همه چیز درباره متریال و اورینگ وایتون (FKM)

همه چیز درباره متریال و اورینگ وایتون (FKM)

تاریخچه مختصری از وایتون

وایتون نام تجاری است که برای فلوئوروالاستومر ها مورد استفاده  می ابشد و این نامگذاری بوسیله شرکتDUPONT انجام  گرفته است. این فلوئورولاستومر یا همان FKM Viton در سال ۱۹۵۷ میلادی در صنعت هوافضا به عنوان الاستومری با عملکرد بالا معرفی و ارائه شد است. استفاده از وایتون در دیگر صنایع و زمینه ها مانند صنعت خودرو سازی، صنایع شیمیایی و پتروشیمی به سرعت رشد چشمگیری داشت و شناخته شده تر و معروف شد. وایتون بیشتر به دلیل مقاومت بسیار بالای آن در مقابل حرارت ، موتد شیمیایی و سوخت ها معروف و معمول و محبوب است.

اورینگ چیست؟

«اورینگ» (O-ring) قطعه‌ای دایره‌ای شکل از جنس مواد الاستومری و پلیمری می باشد که در صنایع برای آب‌بندی بین دو قطعه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مطلب می‌خواهیم نوع دیگری از آب‌بندها یعنی اورینگ را معرفی کنیم و نحوه طراحی و انواع آن را نیز مورد بررسی قرار دهیم.

اورینگ که در برخی منابع آن را به عنوان « پکینگ » ( Packing ) یا « مفصل توریک » ( Toric ) هم شناخته می شود نوعی آب‌ بند مکانیکی به حساب می‌آید که شکلی دایره‌ای دارد و از جنس الاستومر و مواد پلیمری می باشد. اگر به تصویر اورینگ نگاه کرده باشید متوجه خواهید شد که این قطعه، سطح مقطعی دایره‌ای شکل دارد. چنین سطح مقطعی کمک می‌کند در اتصالات تحت فشار بتوانیم اورینگ را در شیار مخصوص این اتصالات قرار دهیم تا آب‌بندی مناسبی را به ارمغان بیاوریم.

اورینگ را می‌توان هم در شرایط استاتیک و هم در شرایط دینامیک بکار ببردید که حرکاتی نسبی بین اورینگ و سایر قطعات وجود دارد. از نمونه‌های سیستم‌های متحرک می‌ شود به شفت پمپ‌ها و سیستم هیدرولیکی سیلندر و پیستون اشاره کرد.

اورینگ وایتون چیست

اورینگ وایتون Viton با نام های دیگر فلوروالاستومر، فلوروکربن، FKM، FPM، CFM فلوروکربن و نام شیمیایی وینیلیدین فلوراید هگزا فلورو پلیمر یکی از اورینگ های پرکاربرد در سیستم های آب بندی می باشد که به دلیل ساختار خاص آن در آب بندی اسیدها، سوخت ها و تجهیزات گازسوز استفاده می گردد.

سختی اورینگ وایتون

بطور کلی سختی اورینگ وایتون نشان دهنده مقاومت ماده اصلی در تغییر حالت موضعی می باشد و از راه مقاومت در برابر نفوذ توسط یک جسم نفوذ کننده تحت بار (سختی نفوذی) یا یک نقطه ی تیز تحت بار درحال عبوراز روی سطح اندازه گیری می گردد. هر دوی این روش ها در ادامه بیان می شوند.

گرید بندی اورینگ وایتون

وایتون در ۳ گرید اصلی و چند گرید فرعی غیرمعمول تقسیم بندی می شود که موارد کاربرد، مشخصات و هزینه متفاوتی را دارا است.

وایتون گرید A (دی پلیمری از VF /HFP)
این گرید جزء پر مصرف ترین و به صرفه ترین گرید های وایتون است و از جمله کاربردهای آن در صنعت خودرو و صنعت هوا فضا می باشد. این گرید از مواد وایتون دارای ۶۶٪ فلوئور است.

وایتون گرید B (تری پلیمری از VF2 / HFP / TFE)
این گرید مقداری گران تر از گرید A بوده و موارد کاربرد آن بیشتر در کارخانه های فرآوری شیمیایی، صنایع برقی و موارد مشابه فرموله شده می باشد. این گرید از مواد وایتون دارای ۶۸٪ فلوئور تهیه شده است.

وایتون گرید F (تری پلیمری از VF2 / HFP / TFE)
کاربرد گرید F وایتون در سوخت اتوموبیل اکتان بالا همراه اکسیژن، اسید های معدنی آب پوشیده، آب و بخار می باشد. این گرید از مواد وایتون دارای ۷۰% فلوئور  می باشد.

توجه فرمایید که وایتون ها همچنین در گرید های مخصوصی شامل وایتون GLT – وایتون GBLT – وایتون GFLT – وایتون Extreme (کوپلیمری ازTFE TFE / PMVE / propylene & ethylene) تولید می شود که کاربردشان معمولا در برخی آب بندی حساس در صنعت خودرو، استخراج نفت و دیگر شرایط خشن و مخصوص است.

اورینگ FKM و FFKM
وایتون خانواده بزرگی دارد که هر کدام از آن ها خصوصیات مختلف و البته در بسیاری موارد متشابه ای را دارا است. از معروف ترین زیرگروه های وایتون، پرفلئوروالاستومرها می باشند. در حالی که فلوئورو کربن یا FKM شامل ۶۳ تا ۶۸ درصد فلوئور است، پرفلئوروالاستومر یا FFKM دارای فلوئور ۷۳٪  است .

FFKM مقاومت بسیار بالایی در دماهایی شدید دارد و بهترین مقاومت شیمیایی را نیز دربین همه الاستومرها نشان می دهند. همچنین لازم است بیان شود  که برخی از FFKM ها با تمهیدات به مقاومت حرارتی تا + ۳۲۶ درجه سانتی گراد نیز می رساند.

مشخصات اورینگ وایتون

تحمل دما مواد وایتون :
وایتون دارای پیوند C-F است که این پیوند استحکام بسیار بالایی دارد و برای شکستن آن نیاز به انرژی زیادی می باشد. همین موضوع نیز باعث شده است تا فلوئوروالاستومرها پایداری دمایی فوق العاده ای را دارا باشند. دامنه دمای وایتون ها چیزی حدود -۵۰ درجه سانتی گراد تا +۲۰۵ درجه سانتی گراد است که از این نظر برتری قابل توجهی نسبت به دیگر متریال های اورینگ را دارد.

سختی مواد وایتون:
به طور کلی سختی اورینگ وایتون بیانگر مقاومت ماده اصلی در تغییر شکل موضعی می باشد و از راه مقاومت در برابر نفوذ توسط یک جسم نفوذ کننده تحت بار (سختی نفوذی) یا یک نقطه ی تیز تحت باردرحال عبوراز روی سطح اندازه گیری می شود . سختی اورینگ وایتون ۵۰ تا ۹۵۵ شور می باشد.

رنگ کامپاند مواد وایتون:
در ابتدا اورینگ وایتون ها در رنگ بندی های مختلفی تولید می شدند که از جمله آن می توان به رنگ های خاکستری، سبز، قهوای و بنفش اشاره کرد؛ اما نکته قابل توجه این جاست که امروزه وایتون ها در تمامی رنگ های درخواستی می توانند تولید شده و مورد استفاده قرار گرفته شود.

کامپاند مواد اولیه وایتون | رابرسیا
مقاومت شیمیایی اورینگ وایتون:
اورینگ وایتون دارای تراکم مولکولی اندکی است و مقاومت بسیار خوبی در برابر دماهای بالا، اوزون، بسیاری از حلال ها و مواد شیمیایی آروماتیک و آلی دارا است. در یک توضیح کامل تر، وایتون ها از خانواده کائوچوهای فلودئوروپلیمر می باشند و یک موجودیت مستقل محض نمی باشند . این کائوچوها می توانند بر اساس مقدار فلوئورشان به ترتیب به صورت ۶۶ درصد، ۶۸ درصد و ۷۰ درصد طبقه بندی بشوند و وایتون هایی که مقدار فلوئور بیشتری را دارا هستند، مقاومت بالاتری در برابر سیال ها دارند؛ در این خصوص فلوئورو الاستومر(وایتون)هایی که با پراکسید پخته شده اند ذاتاً مقاومت بهتری در برابر محلول های اسیدی مانند بنزین، نفت، گاز و… دارا هستند.

تعدادی از کاربردهای امروزی شامل اورینگ های مصرفی در صنایع خودروسازی ، اورینگ وایتون سیستم های سوختی ، هیدرولیکی و اورینگ سیستم تزریق سوخت (سوزن انژکتور) تمامی خودرو ها ، دیافراگم ها و… می باشد.

اورینگ وایتون در گستره ی وسیعی از کاربردهایی با عملکرد بالا  مورد استفاده قرار میگیرد. در حالت کلی وایتون ها در برابر مواد زیر مقاومت دارد و در مواردی که مصافحت با این گزینه ها احتمال دارد مورد استفاده می گیرد:

گریس ها و روغن های معدنی و گیاهی

روغن های هیدرولیکی مصنوعی و غیر قابل اشتعال (HFD)

روغن های سیلیکونی

هیدروکربن های آروماتیک مثل بنزن و تولوئن

هیدروکربن های آلیفاتیک مثل بوتان، پروپان و گاز طبیعی

هیدروکربن های کلرینه مثل تری کلرواتیلن و تتراکلرید کربن

گازوئیل

خلاء زیاد

اوزون، اثر آب و هوا و گذشت زمان در اتمسفر

تورم در روغن های داغ

تر کیب های آلیفاتیک

فرآورده های نفتی

اسید قوی

و …

بنا به همین مفاهیم تعدادی از کاربردهای امروزی اورینگ وایتون شامل اورینگ های مصرفی در صنایع خودروسازی، سیستم های سوختی، هیدرولیکی و اورینگ سیستم تزریق سوخت (سوزن انژکتور) تمامی خودرو ها، دیافراگم ها، صنایع دارویی، صنایع نفت و گاز، هوافضا و… می گردد.

استفاده از اورینگ وایتون به عنوان سوپاپ شناور در کاربراتور SU برای مقاومت در برابر سوخت و انعطاف پذیری آن برای آب بندی نیز معمول است. همچنین اورینگ وایتون به عنوان آب بند در غواصی هم استفاده می گردد، زیرا با گاز نیتروکس واکنش نمی دهد و در معرض اکسیژن پوسیده نشده، مشتعل نمی شود.

همچنین در مواردی که غلظت بالایی از بیو دیزل مورد نیاز می باشد شیلنگ های لاستیکی وایتون و واشر وایتون توصیه می گردد؛ چراکه در برابر اسید بیودیزل مقاوم می باشد.

این متریال یک جایگزین مطمئن برای اورینگ های نیتریل در حرارت بالا و مواد شیمیایی خورنده است.

موارد ممنوعیت استفاده از اورینگ وایتون

وایتون عموما با هیدروکربن ها سازگاری ندارد و با کتون هایی مانند استون و متیل اتیل کتون – حلال های استر مانند اتیل استات – آمین ها – اسید های آلی مانند اسید استیک ناسازگار می باشد .

به همین منظور نیز برای کاربرد در معرض آب داغ، بخار، حلال‌های قطبی، اترها و استرهای دارای وزن مولکولی پایین، روغن ترمزهای پایه گلیکولی و یا اسیدهای داغ هیدروفلوئوریک و کلروسولفونیک استفاده از این نوع اورینگ اصلا توصیه نمی گردد.

مزایای استفاده از اورینگ وایتون

مقاومت دمایی وایتون با وجود خواص مکانیکی خوبش در مقایسه با اکثر الاستومرهای دیگر مرتبه بالایی را دارا است. همچنین با افزایش دما مقدار مقاومت آن در برابر روغن و مواد شیمیایی دچار تغییر بخصوصی نمی گردد. قابلیت ارتجاعی ترکیبات وایتون در بازه دمایی 204 تا 316 درجه سانتی گراد نیز همچنان با کیفیت بالا برقرار است. این لاستیک در مقابل تخریب حجم زیادی از مواد شیمیایی و مایعات از جمله روغن‌ها، سوخت‌ها، روان کننده‌ها و اکثر اسیدهای معدنی نسبت به سایر الاستومرهای غیرفلوئورینه‌ شده از مقاومت بیشتری برخوردار است . به‌طور کلی، این خاصیت‌ها این را می رساند که وایتون از نظر مقاومت در برابر سیالات چندین مرتبه جلوتر از رقبا است.
با نفوذ ناپذیری وایتون در مقابل مقدار زیادی از مواد، باعث می‌شود که عملکرد فوق‌العاده‌ای را در سوخت‌های اکسیژن‌دار خودرو‌ها  نمایش دهد. از سوی دیگر این پلاستیک مقاومت خوبی را در برابر فشرده سازی دارد، حتی در دماهایی که سایر الاستومرهای غیرفلوئورینه‌ شده دچار شکستگی می‌شوند. همچنین به طور ویژه در برابر اکسیداسیون جوی، خورشید، شرایط آب و هوایی، قارچ و کپک کاملا بدون عیب می‌باشد.وایتون در کاربردهای ولتاژ کم و فرکانس پایین ،خواص الکتریکی خوبی دارد.

مقایسه اورینگ FKM و اورینگ نیتریل(NBR)

تفکیک کارایی اورینگ FKM و نیتریل، بسیار ساده می باشد و تنها با یک نگاه کلی به خصوصیات ان ها ممکن می شود. مثلا اگر قرار است مونتاژ شما در دمای بیش از ۱۰۰ درجه سانتی گراد قرار بگیرد، نیتریل مناسب نخواهد بود؛ همچنین اگر اورینگ احتمالاً در معرض هوا، اشعه ماورا بنفش یا ازن قرار بگیرد، احتمال تخریب نیتریل و خطر خرابی آن بالا است. این درحالی می باشد که وایتون توانی این را دارد که به خوبی شرایط ذکر شده را پوشش دهی کند.

اورینگ FKM نسبت بهNBR و سیلیکون سنگین تر است و در اثر کشیدن یا کارکرد در روغن ، گازويیل و بنزین حالت خود را حفظ می نماید. با همه این مزایا، هزینه اورینگ FKM در مقایسه با اورینگ NBR  بیشتر است. اورینگ FKM همچنین از اورینگ های معمولی و NBR فشار بسیار بیشتری را متحمل می شود .

کائوچوی فلوئوروکربن (FKM)
فلوئورالاستومرها ، یک دسته از کائوچوهای مصنوعی می باشند که میزان مقاومت آن ها در برابر مواد شیمیایی ، روغن و گرمای بیش از حد معمول  و عادی بوده و دارای طول عمر مفید تا دمای °۲۰۰c می باشند.
پایداری گرمایی بالا و مقاومت بسیار بالا در برابر بنزین ، اسیدهای شیمیایی و روغن بوده هست که به علت وجود اتم های فلوئور ( ازنظرشیمیایی خنثی) در ساختمان ایم پلیمر می باشد .

پیوند C-F استحکام بسیار بالایی داشته و برای شکستن آن به انرژی بالایی نیاز می باشد . این موضوع ، خود دلیل دیگری برای پایداری دمایی بالای فلوئوروالاستومرها است .

مقاومت وایتون در برابر حلال ها

وایتون خانواده ی کائوچوهای فلودئوروپلیمر هستند ، ویک موجودیت مستقل محض نمی باشند. این کائوچوها میتوانند بر اساس مقدار فلوئورشان به ترتیب به صورت ۶۶ درصد ، ۶۸ درصد و ۷۰ درصد دسته بندی گردند.
وایتون هایی ک مقدار فلوئورو بیشتری دارا هستند ، دارای مقاومت بالاتری در برابر سیال ها می باشند که از افزایش مقدار فلوئور نشات میگیرد.
فلوئورو الاستومر(وایتون)هایی که با پراکسید پخته شده اند ذاتاً مقاومت بهتری در برابر محلولات اسیدی مانند بنزین ، نفت ، گاز و… دارا هستند.

دستگاه سختی سنج اورینگ | رابرسیا
رنگ بندی اورینگ وایتون
اورینگ وایتون در رنگبندی های متنوعی تولید می گردند از جمله این رنگ ها خاکستری ، سبز ، قهوای و بنفش هست که اماده تولید می باشند ناگفته نماند که وایتون مثل سیلیکون رنگبندی های گوناگونی دارد وطبق سفارش تولید می شود .

چگونگی شناسایی اورینگ وایتون

شناسایی اورینگ با مواد وایتون معمولا راحت نمی باشد. با این حال برخی خصوصیات در مقایسه با دیگر متریال های اورینگ می تواند ما را در تشخیص آن یاری رسانند.

۱. اورینگ وایتون نسبت به اورینگ NBR و اورینگ سیلیکون سنگین تر می باشد.

۲. وایتون حالت بازگشت پذیری کمی دارد این در حالی است که اورینگ ها با متریال های SBR, EPDM, NBR, و… به صورت ظاهری قابل تشخیص نمی باشند.

۳. رنگ اورینگ وایتون به طور کلی براق نیست اما یک نوعی از وایتون که Diflash شده است و مراحل آن با کربن سنگ شور شده و به شکل مات تر از حد معمول در آمده است.

برخی نکات محسوس استفاده از اورینگ وایتون

استفاده از اورینگ وایتون به عنوان سوپاپ شناور در کاربراتور SU برای مقاومت در مقابل سوخت و انعطاف پذیری آن برای آب بندی

به عنوان آب بند در غواصی SCUBA : زیرا با گاز نیتروکس واکنش نشان نمیدهد، در معرض اکسیژن پوسیده نمی گردد و آتش نمی گیرد .

هنگامی که غلظت بالایی از بیو دیزل مورد نیاز باشد شیلنگ های لاستیکی وایتون و واشر وایتون توصیه می گردد ، زیرا ؛ در برابر اسید بیودیزل مقاوم می باشد.