Фторопласт 4 технические характеристики

Фторопласт: применение, свойства, производство и цена

Фторопласт — современный конструкционный материал, который благодаря своим особенным эксплуатационным свойствам широко применяется в машиностроении, электротехнике, медицине, пищевой и химической промышленности.

Пластины и стержни из фторопласта можно приобрести оптом или в розницу.

Современное оборудование позволяет изготавливать разнообразные изделия из фторопласта по чертежам заказчика с точным соблюдением всех размеров.

Удобные сервисы транспортировки позволят организовать быструю доставку фторопластов.

Закупка полимеров и пластиков у крупных поставщиков имеет ряд преимуществ:

• широкая география поставки;
• опт и розница;
• востребованные типоразмеры;
• персональный подход к клиентам.

Ознакомиться с ассортиментом.

В последние десятилетия тефлон, или фторопласт-4, приобрел большую популярность. Широким массам населения этот пластический материал молочно-белого цвета стал известен благодаря его использованию при производстве посуды с антипригарным покрытием (Tefal). Но этим сфера применения данного полимера не ограничивается.

Что такое фторопласт и где он применяется?

Фторопласты представляют собой фторсодержащие полимеры, относящиеся к группе конструкционных пластиков. К наиболее известным разновидностям этих полимеров относятся:

• фторопласт-4 (политетрафторэтилен (-C₂F₄-)n, торговые марки — Teflon, Hostaflon TF, Fluon G, Algoflon F, Polyflon M);
• фторопласт-3 (политрихлорфторэтилен (-CF₂-CFCl)n, торговые марки — Dyflon, KEL-F, Voltalef, Neoflon CTFE);
• фторопласт-2 (поливинилиденфторид (CH₂CF₂)n, торговые марки — Kynar, Solef, Neoflon VDF);
• фторопласт-40 (сополимер тетрафторэтилена (CF₂CF₂CH₂CH₂)n, торговые марки — Tefzel, Hostaflon ET, Neoflon ETFE).

Несмотря на самый низкий коэффициент сухого трения среди полимеров, фторопласты не являются взаимными аналогами друг друга, отличаясь целым рядом технических характеристик.

Фторопласт-4, или тефлон, активно используется:

• в машиностроении. Благодаря устойчивости к трению и воздействию агрессивных сред, из полимера изготавливаются сальники, подшипники, поршневые кольца, пыльники, автомобильные шины. Стойкость к нагреву позволяет производить из него детали для моторов;
• в электро- и радиотехнике. Материал может использоваться в качестве изолятора или проводника тока (при внесении модификаций в его молекулярную структуру). Из политетрафторэтилена изготавливают печатные платы, кабели, элементы реле и выключатели.
• в легкой промышленности. Обработка изделий этим полимером позволяет сделать их водостойкими.
• в химической промышленности. Тефлон используется для производства лабораторной посуды, в том числе антикоррозийных трубок для хроматографов.
• в медицине. Применение фторопласта при производстве протезов сосудов и внутренних органов обусловлено тем, что он не вызывает иммунологических реакций.
• в пищевой промышленности. Тефлон используется при производстве сковород и форм для выпечки с антипригарным покрытием, шприцов для кремов, контейнеров для скоропортящихся продуктов, раскатывающих механизмов для теста.

Технические характеристики фторопласта

Популярность фторопласта-4 обусловлена его техническими характеристиками. Он представляет собой вещество, которое по внешнему виду напоминает полиэтилен или парафин, и характеризуется мягкостью и текучестью. Его плотность составляет 2,18–2,21 г/см 3 (ГОСТ 10007–80).

Этот материал отличается термостойкостью — его гибкость и эластичность сохраняются при температуре от -70 до +270 ?C, а также адгезией, минимальным поверхностным натяжением, устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых лучей, влаги, жиров и органических растворителей. Он является физиологически и биологически безопасным.

Химические свойства фторопласта — стойкость, даже более высокая, чем у благородных металлов и всех известных синтетических материалов, невосприимчивость к воздействию агрессивных кислот и щелочей. Разрушить данный полимер можно только трифторидом хлора или расплавами щелочных металлов. Материал хорошо обрабатывается фрезерованием, точением, шлифованием и сверлением.

Производство, марки и формы поставки материала

В настоящее время используется 4 основных разновидности фторопласта — политетрафторэтилен (Ф4), политрифторхлорэтилен (Ф3), поливинилиденфторид (Ф2) и их сополимеры. Самое широкое распространение получил фторопласт-4, обладающий наибольшей плотностью среди перечисленных разновидностей. Первые три вида материала являются гомополимерами, то есть в их цепях многократно повторяется один мономер (у Ф4 и Ф3 — этилен, у Ф2 — винил).

Сополимеры представляют собой комбинацию углеводородов из Ф2, Ф3 и Ф4 или включают в свой состав пропилен. Данные марки полимера различаются по степени растворимости в щелочах и кислотах, плотности, рекомендуемой температуре эксплуатации, электро- и теплопроводности (см. табл. 1).

Производство фторопласта в России осуществляется в три этапа. На первом из них по реакции Свартса получается хлордифторметан. Затем из него пиролизом получают тетрафторэтилен. На третьей стадии в результате полимеризации тетрафторэтилена образуется фторопластовый порошок.

Существует несколько марок данного порошка. В маркировке каждого из них указывается средний размер частиц, например: Ф4ПН-20 или Ф4ПН-90. Размер может быть 100–180, 46–135, 21–45 или 6–20 мкм. Если при производстве Ф4 используются дополнительные вещества, то к маркировке товара добавляется буква «М», то есть модификатор (например, стекловолокно, кокс, кобальт). Вслед за буквой указывается число, которое обозначает количественное отношение добавки к основному соединению.

Изделия из фторопласта-4 изготавливаются методом прессования. Затем они запекаются при температуре 360–370 °C. Также возможно производство данного полимера методом экструзии, в ходе которого порошок под высоким давлением подается в экструдер. При выходе полученная масса запекается. Подобным методом можно производить изделия длиной до 5 метров. Обе технологии предусматривают производство заготовок простейших форм (пластины, трубки, втулки, стержни). Производство готовой продукции из заготовок осуществляется путем механической обработки на металлорежущих станках.

Таблица 1. Характеристики фторопластов

Фторопласт 4 Свойства и применение

Фторопласт 4 также известный как тефлон — полимер тетрафторэтилена (ПТФЭ). Слово «Тефлон» является зарегистрированным товарным знаком корпорации DuPont . Непатентованное название вещества — политетрафторэтилен» или «фторополимер». В СССР и России традиционное техническое название этого материала — Ф торопласт-4.

Материал является биологически безвредным, что позволяет его активно использовать в пищевой промышленности и медицине. Лист ptfe используют для производства упаковок с лекарствами, емкостей хранения крови и сыворотки. Из Фторопласта создают протезы кровеносных сосудов, сердечные клапаны.

Фторопласт ф4 – материал, полученный химическим путем представляет собой высокомолекулярный кристаллизованный полимер и обладает почти абсолютной химической стойкостью. Сочетание уникальных физических, химических, электроизоляционных, антифрикционных и многих других свойств, которыми обладает фторопласт 4, делает его уникальным материалом.
Известными зарубежными аналогами фторопласта 4 являются: Тефлон (США), Флюон (Англия), Сорефлон (Франция), Аглофлон (Италия), Гостафлон (Германия), Полифлон (Япония).

Технические характеристики фторопласта:

• Плотность, кг/м3 2140-2400
• Рабочий диапазон температур, оС от-269 до +260
• Температура плавления, оС 327
• Водопоглощение за 24 часа, % 0,0
• Коэффициент трения по стали 0,04

Свойства Фторопласт 4

1. Химически устойчив к воздействию любых минеральных и органических кислот, к щелочным растворам и органическим растворителям, окислителям и другим агрессивным средам.
2. Обладает высоким экранирующим эффектом электроотрицательных атомов фтора.
3. Фторопласт лист не намокает и не разбухает в воде. Также не набухает и не растворяется в растворителе и среди фторированных органических веществ.
4. Лист фторопластовый плавится при температуре около +327 °С, выше которой исчезает кристаллическая структура и он превращается в аморфный прозрачный материал, не переходящий из высокоэластичного в вязкотекучее состояние даже при температуре разложения (+415 °С), ускоряется при дальнейшем повышении температуры.
5. Фторопласт используется как антиадгезионный материал благодаря крайне низкой поверхностной энергии;
6. Устойчив к сорбции веществ и нарастанию на его поверхности различных отложений;
7. Полимер способен пропускать УФ-лучи и обладает высокой стойкостью к окислению;
8. Исключительная стойкость ф-4 к гидролизу;
9. Срок годности материала более 20 лет, с течением времени не теряет свои характеристики и свойства. Фторопласт 4 обладает высокими антифрикционными свойствами, исключительно низким коэффициентом трения (в определенных условиях и парах коэффициент трения до 0,02).
10. Для деталей из фторопласта, которые находятся под нагрузкой производят наполненные композиции, содержащие графитированный уголь, кокс, стекловолокно, дисульфид молибдена.

Фторопласт Ф-4 К20

По сравнению с фторопластом 4, Ф-4 К20 в 600 раз более стойкий к износу, а при деформации на

10% обладает 30%-ным внутренним напряжением.
Материал Ф-4 К20 наиболее универсален по применению. Он рекомендуется для изготовления уплотнительных изделий, подвижных соединений и изделий антифрикционного назначения. Основное преимущество уплотнений из фторопластовых композиций по сравнению с изделиями из стали, бронзы, чугуна, графита и других материалов – способность работать без смазки. Благодаря этому они могут применяться там, где наличие смазки нежелательно, устанавливаться в труднодоступных местах, где уход и смазка затруднительны или невозможны, и там, где отсутствие смазки приводит к нарушению работоспособности механизма.

Фторопласт Ф-4 К15М5

Ф4 К15М5 в 1000 раз превосходит по стойкости к износу не наполненный фторопласт и в 1,6 раза выше износостойкость, чем у материала Ф-4 К20. Также более низкий коэффициент трения. Материал пригоден для работы в узлах трения в условиях влажных газов, в том числе с наличием конденсата. Материал Ф-4 К15М5 среди наполненных марок фторопласта-4 имеет наиболее благоприятные характеристики трения и износа для применения его в качестве накладных направляющих опор скольжения, подшипников скольжения. Равенство статического и динамического коэффициентов трения обеспечивает плавное и равномерное движение подвижных узлов оборудования.

Изделия из композиций Ф-4 пригодны для работы в условиях высокого вакуума, в среде углеводородных газов, сухого воздуха, жидких углеводородов, растворителей. Ф-4 К20 может применяться в контакте с анодированными алюминиевыми сплавами, титановым сплавом ОТ-4 и нержавеющими сталями.

Производство из фторопласт

Из фторопластовых композиций изготавливают :

• поршневые кольца и уплотнения штока в компрессорах и гидравлических цилиндрах ;
• сальниковые уплотнения для герметизации подвижных соединений машин и арматуры ;
• торцевые уплотнения, манжеты, шайбы, прокладки и др.

Фторопласт-4 является полимером тетрафторэтилена, т.е. полностью фторированного этилена. Он представляет собой рыхлый волокнистый порошок, легко комкующийся и при прессовании на холоду дающий плотные прочные таблетки. При температуре от 360 до 380 0 С таблетки из фторопласта-4 спекаются в плотную массу белого или сероватого цвета, слегка просвечивающую, а в тонких слоях — прозрачную. Поверхность спеченных изделий из фторопласта-4 — скользкая, напоминающая на ощупь парафин.

При воздействии сравнительно небольших внешних нагрузок он легко подвергается рекристаллизации, т.е. вытяжке или другим деформациям на холоду. Кроме того, наличие в фторопласте-4 аморфных участков, при обычных температурах эксплуатации находящихся в высокоэластическом состоянии, приводит к тому, что у него совершенно отсутствует хрупкость и при испытании на удельную вязкость образцы не ломаются, а только изгибаются. При повышении температуры твердость кристаллитов изменяется мало, в то время как твердость аморфных участков резко падает вследствие быстрого увеличения их эластичности. В сумме это приводит к существенному падению твердости и других механических свойств при повышении температуры.

Фторопласт 4 перевести в текучее состояние невозможно. Поэтому обычные методы переработки пластмасс, т.е. горячее прессование, литье под давлением или экструзия, для переработки фторопласта 4 непригодны, и изделия из него изготавливаются методом спекания предварительно спрессованных на холоду таблеток.

Применение фторопласта

Марки фторопласта-4

Используется для изготовления изделий общего назначения (трубопроводов, насосов, втулок, прокладок и т.п.) и композиций.

Для изготовления электротехнических изделий и изделий повышенной надежности, а также электроизоляционных, изоляционных и пористых вальцованных пленок и прокладочной ленты.

Для изготовления экструзионных тонкостенных труб, шлангов, стержней, кабельной изоляции ленты и материала ФУМ.

Обладая всеми свойствами Ф-4, более технологичен. Используется для получения изделий точного размера методами автоматического, изостатического, компрессионного прессования и поршневой экструзии.

Прокладка из фторопласта 4 повышают надежность и герметичность, увеличивает длительность работы конструкций и механизмов, упрощают ремонт и эксплуатацию.

— применяется для транспортировки и хранения химически агрессивных сред в трубопроводах, в аппаратах колонного типа, запорной арматуре, насосах, емкостях в качестве прокладочно-уплотнительных деталей контактирующих с агрессивными средами, а также для футеровки реакторов, т. к. обладает исключительной химической инертностью по отношению практически ко всем агрессивным средам (за исключением расплавов щелочных металлов и трифторида хлора).

— из фторопласта 4 и композиции на его основе производят детали в узлах трения машин и механизмов, в качестве подшипников и опор скольжения, а также подвижных уплотнителей (поршневых колец и манжет). Фторопласт обладает низким коэффициентом трения в сравнении с другими конструкционными материалами. Динамический коэффициентов трения материала равен статическому. Применение Фторопластов в узлах трения повышает надежность и долговечность механизмов, обеспечивает стабильную эксплуатацию в условиях агрессивных сред, вакуума и при сверхнизких температурах.

— фторопласт ф4 применяется в электронной радиотехнике и технике СВЧ для изоляции проводов, кабелей, разъёмов и изготовлении печатных плат благодаря высокой термостойкости в сочетании с превосходными диэлектрическими характеристиками. Изделия из Фторопласта-4 можно эксплуатировать при температурах от -269°С до +260°С, причем верхний предел ограничивается не потерей химической стойкости, а снижением физико-механических свойств. Температура плавления Фторопласта около 327 С, выше которой исчезает кристаллическая структура и он превращается аморфный прозрачный материал.

— материал широко применяется в медицинской и фармацевтической индустрии, т. к. он биологически и физиологически безвреден! Из Фторопласта изготавливают протезы кровеносных сосудов, сердечные клапаны, емкости для хранения крови и сыворотки, упаковку для лекарств и многое другое (по приказу Минздрава СССР № 177 от 23.02.1976 г. «Об утверждении полимерных материалов и композиций, рекомендованных в медицине»)

— возможно использование в пищевой индустрии и бытовой технике для изготовления антиадгезионных и антипригарных покрытий, а также для изготовления уплотнений молочных насосов, т. к. этот материал биологически и физиологически нейтрален, а соответственно безвреден для человека. Фторопласт не впитывает воду, его используют в производстве емкостей для жидкости.

Фторопласт: характеристики, свойства и применение

Фторопласт относится к группе углеводородов, имеет полимерную структуру. Он может содержать в своем составе от 1-го до 4-х атомов фтора, что определяет его технические и химические характеристики. В процессе синтеза образуется белый, легко комкующийся порошок, который прессуется и спекается под воздействием высоких температур.

Фторопласт был открыт в первой половине XX века в США. Способ получения и формула вещества держались в строгом секрете.

В Советском Союзе материал появился в годы второй мировой войны, а в последствии было налажено собственное производство фторопласта. Поначалу он использовался исключительно в промышленных целях, и только в конце XX века стал применяться для производства товаров народного потребления.

Сегодня этот полимер широко применяется в химической промышленности, строительстве, машиностроении, медицине, используется для изготовления высокотехнологичных тканей. Наиболее известным из всех фторопластов является политетрафторэтилен, называемый в России фторопласт-4. В разных странах он имеет различные названия – в США тефлон или галлон, в Европе – гостафлон, флюон и другие.

Содержание:

Марки и технические характеристики фторопласта

Сегодня существует несколько марок фторопласта, которые различаются размерами молекул и их количеством. Рассмотрим наиболее популярные марки, и их технические характеристики:

• Фторопласт-2 (поливиниленфторид) имеет высокую прочность и упругость, выдерживает действие агрессивных химических веществ. Чаще всего применяется в трубопроводах и для изготовления емкостей для хранения химикатов. Существуют модификации материала с добавлением других веществ, тогда в маркировке присутствует буква М.
• Фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен) отличается высокой прочностью и твердостью, при высоких температурах хорошо плавится, размягчается, меняет форму, напротив, к воздействию низких температур – устойчив. Применяется в составе антикоррозийных покрытий. Существует модифицированный фторопласт-3 с маркировкой Ф-3М.
• Фтороласт-4 (политетрафторэтилен) имеет наиболее высокую плотность среди прочих фторопластов, устойчив к действию высоких температур (выдерживает нагревание до 260 градусов), отличается высокой гидрофобностью и малой пористостью. На сегодняшний день существует несколько разновидностей фторопласта-4, например, Ф-4ПН, Ф-4О, Ф-4Д и другие. Все они имеют отличительные свойства, которые обуславливают их применение в той или иной сфере.
• Фторопласт-40 схож по свойствам с Ф-4, устойчив к воздействию агрессивной химии, не пропускает УФ-лучи, не горюч. Производится в двух видах – Ф-40П и Ф-40Ш.

Основные технические характеристики перечисленных фторопластов представлены в таблице.

В России вот уже много лет фторопласты в большом количестве производятся на химических предприятиях. Сфера применения полимеров чрезвычайно широка и обусловлена их техническими характеристиками. Материал имеет ряд исключительных свойств, благодаря которым он востребован в самых разных отраслях, и потребность в нем только возрастает последние годы, а соответственно и увеличивается и доля его производства в химической промышленности страны.

Преимущества материала

Популярность фторопласта объясняется его уникальными свойствами. Материал имеет ряд преимуществ, благодаря которым он с успехом используется как в машиностроении, так и в медицине. Его основными достоинствами являются:

• устойчивость ко многим агрессивным химическим веществам;
• низкий показатель коэффициента трения;
• большой температурный диапазон эксплуатации;
• низкая электропроводность;
• устойчивость к возгоранию;
• биологическая инертность;
• низкий показатель поверхностного натяжения.

Помимо всего прочего материал легко обрабатывается, он без труда поддается сверлению, шлифовке и фрезеровке. Рассмотрим более подробно сферу применения этого полимера.

Сфера применения

Трудно назвать область, где бы в том или ином виде не использовался фторопласт. Его широко применяют в энергетике, автомобиле- и машиностроении, строительстве, медицине и пищевой промышленности. Отличные потребительские свойства материала и доступная цена сделали его таким востребованным.

Машиностроение

Хорошие конструкционные свойства полимера используют в машиностроении: на авиационных и кораблестроительных предприятиях, в производстве станков и агрегатов.

Материал, прикасаясь к поверхности, образует тонкую пленку, которая значительно уменьшает трение. Это свойство полимера используется в соединительных узлах и подшипниках различных конструкций, благодаря этому свойству он часто входит в состав смазочных материалов.

Медицина

Фторопласт абсолютно безопасен для человека, мало того, он отлично совместим с человеческими тканями и не вызывает иммунологических реакций. Благодаря этому он и применяется для производства протезов. Он широко используется в таких областях медицины как стоматология и сердечно-сосудистая хирургия. Из этого полимера производят искусственные клапаны сердца и сосуды. Фторопласт-4 пришел на смену титану, который до него применялся для изготовления протезов. С каждым годом возможности его применения в медицине только растут.

Пищевая промышленность

Наиболее известное применение фторопласта-4 в пищевой промышленности – это посуда с антипригарным покрытием, которая в свое время произвела фурор на рынке товаров народного потребления. Однако это не единственное использование тефлона в пищевой промышленности. При производстве подсолнечного масла, молока и других жидких пищевых продуктов полимер применяется для покрытия труб и насосов по перегонке жидкостей.

Химическое производство

В химическом производстве материал применяется для изготовления емкостей и трубопроводов, по которым перегоняются агрессивные химические растворы. Его устойчивость к воздействию различных химикатов также используется в реакторах, при производстве лабораторной посуды и транспортировке различных жидкостей.

Электротехника

Низкая электропроводность фторопласта с успехом используется в электротехнике.

Здесь материал применяется как диэлектрик при производстве различных кабелей, катушек, плат и конденсаторов. Изоляция из фторопласта защищает также и от воздействия химических веществ, поэтому полученная продукция часто применяется на вредных производствах.

Строительство

Пластины из тефлона используются при строительстве мостовых конструкций, галерей и эстакад. Тефлоновые прокладки применяются при возведении фундаментов конструкций в сейсмически опасных районах, благодаря превосходным характеристикам тефлона обеспечивается свободное перемещение элементов основания постройки.

Легкая промышленность

В легкой промышленности материал используется при производстве тканей с водоотталкивающими свойствами. Высокотехнологичная одежда из синтетических тканей надежно защищает от дождя и ветра. Многие современные бренды, производящие одежду для спорта и активного отдыха, используют ткани с тефлоном. Кроме того, его водоотталкивающие свойства используются при производстве обуви.

Внедрение в жизнь современных технологий позволяет улучшить качество и снизить себестоимость вещей. Фторопласт смог заменить массу менее совершенных и более дорогостоящих материалов. Его уникальные свойства обеспечивают широкую сферу применения полимера. Появление новых модифицированных фторопластов позволяет расширять границы его использования. Постоянно улучшаются физические свойства материала, открываются новые возможности его использования.

Можно с уверенностью сказать, что фторопласт и его производные будут применяться еще долгие годы, появятся новые материалы на его основе, которые станут обладать еще более удивительными техническими и химическими свойствами, а сфера применения тефлона будет только расширяться.

ФТОРОПЛАСТ-4

Политетрафторэтилен, (-CF₂CF₂-)_n — продукт полимеризации тетрафторэтилена, полимер с уникальным сочетанием физических, электрических, антифрикционных, химических и других свойств, которое невозможно найти ни в каком другом материале, а также способностью сохранять эти свойства в широком интервале температур: от — 269 o С до +260 o С.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, PTFE) был открыт 6 апреля 1938 года Роем Планкеттом, сотрудником фирмы DuPont. Работая с фреонами, Планкетт обнаружил на стенках баллона, в котором находился газообразный тетрафторэтилен, белый порошок. Дальнейшими исследованиями было установлено, что это вещество является полимером — политетрафторэтиленом, образовавшимся в результате самопроизвольной полимеризации тетрафторэтилена.

Первое опытно-промышленное производство PTFE было запущено в США в 1943 году на фирме DuPont (продукт выпускался под торговым названием Teflon), всего через шесть лет после открытия этого фторполимера, а в Англии его начали производить на фирме ICI по лицензии фирмы DuPont в конце 1947 года.

В Советский Союз Teflon (тефлон) попал с образцами военной техники, передаваемой по ленд-лизу. Ввиду исключительности свойств этого полимера, позволяющих решать многие проблемы в военной промышленности, в 1947 году Правительство СССР поручило трем научным организациям: НИИ-42, АН СССР и НИИПП разработать синтез мономера и полимера, а также методы переработки в изделия отечественного ПТФЭ.

В марте 1949 года в ГИПХ (Государственном институте прикладной химии) были созданы первые опытные установки по синтезу мономера и фторполимера ПТФЭ, на которых проводилась отработка технологического процесса. В это же время НИИПП (в дальнейшем ОНПО «Пластполимер») работало над новым научно-техническим направлением: «Переработкой политетрафторэтилена в различные изделия». В 1956 году на Кирово-Чепецком химическом комбинате (КЧХК) было введено в эксплуатацию первое промышленное производство ПТФЭ в России под торговой маркой фторопласт-4 (Ф-4). С 1961 г. на КЧХК осваивался выпуск других фторсодержащих полимеров и сополимеров. В связи с растущей потребностью во фторполимерах в 1963 году на Уральском химическом заводе были введены дополнительные мощности по выпуску фторопластов Ф-4 и Ф-4Д

С 1950 по 1961 год на основе шести мономеров, разработанных в ГИПХ, в НИИПП было получено свыше 60 различных фторсодержащих продуктов, включая гомополимеры: фторопласт-1, фторопласт-2, фторопласт-3, фторопласт-4 и сополимеры — фторопласт-23, фторопласт-32, фторопласт-30, фторопласт-40, фторопласт-4МБ.
В 1961 году был осуществлен пуск первого производства термопластичных фторполимеров (фторопласт-42, фторопласт-40).

В 60-е – 80-е годы продолжилась разработка и освоение новых марок ПТФЭ и новых видов термопластичных фторполимеров (ТПФП) и фторэластомеров (ФЭ).

Свойства и применение фторопласта-4

Фторопласт-4 — высокомолекулярный кристаллический полимер с температурой плавления около 327°С, выше которой исчезает кристаллическая структура и он превращается в аморфный прозрачный материал, не переходящий из высокоэластического в вязкотекучее состояние даже при температуре разложения (свыше 415°С). Вязкость расплава политетрафторэтилена при 380°С составляет 10 10 -10 11 Па*с, что исключает переработку этого полимера обычными для термопластов методами. В связи с этим фторопласт-4 перерабатывается в изделия методом предварительного формования заготовки на холоду и последующего ее спекания.

Зарубежные аналоги фторопласта-4: ALGOFLON ® PTFE F (Solvay Plastics), Teflon ® 7 (DuPont), HOSTAFLON ® TF 1702 (3M/Dyneon), POLYFLON ® M 12, 14 (Daikin Industries Inc.), Fluon ® PTFE G 163, 190 (Asahi Glass Co.,Ltd.)

Фторопласт-4 обладает:

• исключительно высокими диэлектрическими показателями, обусловленными неполярностью полимера;
• низкими значениями тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости, почти не зависящими от частоты и температуры;
• исключительно высокой стойкостью к вольтовой дуге;
• электрической прочностью (при измерении на тонких пленках толщиной 5-20 мкм электрическая прочность достигает 300 МВ/м и более);
• чрезвычайно высокой химической стойкостью, которая объясняется высоким экранирующим эффектом электроотрицательных атомов фтора;
• стойкостью ко всем минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, газам и другим агрессивным средам. Разрушение полимера наблюдается лишь при действии расплавленных щелочных металлов, их растворов в аммиаке, элементарного фтора и трехфтористого хлора при повышенных температурах;
• способностью не смачиваться водой и не подвергаться воздействию воды при длительных испытаниях;
• абсолютной стойкостью в тропических условиях, грибостостойкостью;
• высокими антифрикционными свойствами, исключительно низким коэффициентом трения (в определенных условиях и парах коэффициент трения до 0,02). Это объясняется не большой величиной межмолекулярных сил, обусловливающих незначительное притяжение других веществ). Коэффициент трения снижается с увеличением нагрузки и необратимо увеличивается в 2-3 раза при 327°С и при 16-18°С после воздействия высокой скорости.

Фторопласт-4 с его низкими прочностью и теплопроводностью редко используется в чистом виде в антифрикционных изделиях, работающих под нагрузкой (например, подшипниках); для этого создаются наполненные композиции, содержащие графитированный уголь, кокс, стекловолокно, дисульфид молибдена, или так называемые металлофторопластовые композиции, обладающие повышенной твердостью, стойкостью к износу, теплопроводностью. Альтернативой ПТФЭ, в ряде случаев, могут стать более твердые и прочные фторопласты Ф-2, Ф-2М, Ф-3 или Ф-40.

Недостатком ПТФЭ является ползучесть, увеличивающаяся с повышением температуры. Уже при удельных нагрузках 2,95-4,9 МПа появляется заметная остаточная деформация, а при давлениях 19,6-24,5 МПа и температуре 20°С материал начинает течь. Явление деформации политетрафторэтилена под нагрузкой на холоду позволяет применять его при одностороннем давлении не выше 0,295 МПа.

Оптические свойства ПТФЭ невысоки. Он прозрачен для видимого света только при толщине, измеряемой десятками микрометров. Для ультрафиолетовых лучей прозрачен в пределах длин волн 200-400 мкм, для инфракрасных лучей -2-75 мкм. Многие виды термопластичных фторполимеров обладают отличными оптическими характеристиками.

Фторопласт-4 малоустойчив к облучению. Его механические свойства быстро ухудшаются при действии λ — и β — излучения. Уже при дозе 5*10 4 Гр деструкция полимера настолько глубока, что он становится хрупким и ломается при изгибе. Из-за недостаточной радиационной стойкости изделия из ПТФЭ не могут длительно эксплуатироваться в условиях высокого уровня проникающей радиации. Заменой в применении Ф-4 при радиационном воздействии могут стать водород содержащие фторопласты Ф-40 или ПВДФ.

Изделия из фторопласта-4 могут практически применяться в очень широком интервале температур: от –269 °С до +260 °С. Однако при изменении температуры резко изменяются механические свойства полимера (см. таблицу свойств). Поскольку закалка постепенно снимается при повышенных температурах, закаленные изделия применяются редко и в основном при низких температурах.

Благодаря высокой тепло-, морозо- и химической стойкости, антифрикционным, антиадгезионным и исключительным диэлектрическим свойствам фторопласт-4 широко применяется:

• как антикоррозионный материал в химической промышленности для изготовления аппаратов, элементов ректификационных колонн, теплообменников, насосов, труб, клапанов, облицовочной плитки, сальниковых набивок и др. Использование ПТФЭ в химических аппаратах в качестве труб, уплотнений, прокладок способствует получению продуктов высокой чистоты;
• как диэлектрик в электротехнике, электронике. Особенно успешно используется в технике высоких и ультравысоких частот. Например, ориентированная пленка применяется для изготовления высокочастотных кабелей, проводов, конденсаторов, изоляции катушек; для пазовой изоляции электрических машин,каркасов, изоляторов;
• в машиностроении в чистом и наполненном виде для изготовления деталей машин и аппаратов, подшипников, работающих без смазки в коррозионных средах, в виде уплотнений компрессоров и т.д.;
• в производстве клейких и красящих веществ для покрытий утюгов, лыж и пр.;
• в пищевой промышленности (облицовка валов для раскатки теста, покрытия форм для выпечки и т.д.);
• в медицине (протезы и трансплантаты из ткани и войлока на основе фторопластового волокна, ткани и протезы кровеносных сосудов из нити фторопласта-4, имлантаты и шовные материалы, емкости для приема коронарной крови, держатели для протезов минеральных клапанов и т.д.)

Фторопласт-4А и -4АТ -марки фторопласт-4, обладающие сыпучими свойствами. Применение сыпучих марок при изготовлении фасонных изделий методом изостатического прессования позволяет значительно упростить трудоемкий процесс заполнения пресс-формы и в 1,5-2 раза снизить толщину стенки готовых изделий.

Фторопласт-4Д — представляет собой тонкодисперсную модификацию политетрафторэтилена с меньшим молекулярным весом, чем фторопласт-4, по своим физико-механическим и электрическим характеристикам близок к фторопласту-4, по химической стойкости фторопласт-4Д превосходит все известные материалы, в том числе золото и платину; стоек ко всем минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, окислителям; не смачивается водой и не набухает, диэлектрические свойства почти не зависят от температуры, частоты и влажности. Фторопласт-4Д перерабатывается методом экструзии, получившим название «экструзия пасты», в профильные изделия (тонкостенные трубы, изоляция, тонкие пленочные покрытия) неограниченной длины, которые трудно или невозможно получить из обычного фторопласта-4. На основе фторопласта-4Д можно готовить суспензии, применяемые для изготовления антипригарных тефлоновых покрытий методом распыления или роликовой накатки, а также для антикоррозионной, антифрикционной и антиадгезионной защиты металлов.

Изделия из фторопласта-4Д: лента ФУМ — предназначена для уплотнений резьбовых соединений при температуре от -60°С до 150°С и давлении 65 атм., трубки электроизоляционные — для изоляции токопроводящих частей электротехнических изделий при работе в агрессивных средах, методом рам-экструзии (плунжерной экструзии) изготавливаются трубы, стержни и др.

Фторопласт-4 и композиции на его основе

Фторопласт — техническое название термопластичного полимера, т. е. продукта полимеризации фторпроизводных олефинов.

Наибольшее применение в различных отраслях промышленности получил полимер тетрафторэтилена — политетрафторэтилен (ПТФЭ), известный как Тефлон™ *.

Химическая формула ПТФЭ — [CF₂ — CF₂]_n (ГОСТ 10007-80).

Торговые названия ПТФЭ: фторопласт-4 (Россия); тефлон, галон (США); гостафлон TF (Германия); флуон (Англия); гафлон, сорефлон (Франция); алгофлон (Италия).

Фторопласт-4 (Ф-4) — высокомолекулярный кристаллический полимер с температурой плавления около +327°С.

Фторопласт-4 обладает уникальным сочетанием свойств, которое невозможно найти ни в каком другом материале, а именно:

• высокой химической стойкостью практически ко всем агрессивным средам — минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, окислителям и газам. Разрушение полимера наблюдается лишь при действии расплавленных щелочных металлов, их растворов в аммиаке, элементарного фтора и трехфтористого хлора при повышенных температурах
• широким интервалом рабочих температур от -269° до +260°С
• исключительно высокими диэлектрическими показателями, такими как низким значением диэлектрической проницаемости, большой электрической прочностью и др.
• высокими антифрикционными свойствами, исключительно низким коэффициентом трения
• физиологической и биологической инертностью (разрешение РТМ 27-72-15-82 для контакта с пищевыми продуктами)
• способностью не смачиваться водой

Уникальные свойства фторопласта обеспечивают его применение в автомобилестроении, машиностроении, арматуростроении, химической, фармацевтической, энергетической, и других отраслях промышленности.

Фторопласт-4 с его низкими прочностью и теплопроводностью редко используется в чистом виде в антифрикционных изделиях, работающих под нагрузкой. Для этого создаются наполненные композиции на основе фторопласта-4, содержащие кокс (Ф4К20); стекло (Ф4С15); углеродное волокно (Ф4УВ15), а также дисульфид молибдена, или так называемые металлофторопластовые композиции (Ф4К15М5).

Наполненные композиционные материалы на основе фторопласта-4 обладают повышенной твердостью, механической прочностью, жесткостью, износостойкостью, электрической проводимостью, т.е. теми отличительными свойствами, которые у ненаполненного фторопласта-4 значительно ниже.

• Материал Ф4К20 (Ф4+20% коксовой муки) По сравнению с фторопластом-4 материал Ф4К20 имеет в 600 раз большую износостойкость и на 30% выше напряжение при 10%-ной деформации сжатия в диапазоне температур от -60 до +250°С.
• Материал Ф4К15М5 (Ф4+15% коксовой муки+5% дисульфида молибдена) Материал Ф4К15М5 имеет повышенную износостойкость (износостойкость Ф4К15М5 в 1000 раз выше износостойкости ненаполненного фторопласта и в 1,6 раза выше, чем у материала Ф4К20) и более низкий коэффициент трения. Материал Ф4К15М5 среди наполненных марок фторопласта-4 имеет наиболее благоприятные характеристики трения и износа.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФТОРОПЛАСТА-4 И КОМПОЗИЦИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ

* Тефлон™ (TEFLON™) является зарегистрированным товарным знаком фирмы Du Pont (США).

Фторопласт: технические характеристики, ГОСТ

Фторопласт – синтетический полимерный материал, широко используемый в химической, электротехнической и пищевой промышленности в основном в качестве покрытий. К его достоинствам можно отнести в первую очередь возможность использования в широком диапазоне температур и низкий коэффициент трения.

Определение и виды

Фторопластами называют несколько видов фторсодержащих пластмасс. Чаще всего в промышленности и быту используется политетрафторэтилен. В зависимости от производителя этот материал может называться по-разному. В специализированных магазинах России продается в том числе и импортный политетрафторэтилен. Материал, изготовленный в США, называют «Тефло», в Англии – «Флюон», в Германии «Гостафлон». У нас в России он известен как фторопласт-4.

Другие разновидности этого материала распространены не слишком широко, но также достаточно популярны. Это:

• Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3);
• Поливинилиденфторид (фторопласт-2);
• Другие сополимеры фторпроизводных этилена.

Способ изготовления

Получают все эти разновидности химическим путем. По сути, представляют они собой полимеры, к которым добавлены атомы фтора. Отсюда и их название.

Фторопласт-4 синтезируется в виде белого порошка, а затем прессуется и спекается при высокой температуре. Другие марки этого материала обычно получают путем закалки.

При изготовлении многих инновационных современных изделий используется именно фторопласт. Технические характеристики на самом деле просто замечательные. К достоинствам этого материала относятся:

• Высокая химическая стойкость. Фторопласт-4 не растворяется даже при кипячении в царской водке.
• Инертность и малая пористость.
• Очень низкий коэффициент трения. Этот показатель у фторопласта остается практически неизменным при любых температурах.
• Отличные диэлектрические свойства. Изолятором этот материал остается даже при температуре 200 гр.
• Стабильность. Химические свойства фторопласта-4 не изменяются при температуре до -300 гр.
• Огнестойкость – еще одно преимущество такого материала, как фторопласт. Характеристики (термостойкий полимер отличается способностью к самозатуханию) его допускают использование его и в местах с повышенной пожароопасностью.
• Газонепроницаемость.
• Биологическая совместимость. Этот вид пластмассы часто используют для изготовления протезов.

Недостатки фторопласта

Как видите, материал это очень качественный и едва ли не универсальный – фторопласт. Характеристики он имеет просто замечательные. Однако, разумеется, есть у него и некоторые недостатки. К таковым можно отнести:

• Высокую холодную текучесть. Это свойство несколько ограничивает использование фторопласта в электронике.
• Способность выделять вредные вещества при нагревании свыше +300 гр.
• Большой в сравнении с другими полимерами вес и не слишком хорошую износостойкость.

Где используется

Фторопласт применяется во многих областях народного хозяйства. Очень часто его используют:

• В автомобилестроении. Поскольку коэффициент трения у этого материала очень небольшой, из него получаются качественные подшипники, узлы трения, опорные стойки и т. д.
• В электротехнической промышленности и электронике. Изолятор фторопласт также просто отличный. Поэтому его очень часто используют при изготовлении кабелей, плат, радиодеталей и т. д.
• В медицине. Помимо протезов и имплантатов из фторопласта делают емкости для хранения сыворотки и плазмы. Изготавливают из него и упаковки для лекарств.
• В пищевой промышленности. Очень неплохо этот материал подходит, к примеру, для изготовления валов прокатки теста, используемых на хлебозаводах, насосов для розлива молока и т. д. Тефлон на внутренней поверхности сковород – это также одна из разновидностей фторопласта.
• При сборке водопроводов и канализационных систем (ФУМ-ленты).

Таким образом, материал это очень востребованный, а в отдельных случаях и просто незаменимый – фторопласт. Характеристики (применяемость его на самом деле очень широка), предусмотренные ГОСТом, рассмотрим чуть ниже.

Коэффициент трения

Этот показатель у фторопласта очень небольшой. Кинетический и статический коэффициент трения по стали у него составляет всего 0.04. Однако, как уже упоминалось, фторопласт – материал не слишком износостойкий. Поэтому уже через 100 проходов свойства его поверхности меняются. При этом статический коэффициент трения возрастает до 0.13, а кинетический – до 0.08.

Претерпевает необратимые изменения фторопластовая поверхность и при очень высокой скорости скольжения. В этом случае коэффициент трения повышается в 2-3 раза. При этом значение данного показателя может сильно изменяться от колебаний температуры.

Снижаться коэффициент трения фторопласта может при возрастании нагрузки. Так, к примеру, при давлении:

• в 20-30 кг/м 2 значение этого показателя – 0.1;
• в 150-300 кг/м 2 – 0.02.

Материал это достаточно мягкий – фторопласт. Характеристики его таковы, что при использовании для изготовления, к примеру, подшипников, в него необходимо добавлять порошкообразные наполнители. Это может быть кокс, стекловолокно, дисульфат молибдена и т. д.

Оптические свойства

В тонких пленках фторопласт свободно пропускает свет, то есть является прозрачным. Выглядит он примерно так же, как и полиэтилен. В толстых пленках этот материал просвечивается.

Показатель прозрачности фторопласта для УФ-лучей в зависимости от разновидности составляет 2000-4000 А, для инфракрасных – в диапазоне волны от 2 до 7,5 µ.

Воздействие высоких температур

При нагревании фторопласта свыше 327 градусов его кристаллы разрушаются, в результате чего он переходит в аморфную форму. В обычном состоянии толстые детали, изготовленные из этого материала, непрозрачны. После перехода в аморфную форму фторопласт начинает свободно пропускать свет. При этом материал остается не вязкотекучим, а высокоэластичным. При нагревании до 415 градусов С и выше начинается процесс его разложения. То есть вязкотекучим фторопласт не бывает ни при каких температурах.

Это сказывается на технологии процесса изготовления из него деталей. Фторопласт (технические характеристики ГОСТ определяет с максимальной точностью) не может использоваться для переработки по традиционным для пластмасс методикам. К примеру, изготовить из него изделие путем литья под давлением либо методом экструзии невозможно. Производят детали и узлы из этого материала по технологии спекания, используя спрессованные при низких температурах «таблетки».

Химические свойства

Фторопласт-4 является химически устойчивым веществом. Этот материал не растворяется даже в очень агрессивных веществах – разбавленных и крепких кислотах. Не оказывают на него никакого воздействия и концентрированные щелочные растворы.

Единственное, с чем он не переносит контакта – это растворы щелочных металлов в аммиаке, а также элементарный фтор и трехфтористый хлор. Проявляется действие этих химических веществ при повышенной температуре.

Коэффициент расширения

По этому параметру фторопласт Ф4 характеристики также имеет просто отличные. Однако коэффициент его расширения изменяется в зависимости от температуры. Как именно, показано в таблице.