ยางฟลูออรีน (FKM) หมายถึงพอลิเมอร์อีลาสโตเมอร์สังเคราะห์ที่มีอะตอมของฟลูออรีนอยู่บนอะตอมของคาร์บอนของโซ่หลักหรือโซ่ด้านข้าง ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม มีเสถียรภาพทางเคมีสูง ทนต่อสภาพอากาศ ทนต่อการเกิดออกซิเดชัน ทนน้ำมัน และระบายอากาศได้ต่ำมาก ในอุตสาหกรรมการทหาร FKM ส่วนใหญ่จะใช้ในซีล ท่อน้ำมัน และปลอกสายไฟฟ้าสำหรับการบินและอวกาศ การบินและยานปล่อย ดาวเทียม เครื่องบินรบ รถถังใหม่ ฯลฯ FKM เป็นวัสดุหลักที่ไม่อาจทดแทนได้ในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศที่ล้ำสมัย .
ในปี พ.ศ. 2500 ดูปองท์ได้พัฒนา FKM ตัวแรกเพื่อตอบสนองความต้องการระดับสูงด้านประสิทธิภาพการปิดผนึกในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ เพื่อให้มีเสถียรภาพทางความร้อนและต้านทานตัวทำละลายได้ดีขึ้น เทอร์โพลีเมอร์ฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ที่ประกอบด้วยเตตร้าฟลูออโรเอทิลีน (TFE) ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี 1959 ปัจจุบัน แบรนด์ FKM ที่พบเห็นได้ทั่วไปในโลก ได้แก่: Chemours' Viton®, Solvay's Tecnoflon®, 3M's Dyneon™ และ Daikin's DAI -เอล™.
1. ประวัติโดยย่อของการพัฒนาฟลูออโรรับเบอร์
นับตั้งแต่การค้นพบโพลีคลอโรไตรฟลูออโรเอทิลีนและโพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีน ผู้คนได้ตระหนักว่าฟลูออโรโพลีเมอร์มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและความเฉื่อยทางเคมีได้ดีเยี่ยม และโพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีนได้พัฒนาเป็นอุตสาหกรรมฟลูออโรโพลีเมอร์ที่ใหญ่ที่สุด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพของพลาสติกเอง จึงยังคงมีข้อบกพร่องที่สำคัญในฐานะวัสดุปิดผนึก และมีความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับวัสดุปิดผนึกฟลูออโรอีลาสโตเมอร์
ยางฟลูออรีนที่เก่าแก่ที่สุดคือโพลี-2-ฟลูออโร-1,3-บิวทาไดอีน และโคโพลีเมอร์ของมันกับสไตรีน โพรพิลีน ฯลฯ ซึ่งทดลองผลิตโดย DuPont ในสหรัฐอเมริกาในปี 1948 ประสิทธิภาพไม่ได้ดีไปกว่ายางคลอโรพรีนและยางบิวทาไดอีน และมีราคาแพงและไม่มีมูลค่าทางอุตสาหกรรมที่แท้จริง ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 บริษัท Thiokol ในอเมริกาได้พัฒนายางฟลูออโรไนตรัสไบนารี่ซึ่งมีสมรรถนะที่อุณหภูมิต่ำได้ดีและทนทานต่อสารออกซิแดนท์อย่างแรง นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ยางฟลูออโรได้เข้าสู่การใช้งานเชิงอุตสาหกรรมในภาคอุตสาหกรรม
ประเทศจีนยังได้พัฒนาฟลูออโรรับเบอร์หลายประเภทตั้งแต่ปี 1958 โดยส่วนใหญ่เป็นโพลีโอเลฟินฟลูออโรรับเบอร์ เช่น ประเภท 23, 26, 246 และไนโตรโซฟลูออโรรับเบอร์ ต่อมาได้มีการพัฒนายางฟลูออโรโพรพิลีนชนิดใหม่ที่หลากหลายขึ้น , ยางเพอร์ฟลูออโรอีเทอร์, ยางฟลูออโรฟอสฟอรัส
2. โครงสร้างและคุณลักษณะของยางฟลูออโร
โครงสร้างโมเลกุลของ FKM เป็นตัวกำหนดความเสถียรทางเคมีที่ดีเยี่ยมและทนต่ออุณหภูมิสูง อะตอมของฟลูออรีนล้อมรอบสายโซ่คาร์บอนและพันธะฟลูออรีน-คาร์บอน ทำให้อะตอมของคาร์บอนไวต่อการถูกโจมตีจากสารเคมี โมเลกุล ไอออน หรืออะตอมอื่นๆ น้อยลง นอกจากนี้ พลังงานพันธะของพันธะฟลูออรีน-คาร์บอนยังสูงมาก ซึ่งหมายความว่าไม่แตกง่ายและมีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรมาก
เพื่อรักษาคุณลักษณะของอีลาสโตเมอร์ ผลิตภัณฑ์ยางจะต้องสามารถคืนสภาพได้อย่างรวดเร็วหลังจากถูกโลกภายนอกบีบและเสียรูป ภายใต้สถานการณ์ปกติ อีลาสโตเมอร์เป็นโครงสร้างเครือข่ายสามมิติที่เกิดขึ้นจากการเชื่อมโยงข้ามของสายโซ่โมเลกุล และแรงคืนตัวหลังจากการเสียรูปนั้นมาจากแนวโน้มของส่วนโมเลกุลที่จะกลับมาผิดปกติ เนื่องจากโซ่ฟลูออโรคาร์บอนมีความหนืดมากกว่าโซ่ไฮโดรคาร์บอน FKM จึงมักแสดงการคลายตัวช้า
โดยทั่วไป FKM จะประกอบด้วยโมโนเมอร์ตั้งแต่สองตัวขึ้นไป โซ่คาร์บอนที่เกิดโพลีเมอร์จาก VF2 (หรือ VDF), TFE และเอทิลีนโมโนเมอร์อาจเกิดการขัดแตะหากยาวเพียงพอ ดังนั้น เพื่อที่จะสร้างโพลีเมอร์อสัณฐาน จึงมีการเติมโมโนเมอร์บางตัวที่มีกลุ่มด้านข้างขนาดใหญ่ เช่น เฮกซาฟลูออโรโพรพิลีน (HFP), อีเทอร์ไวนิลฟลูออริเนต (PMVE), โพรพิลีน เป็นต้น
3. ประเภทของยางฟลูออโร
ตามมาตรฐาน ASTM D1418-2022 ยางฟลูออโรสามารถแบ่งออกเป็นห้าประเภทดังต่อไปนี้:
(1) โคโพลีเมอร์ไบนารีของเฮกซะฟลูออโรโพรพิลีน (HFP) และไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (VDF) โคโพลีเมอร์ไบนารี่เป็นประเภทมาตรฐานของ FKM ที่มีประสิทธิภาพดีในทุกด้านและเป็นผู้เล่นที่รอบด้าน ยางฟลูออโรประเภท 26 หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าเป็นยางหมายเลข 2 ในประเทศจีนเป็นประเภทนี้ ปัจจุบันเป็นยางฟลูออโรยางที่พบมากที่สุด โดยคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 80% ของยางฟลูออโรทั้งหมด
(2) เทอร์โพลีเมอร์ของเตตระฟลูออโรเอทิลีน (TFE), เฮกซะฟลูออโรโพรพิลีน (HFP) และไวนิลลิดีนฟลูออไรด์ (VDF) เทอร์โพลีเมอร์มีสัดส่วนมวลฟลูออรีนสูงกว่าโคโพลีเมอร์ไบนารี่ (ปกติ 68% ถึง 69%) ดังนั้นจึงทนทานต่อสารเคมีได้ดีกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้านทานไฮโดรคาร์บอน นอกจากนี้ยังมีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีกว่าและสามารถใช้งานได้นานในสภาพแวดล้อมที่สูงกว่า 250 องศา แต่ความสามารถในการรับแรงกดและความยืดหยุ่นในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำจะลดลงตามไปด้วย ยางฟลูออโรประเภท 246 หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นยางหมายเลข 3 ในประเทศจีน จัดอยู่ในประเภทนี้
(3) เทอร์โพลีเมอร์ของเตตราฟลูออโรเอทิลีน (TFE), ไวนิลอีเทอร์ที่มีฟลูออริเนต (PMVE) และไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (VDF) การเพิ่ม PMVE ทำให้ผลิตภัณฑ์มีความยืดหยุ่นมากขึ้นที่อุณหภูมิต่ำมากกว่าผลิตภัณฑ์สองประเภทแรก เศษส่วนมวลของธาตุฟลูออรีนใน FKM นี้อยู่ระหว่าง 62% ถึง 68%
(4) เทอร์โพลีเมอร์เตตราฟลูออโรเอทิลีน (TFE), โพรพิลีน และไวนิลลิดีนฟลูออไรด์ (VDF) FKM ประเภทนี้ได้เพิ่มความต้านทานต่ออัลคาไลและสารละลายขั้วโลกอื่นๆ แต่ประสิทธิภาพการบวมตัวของมันลดลง และเศษส่วนมวลขององค์ประกอบฟลูออรีนอยู่ที่ประมาณ 67%
(5) โคโพลีเมอร์ห้าองค์ประกอบของเตตราฟลูออโรเอทิลีน (TFE), เฮกซาฟลูออโรโพรพิลีน (HFP), เอทิลีน, ไวนิลอีเทอร์ที่มีฟลูออริเนต (PMVE) และไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (VDF) FKM ประเภทนี้ขึ้นชื่อในเรื่องความต้านทานต่อสารละลายมีขั้วและไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่อุณหภูมิสูง