Vào thời kỳ đầu, đồng hồ không có dây đeo và đồng hồ bỏ túi được coi là biểu tượng của bản sắc và địa vị. Mãi đến Thế chiến thứ nhất, dây đeo đồng hồ mới xuất hiện, với da và thép trở thành vật liệu chủ yếu.

Khi thiết kế đồng hồ đa dạng, vật liệu dùng cho dây đeo đồng hồ cũng đa dạng theo. Hiện nay, chúng bao gồm kim loại , gốm , da , vải , nylon , nhựa, cao su silicon , v.v.

Việc sử dụng dây đeo cao su trong đồng hồ đeo tay cao cấp truyền thống thể hiện cá tính năng động của người đi đầu xu hướng, đồng thời tăng cường tính sáng tạo về mặt thiết kế của đồng hồ.

Trong số các loại cao su khác nhau, cao su silicon là vật liệu đàn hồi quen thuộc nhất. Tuy nhiên, bạn có biết có một vật liệu đàn hồi khác vượt trội hơn cao su silicon về khả năng chịu nhiệt, chịu dầu và chống ăn mòn không?

Đó là fluoroelastomer.

1. Tổng quan về sự phát triển của dây cao su

Cao su là vật liệu polyme có tính đàn hồi cao, có khả năng biến dạng thuận nghịch. Cao su thể hiện tính đàn hồi ở nhiệt độ phòng và có thể biến dạng đáng kể với lực bên ngoài tối thiểu, trở lại trạng thái ban đầu khi lực đó biến mất.

Ngay từ hai mươi năm trước, cao su lần đầu tiên được đưa vào đồng hồ đeo tay cao cấp. Ngày nay, trong kỷ nguyên công nghệ cao, vật liệu này đã trở thành từ đồng nghĩa với "thời trang". Các tính năng nổi bật của chúng, bao gồm khả năng chống mồ hôi và độ ẩm, không gây dị ứng và thoải mái khi đeo, đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi trong các dòng đồng hồ thể thao . Với sự phát triển của đồng hồ thông minh, việc khám phá và nghiên cứu các dây đeo cao su mới đã trở thành trọng tâm chính.

Kể từ thế hệ đầu tiên vào năm 2015, Apple Watch đã sử dụng "fluoroelastomer hiệu suất cao", còn được gọi là "cao su fluoro", trong dây đeo thể thao của mình. Vật liệu này có độ bền đặc biệt trong khi vẫn duy trì độ mềm mại đáng kể.

2. Phân loại Fluoroelastomers

Fluoroelastomer, FKM, FPM và Viton® đều là những tên gọi khác nhau được dùng để chỉ cùng một họ vật liệu cao su tổng hợp. Thậm chí còn có nhiều tên gọi khác cho vật liệu này hơn những gì chúng tôi đã liệt kê ở đây, đây chỉ là những tên gọi phổ biến nhất. Tại sao lại có nhiều tên gọi khác nhau cho cùng một vật liệu như vậy?

Sau đây là ý nghĩa của từng tên:

• Cao su fluoroelastomer là một họ cao su fluoropolymer.
• FKM là tên viết tắt theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASTM) của Fluoroelastomers hoặc vật liệu cao su fluoro. F là viết tắt của Fluoro; K là viết tắt của từ tiếng Đức Kohlenstoff, nghĩa là Carbon; và M là tên gọi của cao su xương sống bão hòa theo ASTM.
• FPM là tiêu chuẩn đăng ký quốc tế ISO 9000 và ISO/TS 16949 cho vật liệu đàn hồi huỳnh quang.
• Viton® là nhãn hiệu đã đăng ký của DuPont Performance Elastomers LLC. Quay trở lại năm 1958, DuPont đã phát triển hợp chất này để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của ngành hàng không vũ trụ đối với một loại elastomer có hiệu suất cao hơn. Việc sử dụng vật liệu này nhanh chóng lan sang các ngành công nghiệp khác như ngành công nghiệp ô tô, hóa chất và năng lượng chất lỏng.

Fluoroelastomer có thể được chia thành nhiều loại khác nhau dựa trên lượng flo có trong đó. Ba loại chính bao gồm:

• FPM/FKM (Chất đàn hồi Fluorocarbon): Đây là loại phổ biến nhất với hàm lượng flo thường nằm trong khoảng từ 66% đến 70%. Lớp này bao gồm thương hiệu nổi tiếng Viton®.
• FFKM (Perfluoroelastomers): Đây là loại elastomer có khả năng chống chịu hóa chất tốt nhất hiện có. Chúng được fluor hóa hoàn toàn, chứa hơn 70% flo.
• FEPM (Tetrafluoroethylene Propylene Elastomers): Còn được gọi là Aflas®, loại vật liệu này có hàm lượng flo khoảng 54% và có khả năng chống lại một số hóa chất nhất định.

3. Cấu trúc và tính chất của Fluoroelastomers

Chất đàn hồi flo là chất đàn hồi tổng hợp có trọng lượng phân tử cao chứa các nguyên tử flo trên chuỗi chính hoặc chuỗi bên.

Việc đưa các nguyên tử flo vào mang lại khả năng chống chịu nhiệt, oxy, dầu, ăn mòn và thời tiết tuyệt vời cho cao su. Nó được ứng dụng rộng rãi trong các ngành hàng không vũ trụ, hàng không, ô tô, dầu mỏ và đồ gia dụng, khiến nó trở thành vật liệu không thể thiếu trong các ngành công nghiệp quốc phòng tiên tiến.

Flo là nguyên tố có độ âm điện lớn nhất trong số các nguyên tố hóa học đã biết. Trong fluoroelastomer, các liên kết hóa học CF được hình thành bởi các nguyên tử flo và các nguyên tử cacbon có năng lượng liên kết cao, cho thấy khả năng chống đứt gãy và tính ổn định hóa học của nó.

Bán kính nhỏ của nguyên tử flo, tương đương với một nửa chiều dài của liên kết CC, cho phép các nguyên tử flo bao quanh chặt chẽ các nguyên tử cacbon, tạo thành một hàng rào bảo vệ xung quanh các liên kết CC. Điều này mang lại tính trơ về mặt hóa học cho các liên kết CC trong các chất đàn hồi có trọng lượng phân tử cao được flo hóa. Các nguyên tử flo bao quanh chuỗi cacbon và liên kết CF, khiến chúng ít bị tấn công bởi các hóa chất, phân tử, ion hoặc nguyên tử khác.

Khi số lượng nguyên tử flo gắn vào cacbon tăng lên, độ bền của liên kết CF cũng tăng lên. Việc thêm flo vào nguyên tử cacbon cũng làm tăng năng lượng liên kết với các nguyên tử khác, do đó cải thiện khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn của fluoroelastomer.

Ngoài ra, các nguyên tử flo làm tăng độ cứng của fluoroelastomer, dẫn đến giảm độ linh hoạt và khả năng chịu nhiệt độ thấp. Các fluoroelastomer có hàm lượng flo cao hơn có khả năng chịu chất lỏng tăng lên khi mức flo tăng lên.

Nhờ cấu trúc phân tử độc đáo này, fluoroelastomer thể hiện khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiệt, hóa chất, dung môi, flo hóa, chân không, dầu và lão hóa, cùng nhiều đặc tính khác. Ban đầu, fluoroelastomer được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ, nhưng ứng dụng rộng rãi nhất của chúng là trong ngành công nghiệp ô tô, chiếm 60% đến 70% tổng lượng sử dụng.

(Còn tiếp)