FKM

FKM هي عائلة من مواد الفلوروإيلاستومر القائمة على الفلوروكربون، والمحددة وفقًا لمعيار ASTM الدولي D1418 ^{[ 1 ]} ومعيار ISO 1629 ^{[ 2 ]} . تُعرف هذه المواد باسم مطاط الفلور أو مطاط الفلورو . FKM هو اختصار لـ Fluorkautschukmaterial (أي مادة مطاط الفلور) ^{[ 3 ]} . تحتوي جميع مواد FKM على فلوريد الفينيليدين كمونومر أساسي ، وتُضاف إليه مونومرات أخرى مختلفة لأنواع ووظائف محددة، بما يتناسب مع التطبيق المطلوب.

طُوّرت مواد الفلوروإيلاستومر في الأصل من قِبل شركة دوبونت (تحت العلامة التجارية فيتون، المملوكة الآن لشركة كيمورز )، وتُنتجها اليوم العديد من الشركات الأخرى، بما في ذلك دايكن (داي-إل)، ^{[ 4 ]} و3M (داينون)، ^{[ 5 ]} وسولفاي إس إيه (تكنوفلون)، ^{[ 6 ]} وهالوبوليمر (إيلافتور)، ^{[ 7 ]} وغوجارات فلوروكيميكالز (فلونوكس)، ^{[ 8 ]} والعديد من الشركات الصينية. تُعدّ الفلوروإيلاستومرات أغلى ثمناً من مطاط النيوبرين أو مطاط النتريل ، وتوفر، بالمقارنة، مقاومة إضافية للحرارة والمواد الكيميائية. ^{[ 3 ]} يمكن تصنيف مواد الفلوروإيلاستومر إلى ثلاث فئات بثلاث طرق: تركيبها الكيميائي، أو محتواها من الفلور ، أو آلية التشابك .

يمكن تقسيم المواد الكيميائية المستخدمة في صناعة المبيدات الحشرية إلى الأنواع التالية بناءً على تركيبها الكيميائي:

• تتكون مركبات الفلوروكربون من النوع الأول من فلوريد الفينيليدين (VDF) وسداسي فلورو البروبيلين (HFP). وتُعد البوليمرات المشتركة النوع القياسي من مركبات الفلوروكربون، وتتميز بأداء عام جيد. ويبلغ محتوى الفلور فيها حوالي 66% من الوزن.
• تتكون مركبات FKM من النوع الثاني من فلوريد الفينيليدين (VDF) وهيدروكسي فينيل فلورايد (HFP) ورباعي فلورو الإيثيلين (TFE). تحتوي البوليمرات الثلاثية على نسبة فلور أعلى مقارنةً بالبوليمرات المشتركة (عادةً ما بين 68 و69% وزناً من الفلور)، مما يُحسّن مقاومتها للمواد الكيميائية والحرارة. مع ذلك، قد تتأثر مرونة هذه المركبات عند درجات الحرارة المنخفضة وقدرتها على تحمل الانضغاط سلباً.
• تتكون مركبات FKM من النوع الثالث من فلوريد الفينيل (VDF) وتفلون (TFE) وبيرفلورو (ميثيل فينيل إيثر) (PMVE). يُضفي إضافة PMVE مرونةً أفضل في درجات الحرارة المنخفضة مقارنةً بالبوليمرات المشتركة والثلاثية . يتراوح محتوى الفلور في مركبات FKM من النوع الثالث عادةً بين 62 و68% وزناً.
• تتكون مركبات FKM من النوع الرابع من البروبيلين ، وTFE، وVDF. ورغم زيادة مقاومتها للقواعد، إلا أن خصائص انتفاخها، خاصةً في الهيدروكربونات ، تتدهور. ويبلغ محتوى الفلور فيها عادةً حوالي 67% من وزنها.
• تتكون مركبات FKM من النوع 5 من VDF وHFP وTFE وPMVE والإيثيلين . وهي معروفة بمقاومتها للقواعد ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية لكبريتيد الهيدروجين . ^{[ 9 ]}

توجد ثلاث آليات ربط متقاطع راسخة تستخدم في عملية معالجة مواد FKM.

• الربط المتشابك باستخدام ثنائي أمين محجوب. في وجود وسط قاعدي (قلوي)، يكون مطاط الفينيليدين (VDF) عرضةً لنزع فلوريد الهيدروجين ، مما يسمح بإضافة ثنائي الأمين إلى سلسلة البوليمر. عادةً، يُستخدم أكسيد المغنيسيوم لمعادلة حمض الهيدروفلوريك الناتج وإعادة ترتيبه إلى فلوريد المغنيسيوم وماء. على الرغم من ندرة استخدامه اليوم، يوفر معالجة ثنائي الأمين خصائص ربط فائقة بين المطاط والمعدن مقارنةً بآليات الربط المتشابك الأخرى. إن قدرة ثنائي الأمين على التميؤ تجعل الرابط المتشابك ثنائي الأمين عرضةً للتلف في الأوساط المائية.
• كان الربط الأيوني ( الربط ثنائي الهيدروكسي ) الخطوة التالية في معالجة مركبات الفلوروكربون. وهو اليوم أكثر طرق الربط شيوعًا المستخدمة في هذه المركبات. يوفر هذا النوع من الربط مقاومة حرارية فائقة، وثباتًا محسّنًا ضد التحلل المائي، وقوة ضغط أفضل من المعالجة باستخدام ثنائي الأمين. على عكس المعالجة باستخدام ثنائي الأمين، فإن الآلية الأيونية ليست آلية إضافة، بل هي استبدال نيوكليوفيلي عطري . تُستخدم مركبات ثنائي الهيدروكسي العطرية كعامل ربط، وتُستخدم أملاح الفوسفونيوم الرباعية عادةً لتسريع عملية المعالجة.
• طُوِّرت تقنية الربط المتقاطع بالبيروكسيد في الأصل لأنواع البوليمرات العضوية من النوع الثالث التي تحتوي على PMVE، حيث يمكن لأنظمة الربط المتقاطع بالدايامين والبيسفينول أن تؤدي إلى انقسام في سلسلة العمود الفقري للبوليمر الذي يحتوي على PMVE. وبينما يُعد الربط المتقاطع بالدايامين والبيسفينول تفاعلات أيونية ، فإن الربط المتقاطع بالبيروكسيد يعتمد على آلية الجذور الحرة . وعلى الرغم من أن روابط البيروكسيد المتقاطعة ليست مستقرة حراريًا مثل روابط البيسفينول المتقاطعة، إلا أنها عادةً ما تكون الخيار الأمثل في الأوساط المائية وغير المائية من المحاليل الإلكتروليتية .

توفر المواد الفلورية المرنة مقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية (حتى 500  درجة فهرنهايت أو 260  درجة مئوية ^{[ 10 ]} ) والسوائل العدوانية مقارنةً بالمواد المرنة الأخرى ، مع الجمع بين الاستقرار الأكثر فعالية تجاه أنواع عديدة من المواد الكيميائية والسوائل مثل الزيت والديزل ومزيج الإيثانول أو سوائل الجسم. ^{[ 4 ]}

يعتمد أداء الفلوروإيلاستومرات في البيئات الكيميائية القوية على طبيعة البوليمر الأساسي والمكونات المستخدمة في تشكيل المنتجات النهائية (مثل الحلقات المطاطية ). بعض التركيبات متوافقة عمومًا مع الهيدروكربونات ، ولكنها غير متوافقة مع الكيتونات مثل الأسيتون وميثيل إيثيل كيتون ، ومذيبات الإستر مثل أسيتات الإيثيل ، والأمينات ، والأحماض العضوية مثل حمض الأسيتيك .

يمكن تمييزها بسهولة عن العديد من أنواع المطاط الأخرى نظرًا لكثافتها العالية التي تتجاوز 1800  كجم/م³ ^، وهي أعلى بكثير من معظم أنواع المطاط. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

ونظرًا لأدائها المتميز، فإنها تُستخدم في عدد من القطاعات، بما في ذلك ما يلي:

• تُستخدم في العمليات الكيميائية وتكرير البترول ، حيث تُستخدم في صناعة الأختام والمضخات والحشيات وما إلى ذلك، وذلك لمقاومتها للمواد الكيميائية؛
• أجهزة التحليل والمعالجة: الفواصل، والأغشية، والوصلات الأسطوانية، والحلقات، والحشيات، وما إلى ذلك.
• تصنيع أشباه الموصلات ؛
• الأغذية والأدوية، نظرًا لانخفاض معدل تحللها، حتى عند ملامستها للسوائل؛
• الطيران والفضاء : تتطلب درجات حرارة التشغيل العالية والارتفاعات الشاهقة مقاومة فائقة للحرارة ودرجات الحرارة المنخفضة. ^{[ 4 ]}

وهي مناسبة لإنتاج الملابس القابلة للارتداء، نظرًا لانخفاض التآكل وتغير اللون حتى خلال فترات طويلة من الاستخدام عند ملامستها لزيوت الجلد والتعرض المتكرر للضوء، مع ضمان راحة عالية ومقاومة للبقع؛ ^{[ 13 ]}

تُمثل صناعة السيارات قطاع التطبيقات الرئيسي لهذه المواد، حيث يدفع السعي الدؤوب لتحقيق كفاءة أعلى المصنّعين نحو استخدام مواد عالية الأداء. ^{[ 14 ]} ومن الأمثلة على ذلك حلقات منع التسرب المصنوعة من مادة FKM، والتي تُستخدم كبديل مُحسّن لحلقات منع التسرب النيوبرين الأصلية في أنابيب قضبان الدفع لمحركات كورفير، والتي كانت تتلف بفعل الحرارة العالية الناتجة عن المحرك، مما يسمح بتسرب الزيت. ويُوصى عادةً باستخدام أنابيب أو خراطيم FKM المُبطّنة في تطبيقات وقود السيارات ووسائل النقل الأخرى عند الحاجة إلى تركيزات عالية من وقود الديزل الحيوي. وتشير الدراسات إلى أن النوعين B وF (FKM-GBL-S وFKM-GF-S) أكثر مقاومة لوقود الديزل الحيوي الحمضي. (وذلك لأن وقود الديزل الحيوي غير مستقر وقابل للأكسدة).

تُستخدم حلقات منع التسرب المصنوعة من مادة FKM بأمان منذ فترة في الغوص باستخدام مزيج غازي يُعرف باسم النيتروكس . ويُعزى استخدام هذه الحلقات إلى انخفاض احتمالية اشتعالها، حتى مع ارتفاع نسبة الأكسجين في النيتروكس. كما أنها أقل عرضة للتلف في ظل ظروف زيادة الأكسجين.

على الرغم من أن هذه المواد لها مجموعة واسعة من التطبيقات، إلا أن تكلفتها باهظة مقارنة بأنواع أخرى من المطاط الصناعي، مما يعني أن اعتمادها يجب أن يكون مبرراً بالحاجة إلى أداء متميز (كما هو الحال في قطاع الطيران والفضاء) ولا يُنصح باستخدامها في المنتجات منخفضة التكلفة.

يُستخدم مطاط FKM على نطاق واسع في صناعة أحزمة الساعات نظرًا لمقاومته الفائقة للمواد الكيميائية ودرجات الحرارة القصوى والتآكل. وهو شائع في أحزمة الساعات الفاخرة المتوفرة في السوق، حيث يوفر المتانة والملاءمة المريحة. ^{[ 15 ]}

قفازات FKM/butyl غير منفذة بشكل كبير للعديد من المذيبات العضوية القوية التي من شأنها أن تدمر أو تخترق القفازات الشائعة الاستخدام (مثل تلك المصنوعة من النتريل ).

عند درجات الحرارة العالية أو في حالة نشوب حريق، تتحلل المواد الفلورية المرنة وقد تطلق غاز فلوريد الهيدروجين . يجب التعامل مع أي بقايا باستخدام معدات الوقاية الشخصية.

• المغنيسيوم/التفلون/الفيتون
• FFKM ، المطاطات الفلورية
• FEPM ، مطاطات رباعي فلورو الإيثيلين/البروبيلين
• PVDF ، فلوريد البولي فينيليدين

• خصائص المطاط الصناعي - قائمة المقاومة الكيميائية (ملف PDF؛ 0.6 ميجابايت)
• التصميم باستخدام الفلوروالاستومرات (ملف PDF؛ 0.8 ميجابايت)