Фторкаучуки (СКФ, FKM, FPM, Витон)

05.10.2014

Виды и названия фторкаучуков: СКФ, FKM, FPM, Витон и другие

Фторкаучуки (ФК, фторорганические каучуки, фторэластомеры) представляют собой большое семейство синтетических каучуков, получаемых в результате сополимеризации фторсодержащих мономеров. Благодаря содержанию фтора, данные материалы обладают выдающейся термостойкостью, негорючестью и устойчивы к действию многих агрессивных сред. Общими недостатками фторкаучуков являются высокая стоимость и опасность выделения токсичных газов и паров при воздействии сверхвысоких температур. Среди резин ФК занимают такое же место, как самый известный фторполимер, тефлон, среди полимеров.

Данные материалы активно разрабатывались и патентовались с 40-х годов XX века крупными химическими корпорациями, такими как DuPont. Коммерческие наименования новых материалов получали широкое распространения и становились нарицательными. Рассмотрим наиболее распространенные обозначения:

СКФ, синтетические каучуки фторированные – общее обозначение семейства фторэластомеров, принятое в СССР и России. Принадлежность к определённой группе обозначается цифровым индексом, марка задается буквами. Например: СКФ-26, СКФ-260 МПАН.

FPM, Fluorinated propylene monomer (обозначение ISO), FKM, Fluorocarbon (обозначение ASTM, Американское общество тестирования материалов) – общее обозначение ряда фторэластомеров на основе винилиденфторида (1,1-Дифторэтилен, фтористый винилиден, vinylidenefluoride, VDF, VF2). Первым таким материалом стал Viton A, синтезированный компанией DuPont, сополимер VF2 с гексафторпропиленом (HFP), затем были разработаны Viton B и Viton F, содержащие также тетрафторэтилен (TFE), и ряд специальных марок на той же основе. Сейчас под собирательным наименованием «Витоны» чаще всего подразумевают FPM каучуки и часто используют сходную классификацию, т.е. FPM A или FKM GLT соответствуют по свойствам Viton A или Viton GLT производства DuPont. Многие производители развивают свои торговые марки, например Dyneon (3M), Dai-El (Daikin), Solef (Solvay Specialty Polymers). Для некоторых из них нет аналога в семействе Viton, например VF2/CTFE (СКФ-32, Dyneon 31508). Вместе с тем, DuPont выпускает Viton Extreme (ETP), который не содержит VF2 и, таким образом, не относится к FPM.

Viton® (Витон) – торговая марка компании DuPont. Под этой маркой выпускается широкий спектр каучуков на основе винилиденфторида (VF2) и тетрафторэтилена (TFE). Viton типов A, AL, B, GBL, F, GF, GLT, GBLT, GFLT являются сополимерами VF2 и относятся к FPM (FKM) фторкаучукам. Viton Extreme является сополимером этилена, тетрафторэтилена (TFE), и перфторметиливинолового эфира (PMVE), не содержит VF2 и, следовательно, не относится к FPM (FKM). Этот каучук также обозначается как ETP (ethylene, tetrafluoroethylene (TFE), perfluoromethylvinylether (PMVE)). Ассортимент оригинальных витонов весьма широк, упомянутые выше типы подразделяются на марки, каждая из которых обладает особенностями в части температурных, механических или химических свойств.
Подробную информацию по выбору марки можно найти на сайте компании DuPont.

FFKM, Perfluoroelastomer, сополимер тетрафторэтилена (TFE) с перфторметилвиниловым эфиром (PMVE). Химически родственен FKM (FPM). Отечественное обозначение - СКФ-460. Известен также по маркам производителей как Kalrez (Калрез) компании DuPont, Parofluor (Parker Hannifin), Simriz (Freudenberg Simrit GmbH), Неофтон (ФГУП «НИИСК»).

AFLAS – торговая марка компании Asahi Glass Co (Япония). Под данным наименованием выпускается два вида материалов: сополимер тетрафторэтилена и пропилена (TFE/P, серия 100, 150 и другие) и терполимертетрафторэтилена, пропилена и винилиденфторида (TFE/P/VF2, серия SP, MZ201). После того, как Asahi Glass Co первой (1975 году) вывела на рынок фторкаучуки на основе TFE/P, название «AFLAS» стало применяться как общеупотребительное наименование, в том числе в русском языке – Афлас. Обычно в этом случае подразумевают сополимер TFE/P.

Характеристики FPM (Vitone, Витоны), совместимость со средами

Фторкаучуки FPM на основе винилиденфторида обладают выдающимися свойствами с точки зрения тепловой и химической устойчивости. При этом различные типы FPM имеют определенные особенности.

FPM тип A или E, сополимер винилиденфторида с гексафторпропиленом (VF2/HFP) - старейший и наиболее распространенный фторэластомер общего применения. Как правило, содержит 66% фтора. Главными свойствами материала являются:

• высокая теплостойкость (до +250°С), превышающая теплостойкость всех известных каучуков, кроме силоксановых;
• высокая атмосферостойкость и озоностойкость;
• химическая и биологическая инертность, превосходящая эти характеристики у всех других эластомеров;
• хорошая износостойкость и стойкость к абразивному истиранию;
• удовлетворительные диэлектрические свойства;
• невоспламеняемость;
• стойкость к старению при высоких температурах.

Данный материал проявляет хорошее сопротивление накоплению остаточной деформации при сжатии. Данный тип FPM применим в интервале рабочих температур от -20°С до +250°С, устойчив к воздействию окислителей и других агрессивных сред, масел, бензина и растворителей. Не устойчив к воздействию сложных эфиров и кетонов, flex-топлив (flex-fuel) с высоким содержанием биоэтанола или MBTE, а также к некоторым кислотам.

FPM тип B, терполимервинилиденфторида с гексафторпропиленоми тетрафторэтиленом (VF2/HFP/TFE), отличается от типа A содержанием TFE и большей (67%) массовой долей фтора и проявляет лучшую химическую стойкость к кислотам и биотопливам, чем тип A/E.

FPM тип GF или F, терполимер VF2/HFP/TFE, отличается от типа B большим содержанием фтора (70%). Обладает наивысшей для FPM общего применения стойкостью к биотопливами иным особо агрессивным средам.

FPM тип GLT – разработан для улучшения низкотемпературных свойств по сравнению с традиционными FPM типа A/E. Данный тип FPM применим в интервале рабочих температур от -50°С до +250°С. Обычносодержит 65% фтора и не стоек к воздействию биотоплива или агрессивных растворителей.

FPM тип GFLT – сочетает способность работать при низкой температуре (от -35°С) и большую, чем GLT, химическую стойкость к биотопливам и другим агрессивным растворителям. Содержит, как правило, 68% фтора.

FPMVF2/CTFE, cополимер винилиденфторида (VF2) с трифторхлорэтиленом (CTFE). Ранее выпускался и стал широко известен под торговой маркой Kel-F 3700 (Кель-F 3700). После того, как компания Kellogg была поглощена корпорацией 3M, данный материал вошел в линейку торговой марки Dyneon. В СССР и России известен под маркой СКФ-32. Как и другие FPM-каучуки, отличается высокой термостойкостью, негорючестью и устойчивостью к действию многих агрессивных сред. Интервал рабочих температур от -20°С до +200°С. По основным механическим свойствами устойчивости к температуре и агрессивным средам VF2/CTFE уступает другим FPM. При этом данный материал проявляет прекрасную устойчивость к концентрированным кислотам, в том числе к дымящей азотной кислоте (раствор с концентрацией HNO₃ >86%).

Ниже приведена таблица свойств и совместимости материалов под маркой Vitone производства DuPont. Маркировка «–S» в продуктах DuPont означает, что материал произведен с использованием технологии «улучшенной архитектуры полимера» (Advanced Polymer Architecture, APA). Vitone Extreme (ETP-S) не относится к FPM-материалам, но входит в линейку продуктов Vitone. С расшифровкой артикула марки Vitone можно ознакомиться далее.

FPM-каучуки других производителей обычно имеют сходную систему маркировки или предоставляют таблицу соответствия с материалами DuPont.

Относительная химическая совместимость и механические свойства фторэластомеров Viton®

Применение FPM (витоны)

Фторкаучуки используются во многих отраслях, где необходима работа в особо сложных условиях и агрессивных средах. Основные потребители FPM:

• Аэрокосмическая промышленность.
• Автомобилестроение.
• Химическая промышленность и транспорт.
• Пищевая и фармацевтическая промышленность.
• Оборудование для работы в неосвоенной местности и в тяжелых условиях эксплуатации.
• Разведка и добыча на нефтегазовых месторождениях.
• Переработка и транспортировка нефти.

Фторкаучуки используют для изготовления таких деталей, как сальники, манжеты, герметики, покрытия, виброгасители, виброкомпенсаторы (вибровставки), прокладки, мембраны, заглушки, диафрагмы, термостойкие уплотнительные кольца (O-ring), уплотнения штоков. В нашем ассортименте из данного материала представлен резиновый компенсатор VITEX. Фторкаучуки применяются в производстве рукавов, шлангов и трубок для горячих агрессивных жидкостей и газов, изоляций проводов и кабелей, емкостей для хранения горючего, клапанов и других изделий, работающих в контакте с маслами, окислителями и другими агрессивными средами при 200°С и выше. Фторкаучуки можно применить для изготовления клея и герметиков. Герметизирующие плёнки на такой основе не разрушаются при длительном действии кислорода и озона, сохраняют эластичность при низких температурах, имеют высокую водостойкость.

При выборе типа FPM необходимо учитывать множество факторов, таких как механические и химические свойства, характеристики рабочих и предельных режимов эксплуатации, требуемая отказоустойчивость, возможность ремонта и замены. В зависимости от всех условий выбирается оптимальный вариант с подходящим балансом стоимости и характеристик.

DuPont приводит следующую таблицу применимости типов каучуков Viton

Тип Viton	Основные приложения
A, AL, GAL-S, GLT-S	Уплотнения общего применения: топлива и смазки, применяемые в автомобилестроении, авиации и космонавтике.
B, GBL-S	Химическая промышленность, энергетика, коммунальное хозяйство. Уплотнения и прокладки.
ETP-S	Спиртосодержащие автомобильные топлива (биотопливо), концентрированные неорганические кислоты, вода и пар.
СКФ-32	Нефтепереработка, разведка и добыча. Специальные уплотнения для особо жестких условий.

FPM-каучуки могут быть совулканизованы с натуральным каучуком, бутадиен-стирольным, хлоропреновым, силиконовым и др. каучуками. Добавление фторкаучука к более дешевым каучукам позволяет получить смесь с лучшей химической стойкостью, чем у исходного каучука. Характеристики таких смесей ниже, чем у «чистого» FPM, но это компенсируется меньшей стоимостью.

Технология производства FPM (Витоны)

Фторкаучуки FPM обычно получают эмульсионной сополимеризацией винилиденфторида с трифторхлорэтиленом или гексафторпропиленом при температуре от 20°С до 100°С. Хотя фтормономеры легко эмульгируются в воде и без эмульгатора, при его применении повышается скорость полимеризации и улучшается однородность получаемых каучуков. Чаще всего в качестве эмульгатора используются соли фторированных жидких кислот, например перфтороктоат аммония.

Фторкаучуки отличаются от других синтетических каучуков повышенными вязкостью и жесткостью, что создает определенные трудности при их переработке. Повышенные вязкость и жесткость FPM обусловлены особенностями их структуры - высокой полярностью цепей, высокой молекулярной массой линейных либо слабо разветвленных макромолекул, а также наличием микрогеля. Кроме того, вязкость фторкаучуков, содержащих заметное количество микрогеля, повышается при механических воздействиях, например в первые минуты вальцевания в результате разрушения микрогеля и усиления вследствие этого межмолекулярного взаимодействия.

ETP, Vitone Extreme

Viton Extreme, ETP, сополимер этилена, тетрафторэтилена (TFE), и перфторметиливинолового эфира (PMVE), торговая марка каучука, выпускаемого компанией DuPont и входящая в семейство каучуков Viton. Данный материал не содержит VF2 и формально не относится к группе FPM (FKM). Viton Extreme содержит 73,5% фтора.

Vitone Extreme обладает такой же стойкостью к воздействию температуры, кислот и углеводородов, как и каучуки FPM на основе VF2 (прочие Витоны). Кроме того, ETP обладает уникальной стойкостью к ряду сред, несовместимых с FPM, в том числе к щелочам, аминам, кетонам, альдегидам, низкомолекулярным сложные эфирам (например, метил-трет-бутиловый эфир, MTBE).

FFKM, Kalrez, Калрез, СКФ-460

Перфторкаучук, FFKM проявляет уникальную термо и химическую стойкость даже на фоне прочих фторкаучуков. Широко известен также как Kalrez (Калрез), по торговой марке компании DuPont, начавшей выпуск этого материала в 70-х годах прошлого века. Главной особенностью данного материала является работоспособность в диапазоне от -25°С до +320°С.

Достоинство резин на основе FFKM — малая остаточная деформация сжатия даже в условиях эксплуатации при температуре около 250°С. Хорошие механические свойства этих резин не изменяются после их выдержки на воздухе при температуре около 300°С в течение 1 мес. FFKM содержит около 75% фтора.

FFKM используется в химической, пищевой и фармацевтической промышленности, производстве полупроводников. Высочайшая стойкость FFPM позволяет применять его при высокой температуре в таких агрессивных средах, как смазочные материалы реактивных двигателей, компоненты ракетного топлива, нефтяные скважины.

Компания DuPont указывает, что Kalrez совместим с более чем 1800 химическими соединениями. Среди сред, в которых может работать FFKM:

• Алифатические и ароматические углеводороды.
• Хлорированные углеводороды.
• Полярные растворители (кетоны, сложные эфиры, простые эфиры).
• Неорганические и органические кислоты.
• Вода и пар.
• Высокий вакуум (при минимальных потерях в весе).

FFKM не совместим с:

• Фторированными хладагентами (R11, 12, 13, 113, 114 и другие).
• Перфторированные смазочные материалы на основе PFPE.
FFKM выпускается под марками СКФ-460 (Россия), Kalrez (DuPont), Parafluor (ParkerHannifin), Simriz (Freudenberg Simrit GmbH), Неофтон (ФГУП «НИИСК»).

Сравнение свойств FPM, ETP, FFKM

На основе информации компания DuPont, можно сравнить свойства материалов FPM (Vitone), ETP (Vitone Extreme) и FFKM (Kalrez). Среды, в которых отлично работают все три материала, не указаны.

TFE/P, Aflas, Афлас

AFLAS – торговая марка компании Asahi Glass Co (Япония) и общеупотребительное наименование фторкаучуков на основе тетрафторэтилена и пропилена (tetrafluoroethylene and propylene, TFE/P). Выпускаются две группы материалов: на основе TFE/P (AFLAS100, 150 и т.д.) и на основе TFE/P/VF2 (AFLAS SP, MZ201). Афласы содержат 58-60% фтора. В качестве отечественного аналога предлагается резина марки АФ-15.

Афласы обладают уникальным сочетанием следующих характеристик:

• Устойчивость к высоким температурам, до +230°C в длительной эксплуатации, кратковременно до +300°C.
• Высокая химическая стойкость к воздействию сильных кислот и щелочей, в том числе при высоких температурах.
• Высокие диэлектрические свойства (порядка 10¹⁵-10¹⁶Ом•см).

Афласы применяются в среде воздуха, углеводородного топлива, минеральных и синтетических масел в статических (различные прокладки) или динамических условиях трения (манжеты, кольца, диафрагмы). Эти материалы проявляют превосходную стойкость в концентрированных кислотах (соляной, плавиковой, серной, азотной), в остром паре (при температуре выше 200°С), спиртах, щелочах, сероводороде и меркаптанах. Их стойкость в этих средах по времени выше, чем стойкость вулканизатов на основе других фторкаучуков. Подробную информацию химической стойкости разных марок AFLAS® можно найти тут. Данные материалы могут быть стойки к низким температурам, температура стеклования в зависимости от марки резины находится в диапазоне от -35°C до -2°C. При низких температурах вулканизаты на основе афласа становятся жесткими, но не хрупкими и не разрушаются, что является уникальным свойством данного материала.

В нефтедобыче изделия из Афласа прекрасно работают при воздействии высокосернистых нефти и газа, аминовых ингибиторов коррозии, высокощелочных буровых растворов, для закачивания в скважины на водной основе, кислот, для гидроразрыва. РТИ из афласа применяют в установках нагнетания пара в пласт и геотермических областях. В автомобильной промышленности могут быть использованы в системе охлаждения при высоких температурах охлаждающей жидкости двигателя с ингибитором коррозии, смазочными материалами, гликолевыми тормозными жидкостями и новыми видами моторных масел. Афласы применяются в энергетике, целлюлозобумажной и химической промышленности. Благодаря высоким изоляционным свойствам при высоких температурах представляют интерес для кабельной промышленности.

Афласы плохо совместимы с ароматическими углеводородами, кетонами, хлорированными углеводородами. Препятствием для широкого использования эластомерных композиций на основе данных фторкаучуков является трудность их обработки с помощью традиционных технологий.