FKM

El FKM es una familia de materiales fluoroelastómeros a base de fluorocarbono definidos por la norma ASTM International D1418 ^{[ 1 ]} y la norma ISO 1629. [ ^{2 ] Se} le conoce comúnmente como caucho fluorado o fluorocaucho . FKM es una abreviatura de Fluorkautschukmaterial (es decir, material de caucho fluorado). ^{[ 3 ]} Todos los FKM contienen fluoruro de vinilideno como monómero común , al que se añaden otros monómeros para obtener tipos y funcionalidades específicas, adaptándose a la aplicación deseada.

Originalmente desarrollados por DuPont (bajo la marca Viton, ahora propiedad de Chemours ), los FKM también son producidos hoy en día por muchas otras empresas, incluyendo Daikin (Dai-El), ^{[ 4 ]} 3M (Dyneon), ^{[ 5 ]} Solvay SA (Tecnoflon), ^{[ 6 ]} HaloPolymer (Elaftor), ^{[ 7 ]} Gujarat Fluorochemicals (Fluonox), ^{[ 8 ]} y varios fabricantes chinos. Los fluoroelastómeros son más caros que los elastómeros de neopreno o caucho de nitrilo , y en comparación proporcionan resistencia adicional al calor y a los productos químicos. ^{[ 3 ]} Hay tres maneras en que los FKM pueden separarse en clases: por su composición química, su contenido de flúor o su mecanismo de reticulación .

En función de su composición química, los FKM se pueden dividir en los siguientes tipos:

• Los FKM de tipo 1 están compuestos de fluoruro de vinilideno (VDF) y hexafluoropropileno (HFP). Los copolímeros son el tipo estándar de FKM y presentan un buen rendimiento general. Su contenido de flúor es de aproximadamente el 66 % en peso.
• Los FKM de tipo 2 están compuestos de VDF, HFP y tetrafluoroetileno (TFE). Los terpolímeros tienen un mayor contenido de flúor que los copolímeros (normalmente entre el 68 y el 69 % en peso), lo que les confiere una mayor resistencia química y térmica. La deformación permanente por compresión y la flexibilidad a bajas temperaturas pueden verse afectadas negativamente.
• Los FKM de tipo 3 están compuestos de VDF, TFE y perfluoro(metil vinil éter) (PMVE). La adición de PMVE proporciona una mayor flexibilidad a bajas temperaturas en comparación con los copolímeros y terpolímeros . Por lo general, el contenido de flúor de los FKM de tipo 3 oscila entre el 62 y el 68 % en peso.
• Los FKM de tipo 4 están compuestos de propileno , TFE y VDF. Si bien la resistencia a las bases aumenta en los FKM de tipo 4, sus propiedades de hinchamiento, especialmente en hidrocarburos , se ven afectadas negativamente. Por lo general, tienen un contenido de flúor de aproximadamente el 67 % en peso.
• Los FKM de tipo 5 están compuestos de VDF, HFP, TFE, PMVE y etileno . Se caracterizan por su resistencia a las bases y a altas temperaturas frente al sulfuro de hidrógeno . ^{[ 9 ]}

En el proceso de curado de los FKM se utilizan tres mecanismos de reticulación ya establecidos.

• Entrecruzamiento con diamina mediante una diamina bloqueada. En presencia de medios básicos (alcalinos), el VDF es vulnerable a la deshidrofluoración , lo que permite la adición de la diamina a la cadena polimérica. Normalmente, se utiliza óxido de magnesio para neutralizar el ácido fluorhídrico resultante y transformarlo en fluoruro de magnesio y agua. Aunque raramente utilizado en la actualidad, el curado con diamina proporciona propiedades de unión caucho-metal superiores en comparación con otros mecanismos de entrecruzamiento. La capacidad de la diamina para hidratarse hace que el entrecruzamiento con diamina sea vulnerable en medios acuosos.
• El entrecruzamiento iónico ( entrecruzamiento dihidroxi ) fue el siguiente paso en el curado de los FKM. Actualmente, esta es la química de entrecruzamiento más común para los FKM. Proporciona una resistencia al calor superior, una mayor estabilidad hidrolítica y una mejor deformación permanente por compresión que el curado con diamina. A diferencia del curado con diamina, el mecanismo iónico no es un mecanismo de adición, sino una sustitución nucleofílica aromática . Se utilizan compuestos aromáticos dihidroxi como agentes de entrecruzamiento, y las sales de fosfonio cuaternarias se emplean habitualmente para acelerar el proceso de curado.
• La reticulación con peróxido se desarrolló originalmente para FKM de tipo 3 que contienen PMVE, ya que los sistemas de reticulación con diamina y bisfenol pueden provocar la ruptura de la cadena principal del polímero que contiene PMVE. Si bien la reticulación con diamina y bisfenol son reacciones iónicas , la reticulación con peróxido es un mecanismo de radicales libres . Aunque los enlaces cruzados con peróxido no son tan estables térmicamente como los enlaces cruzados con bisfenol, suelen ser el sistema preferido en medios acuosos y electrolíticos no acuosos .

Los fluoroelastómeros proporcionan una excelente resistencia a altas temperaturas (hasta 500  °F o 260  °C ^{[ 10 ]} ) y a fluidos agresivos en comparación con otros elastómeros , al tiempo que combinan la estabilidad más efectiva frente a muchos tipos de productos químicos y fluidos como aceite, diésel , mezcla de etanol o fluidos corporales. ^{[ 4 ]}

El comportamiento de los fluoroelastómeros en presencia de productos químicos agresivos depende de la naturaleza del polímero base y de los componentes utilizados para moldear los productos finales (por ejemplo, juntas tóricas ). Algunas formulaciones son generalmente compatibles con hidrocarburos , pero incompatibles con cetonas como la acetona y la metil etil cetona , disolventes ésteres como el acetato de etilo , aminas y ácidos orgánicos como el ácido acético .

Se pueden distinguir fácilmente de muchos otros elastómeros debido a su alta densidad de más de 1800  kg/m³ ^, significativamente mayor que la de la mayoría de los tipos de caucho. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Debido a su excelente rendimiento, se utilizan en diversos sectores, entre los que se incluyen los siguientes:

• En los procesos químicos y en el refinado de petróleo , se utilizan para sellos, bombas, juntas, etc., debido a su resistencia a los productos químicos;
• Instrumentos de análisis y proceso: separadores, diafragmas, accesorios cilíndricos, aros, juntas, etc.
• Fabricación de semiconductores ;
• Alimentos y productos farmacéuticos, debido a su baja degradación, incluso en contacto con fluidos;
• Aviación y aeroespacial : las altas temperaturas de funcionamiento y las grandes altitudes requieren una resistencia superior al calor y a las bajas temperaturas. ^{[ 4 ]}

Son adecuados para la producción de prendas de vestir, debido a su bajo desgaste y decoloración incluso durante vidas útiles prolongadas en contacto con aceites de la piel y exposición frecuente a la luz, al tiempo que garantizan una alta comodidad y resistencia a las manchas; ^{[ 13 ]}

La industria automotriz representa su principal sector de aplicación, donde la búsqueda constante de mayor eficiencia impulsa a los fabricantes hacia materiales de alto rendimiento. ^{[ 14 ]} Un ejemplo son las juntas tóricas de FKM utilizadas como mejora de los sellos de neopreno originales en los tubos de las varillas de empuje del Corvair, que se deterioraron bajo el calor intenso producido por el motor, permitiendo fugas de aceite. Los tubos o mangueras revestidas de FKM se recomiendan comúnmente en aplicaciones de combustible para automóviles y otros medios de transporte cuando se requieren altas concentraciones de biodiésel. Los estudios indican que los tipos B y F (FKM-GBL-S y FKM-GF-S) son más resistentes al biodiésel ácido. (Esto se debe a que el biodiésel es inestable y oxidante).

Las juntas tóricas de FKM se han utilizado de forma segura durante algún tiempo en el buceo con mezclas de gases conocidas como nitrox . Se utilizan porque tienen una menor probabilidad de incendiarse, incluso con los mayores porcentajes de oxígeno presentes en el nitrox. Además, son menos propensas a la degradación en condiciones de mayor concentración de oxígeno.

Si bien estos materiales tienen una amplia gama de aplicaciones, su coste es prohibitivo en comparación con otros tipos de elastómeros, lo que significa que su adopción debe justificarse por la necesidad de un rendimiento excepcional (como en el sector aeroespacial) y no es aconsejable para productos de bajo coste.

El caucho FKM se utiliza ampliamente en la industria de las correas de reloj debido a su excelente resistencia a los productos químicos, las temperaturas extremas y el desgaste. Se encuentra comúnmente en correas de reloj de alta gama para el mercado de repuestos, ofreciendo durabilidad y un ajuste cómodo. ^{[ 15 ]}

Los guantes de FKM/butilo son altamente impermeables a muchos disolventes orgánicos fuertes que destruirían o penetrarían los guantes de uso común (como los fabricados con nitrilos ).

A altas temperaturas o en caso de incendio, los fluoroelastómeros se descomponen y pueden liberar fluoruro de hidrógeno . Cualquier residuo debe manipularse utilizando equipo de protección.

• Magnesio/Teflón/Viton
• FFKM , perfluoroelastómeros
• FEPM , elastómeros de tetrafluoroetileno/propileno
• PVDF , fluoruro de polivinilideno

• Propiedades de los elastómeros - Lista de resistencias químicas (PDF; 0,6 MB)
• Diseño con fluoroelastómeros (PDF; 0,8 MB)