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  hotwin  (2010-05-24 17:53:12, Hit : 10943, Vote : 379)
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불소고무(FPM)
fluorocarbon rubber는 불소화도가 높은 탄화수소 고분자이다. 일반적으로 불소화도가 높은 모든 고분자는 매우 안정적이고 아주 우수한 내산화성, 내후성, 난연성, 내화학성, 많은 유체에 대한 내유성을 가지고 있다. 이러한 안정성은 C-H결합에 비해 높은 C-F결합강도에 의한것이다. 

불소고무는 고분자 조성과 불소함량에 따라 다양한 제품이 있다. 비닐리덴 플루오라이드, 헥사플루오로프로필렌, 테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로메틸비닐 에테르등의 고분자종류에 따라 다양한 제품이 된다.

일반적으로 삼원 공중합체인 고분자가 이원 공중합체보다 내유성 및 내화학성에서 더 양호하다. 내팽윤성은 불소 함량이 증가할수록 좋아지나, 저온유연성은 떨어진다. 헥사플루오로프로필렌보다는 퍼플루오로메틸비닐에테르의 불소고무가 일반 불소고무보다는 기본적인 물성의 감소없이 양호한 저온유연성을 보인다. 그러나 이러한 저온용 불소고무는 일반 제품에 비해 매우 비싸다.

FPM컴파운드는 다른 고무 컴파운드와 비교할때 소수의 배합 성분만을 갖는다. 일반적으로 가황계, 충전제(카본블랙, 무기 충전제, 이들의 혼합물), 금속 산화물, 소량의 가공조제(일반적으로 카노바 왁스나 저분자량의 폴리에틸렌)가 혼합된다.

FPM고무는 제한된 양의 충전제(약30-50phr)만을 수용할수 있다. 광물유나 유기 에스테르와 같은 가소제의 첨가는 고무와의 상용성 열세및 230-260도에서 후가황시 휘발되기 때문에 적절하지 못하다. 만일 가소제 첨가가 반드시 필요하다면 저분자량의 FPM액상 고무를 사용하는 것이 좋다.

금속산화물(산 수용체)은 가황시 혹은 가황물이 고온에서 사용될때 생성되는 수소화불소의 중화를 위하여 반드시 필요하다. 가장 광범위하게 사용되는 산화물은 산화마그네슘이다. 그러나 최적의 내수성, 내스팀성, 내산성이 요구되는 경우에는 사용하지 않는것이 좋다. 그러한 경우에는 일산화납과 같은 산화납을 사용해야 한다.

가황계는 3가지(디아민, 비스페놀,유기과산화물)가 있다.

가장 많이 사용하는 디아민은 헥사메틸렌 디아민 카바메이트와 같은 블록화 디아민이다.


비스페놀 가황계는 이미 원료고무에 혼합되어 있거나 마스터 뱃치로 따로 공급되기도 한다. 가황 촉진제로는 포스포늄염이 많이 쓰인다. 덧붙여 가황반응을 촉진시키기 위해 수산화칼슘을 첨가하기도 한다. 비스페놀 가황계를 사용하면 압축줄음율이 개선된 가황물을 얻을 수 있다.

과산화물 가황계는 가교점 단량체가 들어 있는 FPM고무에만 유용하다. 일반적으로 triallyl isocyanurate와 같은 보조시약을 첨가한다. 이 가황계를 사용하면 스팀과 아민계 윤활유 첨가제에 대한 저항성이 우수한 가황물을 얻을 수 있다.

아민계 가황계를 적용하여 압축줄음율과 같은 물성을 개선시키려 할때는 230-260도의 온도에서 24시간 이상 후경화를 시켜야만 한다. 후가황동안 물과 같은 휘발성 가황 부산물 뿐만 아니라 용해 혹은 갇혀진 공기는 압축 성형 제품밖으로 배출될 것이다. 두꺼운 부분의 찢어짐(fissuring)이나 균열을 피하려면 후가황을 단계쩍으로 100도부터 원하는 온도까지 25도씩 증가시켜야 한다. 후가황을 단계적으로 실시하면 가스의 확산도 느리게 일어난다.

피복된 직물이나 호스 내면에 사용하는 것과 같이 극단적으로 높은 온도에서 사용하지 않는 용도라면 후가황을 생략하거나 후가황 시간을 줄여도 무방하다.

일부가황물성(압축줄음율, 메탄올, 아민계 첨가제, 온수, 스팀등에 대한 저항성)은 사용한 원료 고분자의 조성, 가황계, 금속산화물에 따라 달라진다. 그러나 불소고무가황물은 일반적으로 아주 높은 내열성, 내오존성, 내후성, 난연성과 산화성 약품에 대한 저항성을 가지고 있다고 말할수 있다. 예를 들어 200도까지 고무 탄성을 유지하고, 단기간 용도로는 300도까지 가능하다. 이와같이 아주 우수한 내열성과 더불어 다양한 오일, 연료, 용제, 각종 화학약품등에 대한 저항성을 가지고 있다. 그렇기때문에 석유계오일 및 윤활제, 유기에스테르계 윤활제, 실리케이트-에스테르계 윤활제, 실리콘 유체 및 그리스, 아릴인산에스테르 유체, 방향족 탄화수소(벤젠,톨루엔,크실렌), 할로겐화 탄화수소(트리클로로에틸렌, 사염화탄소)등의 사용되는 곳에 사용이 권장된다.


그러나, 다양한 유체에 대한 내유성을 가진 불소고무도 일부 유체에서는 사용하지 않는것이 좋다.

예를들어 케톤류(아세톤,MEK)와 에스테르류(에틸 아세테이트)같은 극성용매, 개미산과 초산 같은 저분자 유기산, 온수 및 스팀(산화납으로 가황하지 않을 경우), 메탄올(수소함량이 낮은 즉, 불소 함량이 많은 고무는 제외), 알킬-아릴 인산에스테르 유압유(skydrol fluids)(아릴 인산에스테르에는 저항성을 가진다.), 글리콜계 자동차용 브레이크액, 무수 암모니아와 아민(과산화물 가황된 불소함량이 높은 FPM은 엔진이나 기어오일에서 확인되듯이 아민계 첨가제에 대해 저항성을 지닌다.), 뜨거운 불화수소 혹은 클로로황산, 10^6 rads이상의 복사에너지등.
 

압축줄음율에 대한 저항성은 가황계의 영향을 크게 받는데, 비스페놀계가 제일 우수한 고온 압축줄음성을 보인다. 과산화물 가황계는 디아민계보다는 좋지만 비스페놀계와 동일한 압축줄음율을 주지는 못한다.

일반적으로 저온특성은 만족할만한 수준은 아니다. 동적용도에서는 -20도정도까지는 성능을 유지한다. 정적 용도에서 보면, FPM공중합체를 보통의 비스페놀계로 가황시킨 O-링은 -40도 부근까지 밀봉력을 유지한다. 이것은 정적 씰(static seal)의 경우에 전형적인 시험실적 저온 시험만으로는 실제 사용상의 성능을 나타내기가 어렵다는 것을 보여준다.


PMVE를 함유한 불소 원료고무는 저온 유연성이 매우 개선되었으나 매우 비싸다는 것이 큰 단점이다.


가스투과성은 부틸 고무만큼 매우 낮으며, 불소함량이 높은 불소고무가 연료투과량이 제일 낮은 것으로 알려져 있다.

전기절연성은 뛰어나지 않으나 특히 내열성, 내오존성, 내화학성, 난연성이 요구되는 용도의 피복제로 사용되기도 한다.


결국 불소고무는 고온에서 내유성, 내연료유성, 내화학성등이 요구되는 곳에 사용된다. 주로 아주 가혹한 조건에서 사용되는 o-ring, shaft seal, 가스켓, 연료 호스, 다이아후램, 전선 피복제등에 사용된다.

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