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FFKM rubber compounding

  • Hohe Stabilität gegen aggressiven Medien und in polaren/unpolaren Medien
  • Zuverlässig in statischen und dynamische Anwendungen
  • Einsatztemperaturbereich: -30 °C / +325 °C
  • Gut einsetzbar für O-Ringe und Dichtungen

Einführung

Der Kohlenstoff-Fluor-Bindung ist die stabilste Einfachbindung. Die hohe Dissoziationsenergie der C-F-Bindung ist der Hauptgrund für die thermische, oxidative und chemische Stabilität von fluorierten Polymeren. In Tabelle 1 sind die typischen Bindungsdissoziationsenergien von Einfachbindungen gegeben.

Table 1. Typical bond dissociation energies for aliphatic bonds (kJ/mol).

  • CH3-H 435 kJ/mol
  • CH3-F 451 kJ/mol
  • CH3-Cl 351 kJ/mol
  • CH3-Br 293 kJ/mol
  • CH3-I 234 kJ/mol

Homo-Polytetrafluorethylen (PTFE) enthält nur F-Substituierte Kohlenstoffatome, die das Material zu einem einer der am meisten chemisch und thermisch stabilen Polymeren macht. Allerdings PTFE hat eine sehr hohe Kristallinität. Infolgedessen ist es eine starres thermoplastisches Material und nicht ein Elastomer. Wen man die Regelmäßigkeit eines Homopolymer bricht durch Einbau von andere Monomere, bildet man amorphen Polymeren mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur. Perfluormethylvinylether (PMVE) und andere Perfluor(alkoxy /alkyl)vinylether sind die Monomere, die mit TFE-Monomer in den meisten kommerziellen Perfluorelastomere verwendet werden.
Wenn andere teilfluorierte Monomere eingebaut worden sind, bilden sich Fluorelastomere.
Das heißt das fluorierte Elastomere entweder eine teilweise oder vollständig fluoriertes Backbone enthalten. Wenn das Rückgrat vollständig fluoriert ist, ist es ein Perfluorelastomer (FFKM); wenn es teilweise fluoriert ist, ist es ein Fluorelastomer (FKM). Die Polymerhauptkette umfasst viele wiederkehrende Monomereinheiten. Typische Monomereinheiten für diese Polymere sind nachstehend gezeigt.

polymersare

Vernetzungstheorie

Damit ein Material gummiartige ist, ist es essentiell das es eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist. Weil das perfluorierten Backbone inert ist, muss in ein Perfluorelastomer ein spezielles Monomer eingebaut werden das eine Vernetzungsstelle bilden kann, ein sogenanntes Cure Site Monomer (CSM). Das CSM kann dann reagieren, um ein dreidimensionales Netzwerk zu bilden. Die bedeutendste CSM für FFKM sind Cyan-funktionelle Vinylethern. Die Vernetzung mit Tetraphenylzinn oder Ammoniak führt zum Beispiel zu einer Triazin-Vernetzungsstruktur, wie in Abbildung 1 dargestellt wert. Verwendung von das bifunktionelle Vernetzungmittel diamino Bisphenol AF führt zur Kondensation und Bildung von eine Benzoxazol Vernetzungsstelle, wie in Abbildung 2 dargestellt. Diese resultierende Netzwerke haben eine ausgezeichnete thermische Stabilität. Cyanofunktionelle Vinylether können auch mit organische Peroxide vernetzt, die resultierenden Netzwerk ergeben ein nahezu universellen chemischen Beständigkeit.
Der große Nachteil von Vernetzung von FFKM mit organische Peroxide ist die Kohlenwasserstoffnatur der Vernetzungsstelle, die anfälliger gegenüber oxidativen und thermischen Abbau ist.

figure1

Triazine Vernetzungsstruktur

figure2

 
Abbildung 2. Benzoxazol Vernetzungsstelle von Diamino Bisphenol AF.

Allgemeine Eigenschaften FFKM rubber compounds

Perfluorelastomere sind ideal für anspruchsvolle Dichtungsanwendungen, wenn die Kunden qualitativ hochwertige Teile wie O-Ringe brauchen. Die einzigartigen Eigenschaften dieses Materials helfen zur Erhaltung der seine Dichtigkeit, was zu weniger Wartung, Verminderung der Betriebskosten, und zur Verbesserung der Sicherheit führen kann:

  • Sehr gute thermische Beständigkeit
  • Temperaturbereich von -30 ° C bis +325 ° C
  • Hervorragende chemische Beständigkeit
  • Hohe Stabilität in polaren und unpolaren Medien
  • Sehr geringe Permeabilität
  • Hohe Zuverlässigkeit für statische und dynamische Anwendungen
  • Häufig verwendet um O-Ringe und Dichtungen zu produzieren
  • Typen mit FDA-Zulassung
  • ED (Explosive Dekompression) resistente Mischungen
  • Mischunen mit einer Härte zwischen 45 und 90 ShA
  • Physikalische Eigenschaften (typische Daten einer 70-75 ShA Mischung):
    • Druckverfromungsrest (DVR) 15-40% (auf O-Ring nach 70h bei 200 °C)
    • Zugfestigkeit 10-20 MPa
    • Reißdehnung 125-250 %
    • TR10 = -30 ° C bis 0 ° C
  • FDA/USP Class VI Materialien

FFKM-Mischungen von Polycomp

Wie bei allen Elastomeren, wird eine FFKM-Mischung normalerweise mit Füllstoffen, Farbstoffen, Verarbeitungshilfsmittel und Vernetzungssysteme zusammengesetzt. Typische Füllstoffe umfassen Ruß und mineralische Füllstoffe wie Siliziumdioxid. Mechanische Eigenschaften, chemische Beständigkeit und thermische Stabilität des fertigen Materials hängen nicht nur von dem Polymer ab, sondern sind auch stark abhängig von den anderen Zutaten die in der Formulierung enthalten sind.

Polycomp entwickelt immer die optimale Mischung für die Anwendung die berücksichtigt wird. Daher wird spezifisch für Ihre Anwendung ein Polymer und Vernetzungssystem auf der Basis folgende Punkte gewählt:

  • Beste chemische Beständigkeit
  • Beste Eigenschaften bei hohen Temperaturen
  • Beste Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen
  • Geringste Druckverformungsrest (DVR)
  • Geringster Preis

Als erfahrener und unabhängiger FFKM Compounder, entwickelt und produziert Polycomp FFKM Mischungen auf Basis von Polymeren, die von allen großen Hersteller wie Solvay Solexis, 3M Dyneon, Daikin, und Lodestar bezogen werden.

Hochtemperaturanwendungen

Hohe Hitze- und Temperaturspitzen können Elastomere Dichtungen degradieren und ihre Vernetzungsstruktur irreversibel schädigen. Wenn Elastomere oberhalb ihre maximale Dauergebrauchstemperaturgrenze über Zeit verwendet werden, können sie hart und spröde werden, und verlieren dadurch ihre Fähigkeit, eine wirksame Abdichtung zu erhalten. Die Konsequenzen können ungeplante Ausfallzeiten, potenzieller Produktverlust oder noch schlimmer, mögliche Sicherheitsbedrohungen der Arbeitsumgebung sein.

Der Druckverformungsrest und Erhalt der Dichtkraft sind zwei Eigenschaften die häufig verwendet werden, um die Dichtungsfunktionalität von Elastomeren bei Hochtemperaturanwendungen zu bewerten. Abbildung 3 vergleicht verschiedene Materialien nach einer langfristiger (336 Stunden) Druckverformungsrest Tests bei erhöhten Temperaturen. Silikon (VMQ) zeigt eine hohe Druckverformungsrest bei 150 °C während FFKM und FKM eine gute Druckverformungsrest zeigen. Bei 200 ° C nimmt der Druckverformungsrest von FKM zu. Sowohl FKM als VMQ verlieren vollständig ihre Elastizität nach 336 Stunden bei 250 °C, während FFKM hervorragende Rückstelleigenschaften über den gesamten Temperaturbereich beibehält.

figure3

Abbildung 3. Druckverformungsrest für FFKM, FKM und VMQ bei unterschiedlichen Temperaturen. Getestet wurde gemäß ASTM D395B & D1414 (AS568 K214 O-Ringe).

Ausgasung

Elastomer-Dichtungen können bei hohen Temperaturen zersetzen was zu Ausgasungen führt, wodurch Kontamination der Prozessumgebung auftritt. Fluorwasserstoffsäure (HF) ist eines der Gase das entsteht wann FFKM und FKM anfangen sich zu zersetzen. Es kann schädlich sein für Prozessanlagen, insbesondere für Quarz und Edelstahl-Komponenten. Figur 4 vergleicht die Ausgasung von FKM, FKM und VMQ.

figure4

Abbildung 4. Ausgasungsvergleich: FFKM gegen FKM und VMQ. DuPont Performance Elastomers Proprietary Testverfahren (AS568 K214 O-Ringe).

 

Mehr Informationen über FFKM rubber compounding

Anruf + 31 (0)575 55 40 66





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