232 ⁰C. Но использовать фторсиликон при такой температуре можно только ограниченное время.

Стойкость к маслам, топливу и агрессивным средам

Фторсиликон устойчив к углеводородам благодаря своим трифторпропильным группам, которые формируют защитный барьер и сохраняют гибкость материала. При комнатной температуре он практически не набухает в бензине (на 5–10%), что делает его идеальным для работы с топливом.

Фторсиликон устойчив к:

• автомобильному, дизельному и авиационному топливу;
• минеральным маслам (трансмиссионным и моторным);
• бензолу, толуолу и трихлорэтилену;
• разбавленным кислотам и щелочам.

Механические свойства материала

• Прочность фторсиликона — 7–11 МПа.
• Сохраняет эластичность до –50 C. Относительное удлинение: 100–300%.
• Износостойкость: высокая при динамических нагрузках и деформациях. Устойчив к истиранию, однако при сухом трении износ возрастает.

Сравнение фторсиликона с силиконом (MVQ) и фторкаучуком (FKM/FPM): что выбрать

MVQ (силикон) — отличный вариант для нейтральных сред (вода, воздух, некоторые спирты и гликоли). Этот материал отличается морозостойкостью и эластичностью, что оптимально подходит для статического уплотнения. Однако в присутствии масел и углеводородов он быстро разрушается.

FVMQ (фторсиликон) — лучший выбор, если вам нужна устойчивость к низким температурам (до -60 ⁰C) и нефтепродуктам (топливо, масла, растворители). Он используется в топливных системах, особенно в условиях низких температур. Однако он не совместим с кетонами, альдегидами и аминами. Его низкая износостойкость ограничивает применение в динамических узлах с сильным трением.

FKM/FPM (фторкаучук) — наиболее подходящий материал для работы с экстремальными температурами и агрессивной химической средой (концентрированные кислоты, щёлочи, растворители). Он также отличается высокой прочностью и износостойкостью, что делает его подходящим для нагруженных узлов. Однако при температурах ниже -20 ⁰C фторкаучук теряет эластичность. Для некоторых условий (горячая вода, пар, специфические химикаты) могут потребоваться специализированные марки.

Обозначения

Маркировка

Каучуки с метильными, винильными и фторсодержащими заместителями в полимерной цепи обозначают аббревиатурой FVMQ.

Стандарты

• ГОСТ ISO 1629–2019 (идентичен ISO 1629:2013)
• DIN EN 3826–2015 — немецкий стандарт для использования материала в аэрокосмической отрасли
• ТУ 38.10.5.1166-73
• ТУ 22.19.20-007-32461352-2023.

Марки

• СП-ФС-82-1, СП-ФС-83, СП-ФС-84, СП-ФС-87 — для компонентов для масляных трансформаторов.
• FVMQ-60 (фторсиликоновая смесь РК-70601) — высокая устойчивость к бензину, маслам и топливу.
• FVMQ-70 (смесь РК-70701) — манжеты, уплотнения, прокладки.

 Применение фторсиликона

Фторсиликоновые резиновые смеси

Основу составляют фторсиликоновые каучуки. В них добавляют:

Наполнители: увеличивают прочность, износостойкость и твёрдость материала.

Вулканизаторы: чаще всего используют перекисный способ.

Ускорители и активаторы.

Антиоксиданты: защищают резиновые смеси от термического и окислительного воздействия. Пластификаторы: улучшают технологичность материала, но для высокотермостойких резин их количество сводят к минимуму.

Красители: придают цвет.

Рецептуры

Резиновые смеси создают с учётом требований к маслобензостойкости, механическим характеристикам, остаточной деформации и твёрдости.

Твёрдость по шкале Шору А

Твёрдость фторсиликоновых резин варьируется от 40 до 80 единиц. Её можно регулировать, меняя состав смеси.

Типы уплотнительных элементов и их назначение

• Кольца используются в топливных системах, гидравлике, двигателях и экологических системах аэрокосмической и автомобильной отраслей.
• Манжеты герметизируют валы, поршни и штоки в автомобилестроении, аэрокосмической, фармацевтической, химической, пищевой, нефтегазовой отраслях.
• Прокладки из резины гарантируют герметичность фланцевых стыков при контакте с топливом, маслом.
• Втулки и другие элементы поддерживают работу механизмов при высоких нагрузках и в агрессивных средах. Сюда входят резиновые элементы сложной формы, защитные компоненты, уплотнители и мембраны из резины.

Вопросы и ответы

Заключение

Фторсиликон сочетает свойства силиконовых и фторсодержащих полимеров. Он отличается высокой термостойкостью, эластичностью, химической инертностью и устойчивостью к экстремальным условиям. В отличие от силикона и фторкаучука фторсиликон не боится масел, топлива и агрессивных химических веществ. Эти особенности делают резины на его основе незаменимыми в специализированных областях.

Литература

• Венедиктова М. А., Наумов И. С., Чайкун А. М., Елисеев О. А. Современные тенденции во фторсилоксановых и силоксановых каучуках (обзор) // Авиационные материалы и технологии. — 2014
• Рожков А. Г. Фторсилоксановые каучуки и композиции (диссертация). — 2015
• Кулезнёв В. Н., Шершнев В. А. Химия и физика полимеров. — 2021
• Сутягин В. М., Ляпков А. А. Общая химическая технология полимеров. — 2023