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FKM rubber compounds

FKM (Fluorkautschuk) umfasst eine breite Palette von Gummiprodukten, die gegen viele Chemikalien beständig sind und sehr gute Temperatureigenschaften haben. Spezialtypen sind beispielsweise für hervorragende Chemikalienbeständigkeit, niedrige oder hohe Temperaturen davon konzipiert.

  • Sehr gute Temperaturbeständigkeit
  • Hohe chemische Beständigkeit
  • Ausgezeichnete Witterungsbeständigkeit und Alterungsbeständigkeit
  • Beständig gegen Mineralien, Öle, Fette und unpolare Medien
  • Gute Gasdichte
  • Sehr gute Sauerstoffbeständigkeit und Ozonstabilität
  • Einsatztemperaturbereich: –40 °C / +225 °C

Einführung FKM rubber compounds

Das ursprüngliche Fluorelastomer wurde von der Firma DuPont im Jahre 1957 als Reaktion auf Hochleistungsdichtungsanforderungen in der Luftfahrtindustrie entwickelt. Um noch größere thermische Stabilität und Lösungsmittelbeständigkeit zu erreichen, würden in Jahre 1959 Tetrafluorethylen (TFE) haltige Terpolymere introduziert. Die neuesten FKM Polymere haben eine viel breitere Resistenz zu allerhande Flüssigkeiten als Standard-Fluorelastomere, und sind in der Lage, starke Basen und Ketone sowie aromatische Kohlenwasserstoffen, Ölen, Säuren und Dampf Stand zu halten.
1975 wurde ein neue Fluorelastomerfamilie, FEPM, von Asahi Glass Co. introduziert, basierend auf einem alternierenden Copolymer aus TFE und Propylen. Es wird unter dem Handelsnamen AFLAS® vermarktet.

FPM ist die internationale Abkürzung nach DIN / ISO, während FKM die Kurzform für die Fluorelastomerkategorie nach der amerikanischen Norm ASTM ist. Auf dieser Website werden wir die Abkürzung FKM verwenden.
Viton® ist ein eingetragenes Warenzeichen von DuPont Performance Elastomers (heutzutage Chemours), wie Tecnoflon® für Solvay Specialty Polymers, Dyneon ™ für 3M Dyneon und DAI-EL ™ für Polymere die von Daikin geliefert werden.

Chemische Beständigkeit und Stabilität

Die chemische Beständigkeit und Hochtemperaturstabilität kann aufgrund der Sperrigkeit der Fluoratome erklärt werden. Diese führen zu Abschirmung der Hauptkette des Polymers, und die Kohlenstoff-Fluor-Bindung, vor Angriffe. Weiter ergibt die hohe Bindungsenergie der Kohlenstoff-Fluor-Bindung eine hohe Stabilität, wie in den folgenden Figuren dargestellt wird.

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Figur 1. Sperrigkeit der Fluoratome.

 

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Figur 2. Bindungsenergie (kJ/mol).

FKM kann normalerweise bei einer Temperatur bis zu 200 °C für längere Zeit verwendet werden. In Automotive-Spezifikationen sind oft Lebensdauer von mindestens 5000 Stunden festgelegt. Lesen Sie bitte weiter im Kapitel „Hitzebeständigkeit und thermische Stabilität“.

Monomers für FKM

Um ein elastomeres Verhalten zu zeigen, muss ein Polymer flexibel sein und sich von wesentlichen Verformung erholen. Dies erfordert das Polymere im Wesentlichen amorph sein. Normalerweise wird das Polymer vernetzt, um ein dreidimensionales Netzwerk zu bilden. Die treibende Kraft für die Wiederherstellung bei Verformung ist die Tendenz der Kettensegmente um wieder in ihren ungeordneten Zustand zurückzukehren. Im Allgemeinen sind Fluorkohlenstoffketten relativ steif im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen und zeigen daher eher langsam Entspannung und Erholung wann das Material gedehnt ist.
Fluorelastomere bestehen aus zwei oder mehr verschiedenen Monomereinheiten. Ketten mit Monomeren wie VF2 (oder VDF), TFE und Ethylen haben in der Regel, wenn lange genug, die Tendenz zu kristallisieren. Daher werden Monomere mit sperrigen Seitengruppen wie HFP, PMVE und Propylen eingebaut um ein amorphes Polymer herzustellen.
Figur 4 zeigt ein Übersicht von Monomere die normalerweise eingesetzt werden.

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Figur 3. Monomere für FKM-Produktion.

Fluorelastomer-Familien

Derzeit gibt es fünf (5) logischen FKM-Elastomer Kategorien. Ein Übersicht der Produkte der unterschiedlichen Produzenten wird anderswo auf unseren Website gegeben. Die FKM Typen könnten wie folgt eingeteilt werden:

  • Typ 1. Dipolymer (oder Copolymer) von Hexafluorpropylen (HFP) und Vinylidenfluorid (VF 2 / VDF). Copolymere sind die Standardtypen des FKMs, und ergeben eine gute Gesamtleistung. Ihren Fluorgehalt liegt typischerweise im Bereich von etwa 66 Gewichtsprozent.
  • Typ 2. Terpolymer von Tetrafluorethylen (TFE), Hexafluorpropylen (HFP) und Vinylidenfluorid (VF 2 / VDF). Terpolymeren weisen im Vergleich zu Copolymeren einen höheren Fluorgehalt auf (typischerweise zwischen 68 und 69 Gewichtsprozent Fluor), was eine bessere Chemische- und Wärmebeständigkeit ergibt. Druckverformungsrest und Flexibilität bei niedrigen Temperaturen könnten negativ beeinflusst werden.
  • Typ 3. Terpolymer von Tetrafluorethylen (TFE), einem fluorierten Vinylether (PMVE) und Vinylidenfluorid (VF2 / VDF). Die Zugabe von PMVE bietet eine bessere Flexibilität bei niedrigen Temperaturen im Vergleich zu Copolymeren und Terpolymeren. Der Fluorgehalt des Typ 3 FKM liegt üblicherweise im Bereich von 62 bis 68 Gewichtsprozent.
  • Typ 4. Terpolymer von Tetrafluorethylen (TFE), Propylen (P) und Vinylidenfluorid (VF2 / VDF). Während die Widerstand gegen Basen in Typ 4 FKM erhöht wird, werden die Quelleigenschaften besonders in Kohlenwasserstoffe verschlechtert. Typischerweise haben sie einen Fluorgehalt von etwa 67 Gewichtsprozent.
  • Typ 5. Pentapolymer aus Tetrafluorethylen (TFE), Hexafluorpropylen (HFP), Ethylen (E), einem fluorierten Vinylether (PMVE) und Vinylidenfluorid (VF2 / VDF). Typ 5 FKM ist für Widerstand gegen Basen und Schwefelwasserstoff bei hohe Temperaturen bekannt.

Mit Peroxid vernetzten Fluorelastomere enthalten auch ein sogenanntes Cure-Site-Monomer (CSM), ein Monomer, das eine Stelle generiert das mit freien Radikalen reagieren kann. Ein Beispiel eines solchen Vernetzungsstellen-Monomer ist 4-Brom-3,3,4,4-tetrafluorbuten (BTFB).

Figur 5 gibt einen Überblick der verschiedenen Monomeren die zur Herstellung der DuPont / Chemours FKM-Typen (Viton) verwendet werden. Statt PMVE wird auch MOVE (CF2=CF-O-CF2-O-CF3) als Monomer eingesetzt.

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Figur 4. Übersicht von Monomeren die in den unterschiedlichen Viton Typen verwendet werden.

Vernetzungstheorie

Der Prozess der Vernetzung schafft eine dreidimensionale Struktur, die das Elastomer für langfristige mechanische Service unter einer anhaltenden Belastung (Stress) oder konstanter Verformung (Dehnung) geeignet macht. Die beiden Eigenschaften sind die typischen Anfangs Anforderungen an Schock- und Vibrationskontrolle oder Abdichtung. Die Vernetzungsstellen selbst sind die gefährdetsten Komponente des vernetzten Elastomers.

Beim Überdenken vom Vernetzungsmechanismus von sowohl eine physikalische (mechanische) Perspektive und auch seiner chemischen Struktur erhält man erste Hinweise auf langfristigen Gebrauchstauglichkeit. Um Fluorelastomere zu vernetzen, gibt es zwei verschiedene Halogeneliminierungsreaktionen die verwendet werden um Vernetzungsstellen entstehen zu lassen:

1. E2 Mechanismus – das gleichzeitige Ausscheiden von Wasserstoff und die benachbarten Fluor, eingeleitetet durch ein Nukleophil (Base). Dies ist die logischer Reaktionsweg um eine Vernetzungsstelle zu schaffen (eine Doppelbindung in der Hauptkette ) für Vinylidenfluorid enthaltende Elastomere.2. E1 Mechanism – arbeitet normalerweise ohne Basen. Der Mechanismus die die Vernetzung einleitet ist Ionisation durch einem Elektrophil (Peroxid-Radikal). Die spezifische Platz wo das Peroxide reagiert ist ein sogenanntes Cure-Site-Monomer (CSM) wo ein Jod- oder Brom Ion leicht durch das Peroxid Radikale abstrahiert wird. Im Falle der Perfluorelastomere, gibt es mehrere geeignete Cure-Site-Monomere (CSM) mit eine reaktive Gruppe. Somit bleibt das Rückengrat intakt, was wiederum die Langzeitwärmebeständigkeit verbessert.

Nachdem die Vernetzungsstelle geformt ist, finden folgende unterschiedliche Reaktionen statt:
a. Additionsreaktion – Diamin-Vernetzung (alte Technologie, die derzeit kaum noch praktiziert werd)
b. Aromatische nukleophile Substitutionsreaktion – Dihydroxy-Vernetzungen (Bisphenol AF-Systeme)
c. ONO Reaktion – Triazin Vernetzungen
Halten Sie im Auge dass die beiden ersten Reaktionen ionisch sind, und die dritte eine Reaktion mit freie Radikale ist.

Diamin Vernetzung

Die ursprüngliche Vernetzungschemie verwendet ein blockiertes Diamine, Hexamethylendiamin carbamat (HMDAC). Der sehr basische Charakter von ein Amine initiiert Dehydrofluorierung an einem Vinylidenfluorid (VF2), gefolgt von einem Amin-Addition (Vernetzung). Das geformte Wasserstofffluorid (HF)-Molekül reagiert mit Magnesiumoxid (ein Ingredienz der Mischung) wobei en Magnesiumfluorid und Wasser gebildet werden. Das Wasser wird lose als Magnesiumhydroxid gebunden. Somit wird bei der Vernetzungs ein Mol Wasser und einem Mol Kohlendioxid geformt. Dies ist im Wesentlichen eine Gleichgewichtsreaktion, bis das Wasser durch das Tempern bei hohen Temperaturen abgetrieben werd. Das Amin-Vernetzungssystem genießt immer noch eine gewisse Popularität, da es gute Gummi-Metall |Bindung ergibt, und die Hexamethylen Vernetzungsstellen relativ Mobil sind und dadurch interessante dynamischen Eigenschaften bietet.

Dihydroxyvernetzung

Die Dihydroxyvernetzung oder das Bisphenol-AF-System wurde in den 1970er Jahren vermarktet und wurde sofort ein Erfolg. Das System bot ein starks verbesserten Druckverformungsrest, ausgezeichnete Wärmestabilität und stark verbesserte Verarbeitungssicherheit. Die Hydrolytische (Wasser) Stabilität wurde ebenfalls verbessert. Auch hier ist Anwesenheit von Vinylidenfluorid notwendig, um eine Vernetzungsstelle zu formen. Für Kohlenwasserstoff Anwendungen ist es das bevorzugte Vernetzungssystem . Allerdings sind Bisphenol vernetzten FKMs anfällig für Hochtemperaturwasser und Dampf. Bisphenol-Vernetzung ist eine Kondensationsreaktion, in dem Wasser ein Nebenprodukt ist. Es ist wichtig zu beachten ist, dass bei der Aussetzung an Hitze und Wasser diese Reaktion umgekehrt werden kann, was zu eine „Devulkanisation“ des Gummis führt. Diese Verringerung der Vernetzung kann nahezu gleiche aussehen als Degradation durch Hitze, da die Dichtungsoberfläche brüchig wird (aufgrund der geringeren Zugfestigkeit). Auf Biegen oder Kompression, beginnt die Oberfläche zu knacken auf eine Wesie die den thermischen Abbau sehr ähnelt.

Triazine- und Peroxidvernetzung

Triazin (Peroxid) Vernetzung erfolgt an spezifischen Stellen auf dem Cure-Site-Monomer (CSM). Das Cure-Site-Monomer und Vernetzungsmechanismus wurden ursprünglich für ein verbessertes Tieftemperatur-Fluoroelastomer auf Basis von Vinylidenfluorid (VF2) und Perfluormethylvinylether (PMVE) entwickelt.
Die sehr sauere VF2 und die ionischen Vernetzungsmechanismen (Diamin und BPAF) führen Abspaltung der Perfluoralkoxy-Gruppe vom PMVE , was zu eine Spaltung im Rückgrat des Polymers führt, und ein Perfluormethyl Nebenprodukt.
Die Anwesendheit der Cure-Site-Monomere ermöglicht dann aber eine Vernetzung, bei dem die Triazinestruktur die Vernetzungsstelle formt, statt eine Spaltung im Rückgrat des Polymers.

Tempern

Die meisten Gummimischungen auf Basis von Hochleistungselastomere erfordern eine „post-cure“, müssen getempert werden, nach ihrer normalen Vulkanisation, um die optimale physikalischen Eigenschaften zu erzielen. Das gilt auch für FKM Mischungen. Das Tempern wird normalerweise während 2 bis 24 Stunden bei 150 bis 250 ° C, abhängig von der Mischung, durchgeführt.

Das Tempern wird auch verwendet, um restliche flüchtige Bestandteile zu entfernen die während der Vulkanisation gebildet worden sind. Diese Reaktionsprodukte können (wie vorher beschrieben) sich negativ auf die ultimativen physikalischen Eigenschaften auswirken. Nachhärten erhöht Zugfestigkeit, führt zur Verbesserung der Druckverformungsrest, und geringere Dehnung und somit erforderlich sein um anspruchsvolle physikalische Eigenschaften und Spezifikationen zu erfüllen. Für FKM Vernetzung ist das Tempern am kritischsten für Bisphenol vernetzten Systeme.

Tieftemperatureigenschaften

Flexibilität bei niedriger Temperatur bezieht sich auf die Temperatur, bei oder unter welcher ein vulkanisiertes Elastomer von einem elastomeren flexiblen Zustand in einem steifen, glasartigen Zustand, übergeht. An diesem Punkt ist das Vulkanisat nicht mehr flexibel und hat nicht mehr die Fähigkeit nach Verformung zu erholen.
Im allgemeinen werden die Tieftemperatureigenschaften von Fluorelastomere von zwei Faktoren bestimmt: die Größe des Fluoratoms und der substituente Fluorkohlenstoffmoleküle (Trifluor- und Trifluoralkoxy-Gruppen) und die verschiedenen intermolekularen Kräfte, die aufgrund der hohen Elektronegativität von Fluor ins Spiel kommen.
Obwohl ein Fluormolekül kompakt ist, ist ein Polymer mit ein vollständig Fluor substituiertes Kohlenstoff-Kohlenstoff-Rückgrat (Polytetrafluorethylen) stabförmig. Um das größere Fluoratome Platz zu geben (im Gegensatz zu ein Wasserstoffatom) müssen die Fluoratome versetzt platziert und bekommt man das Aussehen einer Spirale, mit eine 180°-Drehung für jeweils 13-15 Kohlenstoffatome in der Hauptkette. Durch diese Voraussetzung entfällt jegliche Möglichkeit eines gummiartigen Zustand. Das kleine Wasserstoffatom (Ethylen, Propylen, etc.), oder ein teilweise substituiertes Alkyl (Vinylidenfluorid) schaffen Raum für Mobilität in die Hauptkette (Backbone).
Die Anwesenheit eines sperrigen Verzweigung (Methyl, Trifluormethyl oder Perfluoralkoxy) bewirkt, dass während die Polymerisation eine willkürliche Konfiguration entsteht, die für ein gummiartiges Elastomer notwendig ist.
Mehrere Tests sind nützlich für die niedrigste Temperatur, bei der Bestimmung Fluorelastomere ihre elastomeren Eigenschaften behalten:

  • Temperatur von Rückzugs (TR-10)
  • Glasübergangstemperatur (Tg)
  • Gehman Torsionsmodul
  • Clash-Berg Torsionsmodul

Da alle Tests die gleiche Charakteristik zu messen, werden die Werte für alle diese Techniken erhalten (auf einer gegebenen Vulkanisat) normalerweise im wesentlichen die gleiche Temperatur, innerhalb von 1-3 ° C.

Table 1. Overview of some low temperature properties

FKM CopolymerFKM TerpolymerFEPM CopolymerFEPM Terpolymer
TR-10 (°C)-17-14+2-11
Tg (°C, DSC)-15-14+3-11
Brittle point (°C, ASTM D2137)-20-35-58-34

Sprödigkeitspunkt ist kein Maß für die Flexibilität, sondern ein Maß für eine Vulkanisate Schlagfestigkeit . Der Versprödungspunkt korreliert nicht überhaupt mit der Fähigkeit, aus einem Elastomer-Vulkanisat bei niedrigen Temperaturen Dichtfähigkeit aufrecht zu erhalten. Fluorelastomere , die relativ schlechte Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, wie Viton GF aufweisen kann, vermischt werden -40 von unten spröde Punkttemperaturen zur Verfügung zu stellen ° C. Hohe Zugfestigkeit ist die wichtigste Eigenschaft für ein Vulkanisat, bezogen auf spröde Punkt Leistung zu maximieren, und hat wesentlich mehr Einfluss auf diese Prüfung als die Polymerzusammensetzung .
Dynamische Dichtungsanwendungen mit FKM-basierte Produkte wurden bei -40 ° C erfolgreich gewesen, und in einigen Fällen entsprechend ausgebildeten Teile können noch bieten statische Abdichtung Fähigkeiten bis zu -60 ° C.
Polycomp wird mit speziellen Niedertemperatur -FKM-Elastomere in seinem Portfolio bei extrem niedrigen Temperaturen zum Abdichten. Bitte kontaktieren Sie uns Ihnen die beste Lösung in der Niedertemperatur -Applikation zur Verfügung zu stellen.

 

Hitzebeständigkeit und thermische Stabilität

FKM kann in der Regel bei einer Temperatur von bis zu 200 °C über längere Zeiträume eingesetzt werden. In der Automobil-Spezifikationen sind oft Lebensdauer von mindestens 5000 Stunden definiert.
Allerdings fragen die Leute oft für höhere Betriebstemperaturen – das ist möglich, aber kommt immer mit einer kürzeren Lebensdauer. Abbildung 5 zeigt deutlich, dass zum Beispiel kurze Einwirkung (einige Stunden) von Temperaturen bis zu 300 °C nicht sofort zur Zerfall Ihre Dichtung oder Teil führen wird, aber eine kontinuierliche Aussetzung will.

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Abbildung 5. Ungefähre Anzahl der Stunden, bei denen typische Viton® Produkte nach Alterung in Luft 50% seiner ursprünglichen Bruchdehnung als Funktion der Testtemperatur erhalt.

FKM Materialien behalten gute Leistung in Flüssigkeiten bei erhöhten Temperaturen.

FKM-Anwendungen

Der FKM-Typ die am häufigsten in der Fluidwiderstand Führer zitiert wird, ist das Copolymer oder Typ-1-FKM. Obwohl es populär ist, stellt es nicht die beste Technologie dar und Typen mit verbesserten Eigenschaften stehen zur Verfügung. Betrachten wir den Vergleich eines Bisphenol vernetztes Copolymers FKM und ein Peroxid vernetztes FKM-Terpolymer. Obwohl die Volumenquellung in Öl ähnlich ist, gibt es einen signifikanten Unterschied in der Dampfbeständigkeitseigenschaften . Darüber hinaus ist das Peroxid vernetzten Terpolymer auch beständiger gegen alkalischen Umgebungen und Korrosionsinhibitoren. Bisphenol vernetztes FKM kann, wie vorher beschrieben, durch Hochtemperaturwasser und Dampf angegriffen werden.

Biokraftstoffe

Biokraftstoffe – Bioethanol, Biobutanol und Biodiesel – bekommen eine bedeutende Realität in die Landschaft der Brennstoffe. Biokraftstoff Wachstum weltweit wird getrieben durch die Notwendigkeit weniger Abhängig von ausländischem Öl zu werden durch den Ausbau und die Diversifizierung der inländischen Kraftstoffversorgung. Darüber hinaus ergibt sich ein wachsendes Besorgnis über die Auswirkungen von Treibhausgasen (CO2), und die Notwendigkeit, umweltfreundliche Oxygenate für Benzin an zu bieten um Bodenverschmutzung vor zu beugen. Vor 2006 würde (vor allem in die USA) Methyltertiairbutylether (MTBE) als Oxygenat in Benzin verwendet. Ihre Verwendung wurde aber eingestellt, nachdem vor allem in die USA Wasserverunreinigung mit MTBE festgestellt wurde. Heute MTBE wird üblicherweise mit Ethanol ersetzt.
Die zunehmende Verwendung von Biokraftstoffen wirft auch neue Anforderungen in Bezug auf die Dichtungen die in Systemen in Kontakt mit den Biokraftstoffen verwendet werden. Manche Biokraftstoffe können aggressiv sein für die verwendeten Elastomere die in Dichtungen in der Raffinierung, Lieferung und Abgabe der Biokraftstoffe, sowie in Dichtungen und Schläuche in die Automobilindustrie benützt werden.
Relativ zu anderen Brennstoffkomponenten ist Biodiesel relativ instabil und unterliegt einem Abbau und Kontamination durch Reaktion mit Sauerstoff und Wasser. Biodiesel oder RME (Rapsmethylester) ist ein Gemisch von unterschiedlichen Methylestern , bestehend aus gesättigten und ungesättigten C16 bis C22-Fettsäuren. Technisch gesehen, werden Methylester von Raps durch chemische Umwandlung von Rapsöl unter Verwendung von Methanol hergestellt.
Chemische Umwandlung von raffiniertem Rapsöl mit Methanol liefert Methylester von Raps in Form eines klaren, dünnen, brennbare, nicht wasserlösliche Flüssigkeit, die einen schwachen Geruch verleiht. Es wird als Ersatz für Dieselkraftstoff (Biodiesel) eingesetzt, aber Methylester von Raps wird auch als Lösungsmittel in der Spezialindustrien (Klebstoffe) verwendet. Die Hauptbestandteile von Rapsmethylester sind Olein- (55-65%), Linol- (18-25%), Linolen- (5-11%) und Palmitinsäure (5-8%). Andere Fettsäuren sind verantwortlich für weniger als 1% des Produkts.

Der aggressive, verunreinigte Kraftstoff greift Elastomere wie Nitrilkautschuk an, das häufig verwendet wird für Kraftstoff Schlauche und Dichtungen.
Ethanolhaltigen Kraftstoffen stellen Herausforderungen an der Permeation, insbesondere von Nitrilkautschuke. Übermäßige Permeation erhöht Emissionen und man verliert wertvolle Brennstoff.

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Abbildung 6. Überblick der Quellung von verschiedenen Kautschuktypen in Kombination mit Biodiesel während 70 Stunden bei 23 °C.

Durch die richtige Wahl des FKM Basispolymer, zusammen mit unseren Expertise in der Entwicklung und Zusammensetzung von Kautschukmischungen, ergeben sich FKM-Mischungen, die vollständig kompatibel mit den Biokraftstoffen sind. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick von Tests die mit einer Reihe von Viton Mischungen durchgeführt worden sind, sowie deren Tieftemperatureigenschaften.

Table 2. Vvolume change of Viton compound in B20 RME and B20 wet* RME after 1008 hr at 125°C.

FKM Table 2

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Abbildung 7 zeigt die Volumenänderung von Viton Mischungen in B20 RME und nasses B20 RME* nach 1008 h bei 125 °C.

Mischungen von Ethanol mit Benzin ergeben ein zunehmender Anteil der Kraftstoffversorgung. Darüber hinaus ist zu 100% Ethanol-Kraftstoff in einigen Ländern üblich, vor allem Brasilien. Kraftstoffen mit Butanol sind am Horizont enthalten.
Obwohl Nitrilkautschuk gegen dem chemischen Angriff durch Ethanol beständig ist, ist es sehr Permeabel. FKM hat jedoch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen sowohl Permeation und chemischen Angriff durch entweder reines Ethanol oder Mischungen aus Ethanol mit Kohlenwasserstoffe. Die folgenden Abbildungen geben einen Eindruck der Kompatibilität und die Permeation von FKM-Typen mit Ethanol.

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Abbildung 8. Volumenänderung in B20 RME und nasses B20 RME* nach 1008 h bei 125 °C.

 

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Abbildung 9. Volumenänderung in Ethanol-Kraftstoff-Mischungen, 1008 h bei 40 °C (wöchentlicher Brennstoffwechsel).

Basenresistenter FKM

Chemikalien mit hohen pH können auf dem Wasserstoff angreifen, die auf VF2-Monomere vorhanden ist, und vor allem auf den VF2 Monomere, die zu Monomeren von Hexafluorpropylen benachbart sind (HFP). Dies sind die meist „aktiven“ Wasserstoffatome, und die, die am einfachsten durch Basen abstrahiert werden. Der Verlust eines Wasserstoff führt zur Austreibung eines benachbarten Fluor, mit der resultierenden Bildung einer ungesättigten Stelle, die entweder Kettenspaltung durchlaufen kann, oder Vernetzung. Der typische Fehlermodus für Fluorelastomere die durch Basen angegriffen werden ist Versprödung, die durch die Bildung einer übermäßigen Vernetzung des Polymers auftritt, was zu vorzeitigem Alterung leitet.
Korrosionsinhibitoren, entworfen um Metallkomponenten zu schützen, bringen Basen ein die langfristigen Auswirkungen der Säureaufbau entgegen wirken. Sie basieren sich typischerweise auf Amine, und sind in der Lage konventionelle Fluorelastomere extrem schnell an zu greifen.
Ebenso sind Chemikalien die in Industrie- und Nahrungsmittelverarbeitungsanlagen zum Reinigen bzw. zum Spülen verwendet werden öfters basisch.
Die Anwesenheit von aggressiven basischen Chemikalien, unabhängig davon, wo sie eingesetzt werden, stellt einzigartige Herausforderungen für konventionelle Fluormaterialien. Basenresistenz wird in herkömmlichen fluorierte Elastomere auf zwei unterschiedliche Manieren realisiert: Materialien ohne VF2 und Materialien ohne HFP. Diese Materialien ergeben Aufgrund der vollständigen Abwesenheit von Stellen die von Basen angegriffen werden können eine sehr gute Beständigkeit gegen Basen.
Tatsächlich scheint die erste Kategorie ohne VF2 eine überdimensionierte Lösung zu sein, da diese Materialien hochfluorierte sind; außerdem enthalten sie große Mengen der sehr teuren PAVE, insbesondere Perfluormethylvinylether, was somit auch zu sehr teure Materialien führt.
In fluorierten Elastomeren, die keine HFP enthalten, wird die Rolle des „gummiartige“ Monomer von Propylen anstelle von PAVE gespielt. Dies erzeugt weniger teure Materialien, aber mit eine schlechtere Wärmebeständigkeit und höhere Quellung in Kohlenwasserstoffe.
Verschiedene Hersteller haben spezielle Basenresistente FKM-Typen entwickelt, wie DuPont mit Viton Extreme ETP-600S, Solvay mit Tecnoflon BR 9151, 3M Dyneon mit Dyneon BRE 7131X, 7132X und 7231X, und Daikin mit GBR-6002 und GBR-6005 entwickelt.

Viton Extreme

Viton Extreme kombiniert die hervorragende thermische Beständigkeit von Fluorelastomeren mit Beständigkeit gegenüber Chemikalien, die hohen pH-Umgebungen erzeugen. Diese Klasse von Fluorelastomere wird als FEPM nach ASTM D1418 bezeichnet.
FEPM Polymeren weisen eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Angriff von Basen, haben aber begrenzte Akzeptanz aufgrund der schlechteren Verarbeitungseigenschaften. DuPont Advanced Polymer Architecture (APA) Technologie erweitert den Leistungsbereich mit Spezial Viton-Typen wie Viton Extreme. Diese Produkte bieten insgesamt eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien, Resistenz zu Basen, und Verarbeitungsvorteile im Vergleich zu einigen der anderen bestehenden TFE/Propylen-Polymere.

Viton Extreme ETP-600S zeigt eine sehr gute Verarbeitung, während die ausgezeichnete Beständigkeit gegen Flüssigkeiten beibehalten wird. Es bietet:
• Sehr gute Beständigkeit gegenüber Säuren, Kohlenwasserstoff und Ester, Ketone und Aldehyde mit niedrigem Molekulargewicht
• Widerstand gegen Angriff von Basen und Volumenänderungen in stark ätzenden Lösungen, Aminen und heißem Wasser
• Akzeptablen Tieftemperaturflexibilität (Tg = -10 °C)
• Guten Druckverformungsrest und weitere physikalischen Eigenschaften
• Guten Fleißeigenschaften im Werkzeug, kurze Vernetzungszeiten, und gute Formtrennung und wenig Formverschmutzung für eine effiziente Fertigung

Weil Viton Extreme ETP-600S sehr geringe Quellung in Kohlenwasserstoffen hat, wird es in der Automobil-Öl-Dichtungen und Ölfeldanwendungen sowie in der Automobil- und Flugzeugbrennstoffe eingesetzt. In komplizierten Umgebungen und chemisch aggressive Anwendungen ist es oft der Fluoroelastomer der Wahl.

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Figur 10. Gibt einen Eindruck von der Leistung einige FEPM Elastomere.

FKM in der Luft- und Raumfahrt

Die erste kommerzielle Anwendung für Viton Fluorelastomer fand in 1957 statt, wenn der US Air Force O-Ringe benötigte, die in der Lage waren bei hohen Temperaturen in aggressiven Medien abzudichten, einschließlich Düsentreibstoffen, Motorschmieröle und Hydraulikflüssigkeiten. Zuverlässigkeit von Materialien unter extremen Bedingungen ist die Voraussetzung zur Raumfahrt- und Luftfahrtservice. In der Luft ist absolute Dichtheit von wesentlicher Bedeutung. Heutzutage hängt der Zuverlässigkeit und Leistung der überwiegende Mehrheit der weltweit kommerziellen und militärischen Flugzeugen von FKM und FFKM basierende Dichtungen und Teile ab.
FKM-O-Ringe haben eine nutzbaren Temperaturbereich von -45 ° C bis + 275 °C, und widerstehen auch die Auswirkungen der thermischen Zyklen, die bei schnellen Aufstieg zu und Abstieg aus der Stratosphäre auftreten. Darüber hinaus hat FKM gute Abriebfestigkeit und die Fähigkeit, gegen Hochvakuum zu versiegeln, so niedrig wie 133 nPA absolut.
Dichtungen die mit FKM gefertigt sind werden routinemäßig in Turbinenmotoren , Hilfstriebwerke und hydraulische Stellglieder in kommerziellen und militärischen Flugzeugen eingesetzt. Sie beinhalten:
• O-Ringe in Leitungsarmaturen, Anschlüsse, Ventile, Pumpen und Öllagerstätten
• Wellendichtringe in Pumpen
• T-Dichtungen
• Dichtkappen / Hutmanschetten
• Krümmerdichtungen
• Beschichtetes Gewebe als Abdeckung für Jet-Motorabgasen zwischen den Flügen
• Firewall-Dichtungen
• Abriebfeste Beschichtungslösung für das Geflecht ummantelter Zündkabel
• Clips für Kabelbäume im Strahltriebwerk
• Saugschlauch für heiße Motorenöle

Vorherrschenden Trends im Bereich der Flugzeugturbinentriebwerke treiben Elastomere Dichtungsmaterialien an ihre Grenzen. Zu diese Trends gehören das fortgesetzte Streben zu leistungsstärkeren und leichteren Motoren, unter gleichzeitiger Verringerung der Lärm, Emissionen und Kraftstoffverbrauch sowie laufende Verbesserungen in der Zuverlässigkeit, Wartbarkeit und längere Intervalle zwischen den Triebwerksüberholungen .
Dies treibt die Thermodynamik des Motors an ihre Grenzen, was in höheren Betriebstemperaturen resultiert. Dadurch sind Motorenhersteller dazu gezwungen Öle zu benutzen die speziell für hohe Temperatur stabilisiert sind, um die Motorleistungs- und Lebensdauerziele zu erreichen. Spezielle Typen von FKM werden benützt, da sie eine hervorragende Beständigkeit gegenüber diesen aggressiven HTS-Typ Öle zeigen.

 

FKM in Automobilanwendungen

Kraftstoffsysteme
Immer strengere Emissionsanforderungen führen unter anderem zu höheren Temperaturen in und um den Motor, strengere Normen bezüglich Permeation von Kraftstoffen und nicht zuletzt zu mehr aggressiven Kraftstoffen und Kraftstoffadditive (siehe auch das Kapitel über Biokraftstoffe) die verwendet werden. Diese sauerstoffreiche Benzine weisen eine höhere Flüchtigkeit, die zu höhere Quellung, Verschlechterung der Eigenschaften und erhöhte Permeation durch elastomere Materialien führen können.
FKM ist das Polymer der Wahl für Kraftstoffdichtungen, Kopf- und Ansaugkrümmerdichtungen, Quick-Connect O-Ringe, Dichtungen für Kraftstoffeinspritzung aller Art, Dichtungsmassen und fortschrittliche Kraftstoffschlauch Komponenten.
Außerdem werden Garantien immer länger, die dann auch längere Standzeiten der verschiedenen Dichtungen und Teile erfordern. FKM kann oft Materialien ersetzen die weniger thermisch und chemisch stabil sind.

FKM Design Vorteile sind z.B .:
• Einsatzbereich von -40 °C bis 225 °C mit intermittierender Aussetzung bis 285 ° C
• Widersteht Kohlenwasserstoffe und saures Benzin
• Sehr gute dynamische Eigenschaften
• Geringe Permeationsraten
• Lösungsmittel, säure- und laugenbeständig
• Niedriger Druckverformungsrest

Die Grafik gibt einen Eindruck von verschiedenen FKM-Typen in Bezug auf Kraftstoffbeständigkeit .

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Figure 11. Fuel resistance of various FKM types.

Mehr Informationen über FKM rubber compounds

Anruf + 31 (0)575 55 40 66





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