Описание, свойства и применение фторкаучуков

Содержание

 

Фторкаучуки. 3

 

Поливинилиденфторид. 3

 

Сополимеры  поливинилиденфторида. 5

 

Свойства. 7

 

Применение. 8

 

Список использованной литературы: 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фторкаучуки

В настоящее  время для ряда отраслей народного  хозяйства нужны эластомеры, у  которых высокие термостойкость и морозостойкость сочетаются с ограниченным набуханием в топливах, маслах и гидравлических жидкостях при сохранении физико-механических свойств в контакте с этими средами при температуре 200—300 °С.

Одним из основных путей получения эластомеров с указанными характеристиками является сополимеризация различных фторолефинов. Молекулярная цепь таких полимеров построена из фторуглеродных звеньев, чередующихся с метиленовыми группами, нарушающими упорядоченность структуры и тем самым уменьшающими кристаллизацию полимера.

К фторкаучукам относятся эластомеры, содержащие в  молекулах атомы фтора. Их получают эмульсионной сополимеризацией частично или полностью фторированных  диеновых и этиленовых соединений, а также фторированных эфиров акриловой кислоты с инициатором — окислительно-восстановительной системой, содержащей персульфат аммония. Благодаря повышенной энергии связи С—С фторированных углеводородов эти эластомеры отличаются высокой термостойкостью. Наличие полярного атома фтора обеспечивает высокое сопротивление к действию масел, топлив, кислот и других агрессивных сред. Вследствие малого атомарного радиуса фтора (около 1,35 Å) эти каучуки обладают хорошей эластичностью и  относительно низкой температурой стеклования (до —40 °С). При высоком содержании фтора они являются негорючими.

С  появлением фторсодержащих эластомеров  расширилась  область применения синтетических  каучуков.

Поливинилиденфторид

Поливинилиденфторид (ПВДФ) — полимер винилиденфторида:

~CH2-CF2~

ПВДФ получают радикальной полимеризацией винилиденфторида в присутствии инициаторов. Полимеризацию проводят в растворе в диметилацетамиде, в суспензии, в массе. Выпускается в виде порошка (с размером частиц 2 мкм и 20—200 мкм), гранул, растворов и дисперсий.

 

Основой наименования марок ПВДФ является обозначение Ф-2. Модифицированный Ф-2М имеет лучшую перерабатываемость. За рубежом ПВДФ имеет названия кайнар (США), KF-полимер (Япония).

Молекулярная масса М  превышает 100 тыс. Это кристаллизующийся  полимер, его степень кристалличности зависит от режима охлаждения и изменяется от 20 до 65%, соответственно плотность в пределах 1750—1800 кг/м3. Температура плавления составляет 171—180°С, температура стеклования аморфной фазы равна -(33-38)° С. При температуре выше 340° С он разлагается с выделением фтористого водорода с образованием сопряженных двойных связей.

ПВДФ — полярный полимер. Он растворяется в диметилсульфоксиде, диметилацетамиде, диметилформамиде, стоек к кислотам и щелочам. ПВДФ — прочный, твердый теплостойкий материал, лишенный «хладотекучести». Он обладает высокой химической и водостойкостью, радиационностоек, имеет хорошие электроизоляционные и антифрикционные характеристики, морозостоек (-50° С). Является самозатухающим материалом. Ниже приведены некоторые характеристики ПВДФ:

σр, МПа 

35-45 

ТВ, оС 

140-160

εр, % 

10-300 

ρV, Oм.м 

1011-1013

Α, кДж/м2 

160-190 

tgδ (при 106 Гц) 

0,015-0,02

НБ, МПА 

130-150 

ПВДФ широко используется в химической и электротехнической промышленности для изготовления антикоррозионных и электроизоляционных покрытий. Он является хорошим электретом, способным сохранять стабильными поверхностные заряды до 6 лет. Используется для изготовления термоусаживаюшихся изоляционных трубок.

Являясь типичным термопластом с низкой вязкостью (ПТР220ос = 0,5÷12 г/10 мин), он может перерабатываться прессованием, литьем под давлением и экструзией. Хорошо сваривается и окрашивается.

Сополимеры поливинилиденфторида

Путем сополимеризации трифторхлорэтилена ClCF=CF2 с фтористым винилиденом CH2=CF2 (2:1) был синтезирован каучук, получивший наименование «эластомер Кель-F». Эластические свойства этот полимер приобретает при введении в структуру пластика метиленовых группировок. Эластомеры Кель-F получают сополимеризацией мономеров в эмульсии в присутствии окислительно-восстановительных систем (активатор сульфат железа). Эластомер Кель-F содержит около 52% фтора; он негорюч. Сырой сополимер имеет белый цвет, полупрозрачен, плотность его 1,85 г/см3, он нетоксичен, стабилен при хранении, растворяется в кетонах, сложных и простых эфирах, предел прочности при разрыве 20—40 кгс/см2, относительное удлинение 600—800% и твердость по Шору 40—45.

Будучи полностью предельным полимером, эластомер Кель-F не вулканизуется  при помощи серы и других обычно применяемых вулканизующих агентов. Поэтому для вулканизации используются органические перекиси (перекись бензоила), диизоциа-наты (дифенилметан-4,4'-диизоцианат) и полиамины (гексаметилендиамин или его соли), обеспечивающие быструю вулканизацию смесей.

Вулканизаты из Кель-F сохраняют высокие физико-механические показатели в течение длительного времени при 200 °С и кратковременно при 250 СС и выше, но не обладают высокой морозостойкостью. Малое число связей С-Н в полимере обеспечивает вулканизатам высокую стойкость к продолжительному действию сильных окислителей (дымящая серная или азотная кислота, концентрированная перекись водорода, озон). Вулканизаты Кель-F мало набухают в воде, стойки к действию щелочей, алифатических, ароматических и хлорированных растворителей, нефтяных масел и смазок и т. п.

С 1959 г. начато промышленное производство сополимера ви-нилиденфторида и гексафторпропилена под названием  «флюорель». Соотношение мономеров составляет 70:30, содержание фтора в сополимере — не менее 64%, что и определяет свойственную флюорелю более высокую негорючесть, термическую и химическую стойкость по сравнению с эластомером Кель-F. Молекулярный вес флюореля 600 000.

Так же путем сополимеризации трифторхлорэтилена и фтористого винилидена синтезированы фторкаучуки типа Кель-F, а сополимеризацией гексафторпропилена и фтористого винилидена—каучуки типа вайтон. Наряду со стойкостью к действию температур в пределах 200—250 °С в сочетании с бензо-маслостойкостью и устойчивостью к некоторым агрессивным средам эти эластомеры имеют неудовлетворительную морозостойкость.

В нашей стране фторсодержащие каучуки выпускаются  под марками СКФ-26 и СКФ-32. Эти  фторкаучуки построены в основном из следующих повторяющихся структурных единиц:

для марки СКФ-32

для марки СК.Ф-26

Резины из отечественных  фторкаучуков практически не отличаются от резин из каучуков типа вайтон, флюорель и Кель-F.

Свойства

Существенным  недостатком резин из фторкаучуков является их низкая морозостойкость. Эластические свойства их сохраняются лишь до температур минус 15 — минус 20°С. Температура хрупкости в зависимости от состава резин и толщины изделий колеблется в пределах от —35 до —55°С.

По теплостойкости резины из фторкаучуков приближаются к резинам на основе полисилоксанов, но значительно превосходят их по прочности, износостойкости и стойкости к различным маслам,  бензину и другим органическим  растворителям.

Высокая химостойкость  фторкаучуков характеризуется следующим  примером. Образцы фторкаучука при погружении в дымящую азотную кислоту на 7 суток при 20 °С набухают, но сохраняют эластические свойства. Эластичность сохраняется также и при кипячении образцов в дымящей азотной кислоте в течение нескольких суток, в то время как другие, не содержащие фтора каучуки в этих условиях разрушаются за несколько минут.

Фторкаучуки обладают также высокой стойкостью к окислению  и атмосферным воздействиям, невоспламеняемостью, удовлетворительными диэлектрическими свойствами и высокой плотностью. Они менее эластичны, чем все другие синтетические каучуки.

Резины из фторкаучуков склонны к накоплению остаточных деформаций при одновременном воздействии  на них высоких температур и нагрузок..

Фторсодержащие  каучуки несколько превосходят  все другие нефторированные каучуки по стойкости к бензину и различным маслам.

Резины на основе фторкаучука СКФ-32 могут применяться  в интервале температур от —30°С до +200 °С, резины на основе СКФ-26 — в  интервале от -25СС до +250 СС.

Применение

Области применения резин из фторкаучуков весьма многообразны. Масштабы их использования из года в год возрастают.

Фторкаучуки незаменимы в химической промышленности, в авиационной  технике и представляют большой  интерес для автомобильной, тракторной, судостроительной и других отраслей промышленности.

Наиболее важные области использования резин  на основе фторкаучуков следующие: авиастроение — изготовление уплотнительных деталей  в двигателях, а также автомобильная  промышленность — изготовление тормозных  манжет, сальников и других деталей.

Из резин  на основе фторкаучуков могут быть изготовлены термостойкие, антикоррозионные, электроизоляционные, масло-, бензо- и  кислотостойкие изделия (рукава, трубки, диафрагмы, уплотнения, прокладки, защитные обувь и одежда, обкладка бензобаков и др.).

Широко используются резины из фторкаучуков для изготовления различных трубопроводов, используемых в авиационной и химической промышленности для транспортирования топлива, нефти и других продуктов.

 

Резины из СКФ-32 способны длительно сохранять эластические свойства при 200 °С и кратковременно (до 100 ч) при 250 °С. Резины из СКФ-26 могут работать более 2000 ч при 250 °С и до 100—200 ч (в зависимости от рецептуры) при 300 °С.

Резины из фторкаучуков характеризуются отличной стойкостью к действию света, озона и различных условий погоды, а также к действию микроорганизмов. Однако они нестойки к действию горячей и перегретой воды и в этом отношении уступают резинам из других синтетических каучуков — силоксановых, хлоропреновых и бутадиен-нитрильных.

Резины из фторкаучуков не горят и не поддерживают горения. Благодаря наличию атомов фтора эти резины превосходят все другие каучуки по огнестойкости и способности к самозатуханию.

Фторкаучуки находят  применение в кабельной промышленности для изготовления электроизоляции кабелей и проводов. Резины из фторкаучуков незаменимы при изготовлении различных эластичных изделий, соприкасающихся с кислотами и другими агрессивными химическими реагентами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

 

1.     Краткая химическая энциклопедия.- т.4 .- М., Советская энциклопедия, 1965. 1182 с

 

2.     Власов С.В., Основы технологии переработки  пластмасс/ С.В. Власов, Э.Л. Калинчев, Л.Б. Кандырин и др.- М.: Химия, 1995. 528 с

 

3.     Литвин О.Б., Основы технологии синтеза каучуков.- М.: Химия, 1972. 527 с

 

4.     Догадкин  Б.А., Химия эластомеров.- М.: Химия, 1972.- 392с