フッ素ゴム(FKM)

原料ゴム(ポリマー)としてのフッ素ゴム(FKM)の解説です。有機フッ素化合物を中心とした重合物で、他の合成ゴムと比較してフッ素結合が多いことから耐熱性耐薬品性耐油性などに優れた性能を示します。かつては生産が難しかったこともあって高価な原料ゴムでしたが、現在では需要の拡大に伴う技術進歩によって価格が低減し、自動車産業や航空宇宙、化学ほか幅広い分野でOリング材質などとして使用されています。尚、フッ素ゴムとは、フッ素原子を含むゴムの総称です。従ってFFKM(パーフルオロエラストマー)FEPM(テトラフルオロエチレンプロピレン系フッ素ゴム/アフラス)などもフッ素ゴムに含まれますが、一般にはFKM(特に2元系FKM)のことを指します。また、FKMとFPMは同義ですが、FKMがASTM(American Society for Testing and Materials/アメリカ合衆国の材料試験協会)に則った略称であるのに対し、FPMはISO(International Organization for Standardization/国際標準化機構)、若しくはDIN(Deutsche Industrie Normen/ドイツ工業規格)に拠ったものです。

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正式名称 ビニリデンフルオライド系フッ素ゴム
化学構造  フッ化ビニリデン6フッ化プロピレン共重合体【2元系FKM】
フッ化ビニリデン6フッ化プロピレン4フッ化エチレン共重合体【3元系FKM】
ポリマー比重 1.80〜1.82
代表的特長 耐熱性、耐薬品性、耐油性
主なOリング材質 FKM-70(4D)
FKM-90
フロロパワー3F
フロロパワー3FW
フロロパワー3FH
フロロパワー3F90
フロロパワーDL
フロロパワーDD
フロロアップシリーズ
FKM-D-90
ほか

化学構造<フッ化ビニリデン6フッ化プロピレン共重合体ほか>と特徴

共重合組成には炭化水素結合(C―H)が1つしかなく、その他は全てフッ素結合(C−F)です。C−F結合は非常に強固なので、優れた耐熱性や耐薬品性、耐油性を生み出します。しかし、この構造は石油系合成ゴムとは全く異なっていて、簡単に加硫させることが難しいという欠点があります。その為、各原材料メーカーは分子構造や架橋点となる部分に様々な工夫を凝らしています。

 

  • 2元共重合体(2元系フッ素ゴム/2元系FKM)

フッ素ゴム(FKM)に於いて、最も一般的で流通量の多い構造で、フッ化ビニリデン(VDF)と6フッ化プロピレン(HFP)という2つのモノマーが重合されています。尚、この構造に存在するCH2―CF結合は化学的に弱い結合で、アミン類やスチームで分解してしまいます。

FKM.png

  • 3元共重合体(3元系フッ素ゴム/3元系FKM)

2元共重合体に4フッ化エチレン(TFE)をモノマーとしてを重合したVDF・HFP・TFEによる3元共重合体で、C−F結合の割合が増加してC−H結合が減少しているので、2元共重合体よりも耐薬品性などに優れています。

3元系フッ素ゴム.png

  • 3元共重合体(低温3元系フッ素ゴム/低温3元系FKM)

VDF・HFP・TFEによる3元共重合体のHFPをパーフルオロメチルビニルエーテル(PfMVE)に置換したもので、C−F結合の増加に伴う耐薬品性の向上に加え、PfMVEの効果によって低温硬化が緩和されることで耐寒性に優れています。

低温3元系フッ素ゴム.png

 

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配合剤

フッ素ゴム(FKM)に用いられる主な配合剤には、以下のようなものが挙げられます。

添加剤 具体例
補強性充填材 カーボンブラック、珪酸類
可塑剤 フッ素系軟化剤
架橋剤 ポリオール化合物(ビスフェノール)、アミン化合物、有機過酸化物
加硫促進剤 使用しない
老化防止剤 使用しない
加硫助剤 酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、トリアリルイソシアネート
加工助剤 ワックス類

他の合成ゴムと比較して配合剤の添加比率が非常に低く、加硫ゴム(Oリング材質)の性能は原料ゴムと加硫方式(架橋剤)に大きく左右されます。充填材と可塑剤を添加できる分量が少なく、また使用可能な可塑剤が限定されて高価であることから、低硬度品などの特殊な配合を除き、物性の調整には充填材のみを使用します。架橋については、かつてはアミン化合物による加硫方法が主流でした。しかし鉛化合物を含むことから環境への影響が懸念され、現在ではフッ素ゴム(FKM)の大半を占める2元共重合体に対してはポリオール化合物を、3元共重合体に対しては有機過酸化物を使用するのが一般的です。ポリオール系の架橋剤は原料ゴムの構造と架橋点に大きく関係し、また加工性や機械特性に直接影響することから、各原材料メーカーは独自に開発を進めています。よって汎用のフッ素ゴム(FKM)として販売されている原料ゴムの殆どは、予め架橋剤が混ぜてあるプリコンパウンドゴムです。また、外的影響を受け難く安定性が高いポリマーであることから、老化防止剤は使用しません。

加硫ゴム(Oリング材質)の一般的な特徴

フッ素ゴム(FKM)をベースにした加硫ゴム(Oリング材質)には、以下のような性能があります。

一般特性
硬度 (JIS-A)
50〜90
引張強さ(MPa) 70〜200
伸び率(%) 100〜500
反発弾性
引き裂き強さ
耐磨耗性
屈曲性
耐熱温度 (耐寒性耐熱性 -50〜300
耐老化性
耐オゾン性
難燃性
電気絶縁性(Ω・cm) 1010〜1014
ガスバリア性
耐油性耐薬品性
燃料油(ガソリン、軽油)
非極性溶剤
(ベンゼン、トルエン)
トリクレン
アルコール
エーテル ×
極性溶剤(MEK、アセトン) ×
酢酸エチル ×
有機酸類 ×
高濃度無機酸類
低濃度無機酸類
高濃度アルカリ ×
低濃度アルカリ

原料ゴムの供給元(メーカーと商品名)

フッ素ゴム(FKM)を製造している主要な原料ゴムメーカーは下表の通りです。ニトリルゴム(NBR)などの石油系合成ゴムのメーカーと比較して極端に数が少なく、フッ素ゴム(FKM)はプラントでの重合が非常に難しいことを表しています。また、デュポン(ケマーズ)社による様々なフッ素ゴム原材料(原料ゴム)に係る商品名バイトン(Viton)®については、世界的に見ても同社のフッ素ゴムが先発品であったこともあり、原料ゴムというよりも2元系フッ素ゴム(FKM)材質の通称として、代名詞のように扱われています。

 

メーカー 商品名
デュポン社/E.I.du Pont de Nemours and Company アメリカ合衆国 バイトン(Viton)®
ケマーズ社/The Chemours Company
3M社/3M Company アメリカ合衆国 ダイニオン(Dyneon)™
ダイキン工業株式会社/Daikin Industries, Ltd. 日本国 ダイエル(DAI-EL)™
ソルベイ社/Solvay S.A. ベルギー王国 テクノフロン(Tecnoflon)®
ハロポリマー社/HaloPolymer, OJSC ロシア連邦 Elaftor

 

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