Описание
Политетрафторэтилен (PTFE, фторопласт 4) - материал с достаточно высокими механическими свойствами. При низких температурах он обнаруживает высокую прочность, вязкость и свойства самосмазки; при отрицательных температурах до -80°С PTFE (ПТФЭ, Ф4) сохраняет гибкость. Под действием внешней нагрузки политетрафторэтилен имеет способность к холодному течению (псевдо- или хладо- текучесть). Политетрафторэтилен (фторопласт 4) в сравнении с другими полимерами имеет наиболее низкий коэффициент трения по стали (около 0,04)
При нагревании выше плюс 327°С происходит плавление кристаллитов, но полимер не переходит в вязкотекучее состояние вплоть до температуры начала разложения (плюс 415° С).
Изделия из PTFE (ПТФЭ, Ф4) могут применяться при температуре от минус 269 до плюс 260°С и кратковременно при температурах до плюс 300°С. Благодаря отличным диэлектрическим свойствам в широком диапазоне частот и температур PTFE (ПТФЭ, Ф4) уникальный диэлектрик. Сопротивление изоляции изготовленной из него очень велико - превышает 1016 ОмхСм.
Благодаря своим химическим свойствам, полимер ПТФЭ обладает очень высокой стойкостью к химически агрессивной среде и списком других не менее отличительных свойств, которые выгодно располагают данный материал на фоне других. Фторопласт Тефлон весьма устойчив практически ко всем кислотам и щелочам. В том числе, данный материал выдерживает воздействие органических и не органических растворителей, нефтепродуктов при широких интервалах температуры, от минус 269 градусов до плюс 260 градусов. Исключением являются только расплавленные щелочные металлы, элементарный фтор и трехфтористый хлор. Непревзойденные PTFE характеристики химической устойчивости позволяют ему применяться в тяжелой химической промышленности для изготовления деталей, необходимых в химической аппаратуре, различных емкостей, мембран, трубопроводов, уплотнительных элементов, прокладок и насосов.
Из ПТФЕ производят различные набивки, уплотнители для резьбы, фланцевые прокладки, детали торцевых уплотнений, пропитки различного вида для улучшения характеристик эксплуатации покрытия. Политетрафторэтилен имеет возможность использоваться в электротехнике и радиотехнике в качестве материала, позволяющиго изолировать провода и кабели. Листовой Тефлон обладает очень низкими показателями коэффициента трения, его практически невозможно намочить водой или какими либо органическими жидкостями, что прекрасно сочетается с широкими температурными качествами эксплуатации. Низкий коэффициент удельного трения делает ПТФЭ незаменимым в машиностроении в качестве прокладочного материала с высокими антифрикционными свойствами.
Технические характеристики
- Плотность, г/см куб.: 2,2
- Предел текучести, МПа: 11,8
- Прочность при разрыве, МПа: 14-34
- Относительное удлиннение, %: 250-500
- Модуль упругости (при сжатии/растяжении), МПа: 410/686
- Твердость по Бриннелю, МПа: 29-39
- Теплоемкость, Дж/(кг С): 1,04
- Теплопроводность, Вт/(м С): 0,25
- Коэф. линейного расширения, а*10.0000: 8-25
- Коэфициент трения: 0,04
- Интервал рабочих температур, C: -269 до +260
другие виды ПОМ-С, ПОМ-Г
ПТФЭ TFM
ПТФЭ TFM является так называемым тефлоном второй генерации, получаемым путем модификации небольшой добавкой ППВЭ, влияющей на процесс образования кристаллической фазы полимера. Значительно более короткие по сравнению со стандартным ПТФЭ цепи молекул и модифицированная кристаллическая структура позволили совместить определенные термопластические свойства этой модификации с общими хорошими механическими свойствами основной формы ПТФЭ. Модификация ППВЭ ведет к образованию кристаллитов меньшего размера, распределенных более равномерно и густо, что влияет на более однородную структуру полимера, проявляющуюся, в частности, более высокой прозрачностью ПТФЭ TFM по сравнению с основной формой. Это позволяет улучшить такие свойства термпопластов, как проводимость, текучесть и уменьшенная пористость пластмассы.
ПТФЭ TFM отличается кроме того:
- лучшими механическими свойствами, как например: удлинение при растяжении/разрыве, жесткость - особенно при высоких температурах
- значительно меньшей деформацией при нагрузке и большей способностью возврата к первоначальной форме после прекращения действия нагрузки
- меньшей ползучестью, прежде всего, в диапазоне более высоких температур и/или нагрузок
- более высокой прозрачностью и очень гладкой поверхностью
- возможностью сварки
Область применения ПТФЭ TFM
ПТФЭ TFM применяется в конструкции элементов машин и оборудования, требующих большой живучести элементов, например, в элементах работающих с небольшими перерывами или сервисных элементов в больших диапазонах времени. Применяется в устройствах, относительно которых ожидается высокая надежность действия и доступность, а также для элементов, требующих выполнения сварных соединений.
ПТФЭ+ GF
ПТФЭ + GF- является модификацией, содержащей добавку 15 или 25% стекловолокна
ПТФЭ + GF отличающейся
- высшей стойкостью к сжиманию (меньшая податливостью к ползучести)
- большей размерной стабильностью
- высшей стойкостью к абразивному износу (добавка GF вызывает однако более быстрый износ элемента, взаимодействующего в паре).
- лучшей теплопроводностью
- условной химической стойкостью в контакте с алканалами, кислотами и органическими растворителями
- хорошими диэлектрическими свойствами
Область применения ПТФЭ + GF
Модификация применяется при производстве арматуры для выполнения конусообразных клапанов, опорной поверхности клапана, в электротехнике из него изготавливают электрические изоляторы, в скользящих парах используется в качестве элемента подшипников.
ПТФЭ + C
ПТФЭ + C - является модификацией, содержащей добавку 25% углерода.
ПТФЭ + C отличается
- очень высокой твердостью и стойкостью к сжимающим нагрузкам
- хорошими скользящими свойствами и стойкостью к трущему износу, также в случае сухого трения
- хорошей теплопроводностью
- низкой стойкостью к электрическому пробою и низким поверхностным активным сопротивлением
- меньшей химической стойкостью в контактах с рабочими телами с окисляющими свойствами
ПТФЭ + CF
ПТФЭ + CF- является модификацией, содержащей добавку 25 % углерода.
ПТФЭ + CF отличается
- очень небольшой ползучестью
- хорошей стойкостью к абразивному износу, также в водной среде
- значительно уменьшенным электрическим активным сопротивлением
- очень хорошей химической стойкостью
- высшей теплопроводностью и меньшими термическим удлинением (также по сравнению с модификацией со стекловолокном)
Область применения ПТФЭ + CF
Модификация применяется при производстве элементов машин, от которых требуется отвод электростатического заряда. В конструкции химических устройств из него изготавливают подшипники скольжения, корпуса и сиденья клапанов. Другие области применения включают: плотные направляющие поршней, работающих без смазки, различные уплотнители, скользящие и уплотнительные кольца, подвергаемые абразивному износу при сухой работе. Модификация применяется, прежде всего, для производства подшипников скольжения и других элементов, работающих с трением.
ПТФЭ + графит
ПТФЭ + графит - является модификацией, содержащей добавку 15% графита.
ПТФЭ + графит отличается
- хорошими скользящими свойствами и низким коэффициентом трения (меньше, чем в случае ПТФЭ +С)
- лучшей теплопроводностью и электропроводностью
- меньшей химической стойкостью в контакте с окислителями
- относительно большим абразивным износом при работе в паре с элементами, изготовленными из металла
Область применения ПТФЭ + графит
Модификация применяется, прежде всего, для производства пленок скольжения, позволяющих отводить электростатические заряды.
ПТФЭ + бронза
ПТФЭ + бронза - является модификацией, содержащей добавку 60% бронзы.
ПТФЭ + бронза отличается
- хорошими свойствами скольжения и высокой стойкостью к абразивному износу - практически самый малый износ среди всех модификаций ПТФЭ
- небольшой ползучестью
- хорошей теплопроводностью, позволяющей понизить температуру взаимодействующих элементов и посредством этого увеличить их живучесть
- ограниченной химической стойкостью в контактах с кислотами и водой
Область применения PTFE + бронза
:
Модификация применяется при конструкции машин для изготовления подшипников и направляющих скольжения, подвергаемых большим механическим нагрузкам и направляющих колец в гидравлических цилиндрах.
Подробную информацию по нестандартной модификации предоставляют специалисты Plastics Group.
ХРАНЕНИЕ
Лучше всего в ящиках или на паллетах, обращая внимание на плоскость складской поверхности - неровные поверхности могут вызвать необратимую деформацию (выгибание) складируемых полупродуктов.
Храня (например, плиты) в штабелях, следует обратить внимание на поддверженность ПТФЭ к текучести - следует избегать хранения большого количества плит в одном штабеле (большой вес) и других возможных угроз, которые могут вызвать деформацию полупродуктов.
Фторопласты — это класс полимеров и сополимеров на основе фтора. Открытие материала произошло случайно в 1938-м году, когда американец Рой Дж. Планкетт изучал свойства нового хладагента хлорфторуглерода. Однажды он обнаружил на стенках канистр с закачанным под большим давлением газом неизвестный белый порошок. Рассудив, что это продукт полимеризации, он решил исследовать свойства нового вещества. Эти свойства оказались столь неординарны, что компания DuPont в 1941-м году его запатентовала под названием «тефлон» и начала искать ему практическое применение.
В 1947-м году были начаты работы над производством отечественного аналога — фторопласта.
Свойства
— Белый материал, скользкий и гладкий на ощупь, внешне похож на парафин или полиэтилен. Тугоплавок, не горюч, тепло- и морозостоек, сохраняет эластичность в температурном диапазоне от -70 до +270 °С. Выпускается также прозрачный фторопласт , но он менее термостоек, обычно выдерживает нагрев до 120 °С.
— Обладает высоким электрическим сопротивлением, великолепный диэлектрик и изоляционный материал.
— Отличается революционно низкой сцепляемостью (адгезией) — настолько, что пришлось разрабатывать специальные технологии, чтобы обеспечить надежное скрепление тефлонового покрытия с другими поверхностями.
— Крайне низок коэффициент трения и скольжения, что делает его популярным смазочным материалом.
— Не боится света и не пропускает УФ-излучение, не разбухает в воде, не смачивается жидкостями, в том числе маслами.
— Фторопласты хорошо обрабатываются, их отливают, прокатывают, сверлят, шлифуют, прессуют давлением.
— Инертен по отношению к человеческим тканям, поэтому подходит для изготовления имплантатов, например, сердечных клапанов, протезов, искусственных сосудов.
Фторопласты устойчивы к самым концентрированным кислотам и щелочам, не реагируют с ацетоном, спиртом, эфиром, не поддаются разрушающему воздействию ферментов, плесени и грибков. По химической стойкости превосходят все известные полимеры и даже такие металлы, как золото и платина. Разрушаются только фтором, трпифторидом фтора и расплавами щелочных металлов.
При температурах свыше 270 °С начинают разлагаться, выделяя, в числе прочих веществ, очень ядовитый газ перфторизобутилен. Тефлоновая посуда и посуда с тефлоновым покрытием безопасна, если ее не перегревать и не сжигать. Частички покрытия, попавшие в пищу, не перевариваются и выводятся через кишечник в неизмененном виде.
Недостатком фторопласта является его текучесть, из-за которой его нельзя в чистом виде использовать под нагрузкой и для больших конструкционных форм.
Применение
Фторопласты нашли широкое применение в различных областях. Они выпускаются в виде порошка, водного раствора (смеси фторопластовой пыли с водой), тонкой пленки, прессованных заготовок, которые методом механической обработки превращаются в детали приборов и машин.
Применяется фторопласт в военной, авиационной, космической технике, в электротехнике и радиоэлектронике, в машиностроении. В электротехнике и радиоэлектронике из них изготавливают изоляционные материалы, в машинах и станках — подшипники, прокладки, шайбы и другие узлы трения, а также детали сложной конструкции. Мелкодисперсионный фторопласт добавляют в смазки. Многие детали и поверхности покрываются тонким слоем вещества для защиты от коррозии.
В химической индустрии он используется для производства контейнеров, покрытий трубопроводов, шлангов, деталей, стойких к агрессивным средам, низким и высоким температурам, высокому давлению.
Фторопласты применяются в текстильном производстве для выпуска тканей с грязе- и водоотталкивающими свойствами, термостойких, износостойких, не впитывающих запахи.
В медицине из этого полимера делают протезы и имплантаты.
Применяется на конвейерных лентах по производству пенопласта в строительной индустрии.
В пищевой индустрии очень популярны противни, формы, печи, вафельницы, грили, кофеварки, посуда с покрытием из тефлона.
Тефлон можно встретить в быту на посуде с антипригарным и антиприлипающим покрытием, на бритвенных лезвиях (для увеличения их срока службы), на пластинах для утюгов и на гладильных досках, в хлебопечках, кофейниках, в обогревательных приборах.
Применяется в энтомологии при содержании нелетающих насекомых — они не могут подняться по гладким фторопластовым стенкам домика, то есть не могут убежать.
Через интернет-магазин «ПраймКемикалсГрупп» вы можете заказать фторопластовую химическую посуду , воронки и емкости для реакторов, выполненные из качественного фторопласта.
PTFE или политетрафторэтилен (англ. Polytetrafluoroethylene) больше известен под своим коммерческим названием тефлон, которое на самом деле обозначает просто одну из патентованных технологий производства этого материала (от производителя DuPont, а вообще разновидностей PTFE очень много), поэтому здесь мы будем называть этот материал исключительно политетрафторэтилен или PTFE (российская аббревиатура ПТФЭ используется реже, но также возможна). Химически ПТФЭ - фторированный высоко молекулярный полимер синтетического типа с множеством сополимеров. В основе молекулы фторуглеродные связи, а главным достоинством данного материала можно без сомнения считать его отличные водоотталкивающие свойства, благодаря чему он отлично подойдёт там, где нужно обеспечить защиту от проникновения каких-либо жидкостей вглубь материала. Это свойство оценили и передовые производители ТПА, и теперь из политетрафторэтилена изготавливаются уплотнительные элементы регулирующей и запорной арматуры, а благодаря высокой износоустойчивости материала увеличивается и срок службы трубопроводной арматуры с использованием PTFE.
За счёт этих качеств политетрафторэтилен используется для создания трубопроводов уже практически повсеместно, но и интересно и то, что трубы из PTFE изготавливают очень мало, поскольку этот материал, как известно, очень дорогой. Тем не менее использование ПТФЭ в качестве герметизирующего материала (например, для создания герметизирующих колец арматуры) полностью оправдывает себя, поскольку именно PTFE имеет минимальный коэффициент шероховатости среди всех полимерных материалов. Что же касается применения политетрафторэтилена для изготовления различных бытовых изделий (особенно известны сковороды с антипригарным тефлоновым покрытием), то оно возможно за счёт того, что материал обладает пониженной химической активностью, то есть не вступает в реакции практически ни с какими средами, в том числе и достаточно агрессивными. А ещё ПТФЭ нетоксичен, что и позволяет использовать его в тех областях, где требуются довольно высокие экологические характеристики материалов.
Возвращаясь к трубам из политетрафторэтилена, стоит заметить, что такие трубы всё же есть, но распространены они лишь на некоторых предприятиях химического сектора и связанных с ним (например, фармацевтической отрасли и отчасти пищевой). И здесь дорогие трубы полностью оправдывают себя, поскольку PTFE, как известно, обладает исключительной химической стойкостью и способен выдерживать даже агрессивные среды при высокой температуре, не вступая с ними в реакцию. Таким образом, идеальное применение трубам из PTFE напрашивалось само собой - это транспортировка химически агрессивных сред при повышенных температурах. Подробно на списке соединений останавливаться не будем, поскольку это тема специальной статьи. Скажем лишь, что трубы из политетрафторэтилена позволяют транспортировать большинство агрессивных соединений в достаточно широком диапазоне температур - в частности от –50 С до +100 градусов по Цельсию. Допускается транспортировка агрессивных сред и в более широком диапазоне температур, но при пониженном давлении. В этом отношении свойства PTFE пересекаются с характеристиками таких материалов, как PVDF и ECTFE. А теперь поговорим о ещё одном интересном полимере, который также используется для производства полимерных труб. Это этилентетрафторэтилен или ETFE.
ETFE (англ. EthyleneTetrafluoroethylene), в отличие от PTFE, состоит не только из фторуглеродных, а из фторуглеродных и водородуглеродных звеньев. Этилентетрафторэтилен, как и политетрафторэтилен, был создан для того, чтобы совместить в одних изделиях такие качества, как повышенная химическая стойкость и значительная термоустойчивость, причём как к высоким, так и к низким температурам. И нужно сказать, это вполне удалось, поскольку материал отличается довольно высокой температурой плавления, и при этом обнаружился ряд приятных «побочных» эффектов. Так, этилентетрафторэтилен прекрасный диэлектрик и отлично противодействует даже прямому УФ-излучению. Последнее качество позволило активно использовать ETFE в строительной отрасли - из него изготавливают кровельные элементы различных зданий (например, крыши коммерческих и промышленных зданий и даже большие окна, поскольку этилентетрафторэтилен отличается ещё и достаточной прозрачностью). А ещё из него делают оптоволокно, используя всё то же качество - устойчивость материала к ультрафиолету.
Также стоит отметить, что наряду с PFTE, ETFE является одним из самых перспективных материалов для изготовления разнообразных деталей ТПА (как правило, служащих для обеспечения герметизации арматуры и способных выдерживать повышенную температуру и давление, причём одновременно), при этом он отличается даже несколько более высокой устойчивостью к механическим воздействиям и прочностными характеристиками. Но при всём том ETFE ещё и довольно эластичен и может не просто выдерживать растяжение, значительно превышающее его объёмы в растягиваемом направлении, но и делать это без малейших потерь в своих физико-механических характеристиках. А ещё этот материал прекрасно восстанавливается и ремонтируется. Что касается листового ETFE и труб из этого материала, то ремонт повреждённых поверхностей производится при помощи термической сварки, при этом отремонтированные поверхности по своим свойствам ничуть не уступают новым.
Общее название «фторопласт» для линейки фторсодержащих полимеров появилось в середине прошлого века в СССР. Термин до сих пор используется в промышленности России с номерными индексами от «Фторопласт-2» до «Фторопласт-4», но не является зарегистрированной или запатентованной торговой маркой.
Основные свойства и применение в промышленности
Схожи не только техническое название полимеров «Фторопласт», но и свойства, и основные характеристики всех его видов:
- тугоплавкость;
- инертность;
- диэлектрическая проницаемость фторопласта.
В различных марках фторопластов эти характеристики количественно разнятся, что обуславливает разные возможности применения материала.
Три основных марки фторопласта:
Изготовление деталей из фторопласта производят одним из четырех способов:
- холодная прессовка с дальнейшим запеканием изделия из фторопласта и финишной механической обработкой;
- экструзия;
- напыление;
- оплавка.
Применение «двойки» в промышленности вытекает из нескольких параметров, по которым этот вид фторопласта превосходит другие:
- высокая твердость, прочность и жесткость (при температурах до 120 оС);
- стойкость к воде, растворителям, излучениям любого вида;
- биологическая инертность - не вступает в реакции с продуктами питания и живым органическим материалом;
- практически не горюч;
- химически чистый материал (отсутствуют примеси, появляющиеся при производстве фторполимеров).
Для фторопласта-2 температура эксплуатации to = 150 оС; температура плавления фторопласта-2 = 170 оС.
Считается универсальным материалом, применяется во всех сферах деятельности, при условии ограничения нагрева.
Процесс создания ПВДФ
В результате лабораторных исследований, разработали несколько технологических процессов для получения фторопласта-2. По критериям рентабельности и выхода готового продукта, в промышленности используются три цепочки, отличающиеся инициаторами и балансом «стоимость/качество»
Свойства кристаллических фаз ПВДФ
Фторопласт-2 обладает четырьмя разновидностями кристаллической фазы, способными переходить из одной в другую под внешними воздействиями:
- α-фаза. Образуется из расплава без использования давления или из других разновидностей при отжиге.
- β-фаза. Образуется из расплава под давлением 350 Мпа. Представляет особый интерес, так как в этой фазе материал демонстрирует пьезо- и пироэффекты.
- γ-фаза. Образуется из перегретого расплава. Нестойкая. При механическом воздействии (деформации образца) переходит в β-фазу.
- δ-фаза. Образуется из α-фазы при воздействии электрического поля. Отжигая образец в δ-фазе, при соблюдении определенных условий, можно получить любую из трех других разновидностей.
Производители и применение
В настоящее время фторопласт-2 в России не производится. Ведущие зарубежные поставщики: Agru (Австрия), FIP Spa (Италия), Georg Fisсher (Швейцария), Simona (Германия), Glynwed Pipe SYSTEMS LTD.
Трубы и узлы трубопроводов (краны, фитинги) для перекачки агрессивных сред или для производства особо чистых материалов – это то, что делают из фторопласта-2.
Листовой Ф-2 используется для футеровки емкостей и стен помещений.
Импортируют в Россию готовые изделия из фторопласта-2, а также прутки или листы.
Действующие санкции Запада в последнее время снизили возможности закупки.
Фторопласт-3 (Ф-3, Ф-3Б, PCTFE)
Обладает двойственными характеристиками - при температуре до 50 оС представляет собой аморфную массу, при нагреве кристаллизуется и превращается в полимерный кристалл с иными, чем у аморфной фазы, физическими и химическими свойствами, зависящими от процентного соотношения кристалла и аморфного вещества. При дальнейшем нагреве до 200 оС кристалл расплавляется, при 300 оС – расплав обугливается и разлагается.
Рабочий диапазон температур от -200 до +125 оС. Материал инертен ко всем растворителям и химическим средам, но неустойчив к радиации и обладает относительно невысокими электроизоляционными свойствами.
Перечисленные особенности определили применение фторопласта-3 в узлах, работающих в агрессивной среде, но с невысокой физической нагрузкой.
Пленки из политрифторхлорэтилена используют для защиты поверхностей рабочих механизмов от контакта с обрабатываемой продукцией в пищевой промышленности, в фармацевтике, в медицине. Скользящие свойства позволяют применять такие узлы без дополнительной смазки.
Процесс создания PCTFE
Радиационный метод. Технологически сложен, требует соблюдения температурного режима. Достоинство – проводится при комнатной температуре.
Суспензионный метод. Простой, экономически выгодный, но продукт получается среднего качества.
Эмульсионный метод. Дороже, чем суспензионный, но качество полимера выше.
В популярной литературе технология промышленного получения PCTFE описана скудно.
Свойства PCTFE
Основное применение полимер получил в кристаллической фазе, прошедшей процесс закалки.
Закаленный полимер прозрачен, может использоваться в качестве смотровых окон для емкостей с агрессивными средами. При нагреве до 200 оС закаленный фторопласт-3 теряет закалку, кристаллизуется и мутнеет. Недостаток в том, что низкая теплопроводность фторопласта позволяет закалять детали не толще 3-4 мм.
Достоинство – поглощение паров воды и диффузия любых других газов через PCTFE равна нулю.
Тип Ф-3Б отличается от Ф-3 лучшей прозрачностью в световом и инфракрасном диапазонах.
Производство PCTFE
В России фторопласт-3 выпускается отечественными заводами, в соответствии с ГОСТ-13744 от 1987 года. На рынке представлен в виде порошков:
- марка «А» - для композиций;
- марка «Б» - универсальная;
- марка «В» - для выпрессовки изделий из композиций.
На основе марки «Б» выпускают суспензии на спирту (вид «С»), которые бывают нестабилизированными (вид «СК») и стабилизированными (вид «СВ»).
Фторопласт-4 (PTFE)
Фторопласт-4, или PTFE-материал, – самый универсальный продукт, представленный в линейке. Важность материала для промышленности и широкое применение полимера привели к принятию в 1980 году отдельного ГОСТ 10007-80 «Фторопласт-4. Технические условия (с Изменениями N 1, 2)».
Работает в широком температурном диапазоне, сохраняя свои свойства. Не смачивается ни водой, ни растворителями, ни жирами. Обладает низкими коэффициентами трения и прилипания (адгезии). Химическая стойкость политетрафторэтилена превосходит химическую стойкость золота.
Этот вид фторопласта выдерживает температуру от -200 до +270 оС. Температура плавления фторопласта-4 – 320 оС.
Ограничение в использовании - относительная мягкость полимера, поэтому его применяют в узлах с минимальной физической нагрузкой.
Высокая термостойкость фторопласта-4 используется в высокотемпературных трубопроводах, из него делают изоляцию высоковольтных проводов, технические ткани и фильтры различного назначения. Прокладки из Ф-4 с наполнителями устанавливают в подшипниках, предназначенных для работы в агрессивных средах, или без возможности смазки.
В быту он известен сантехникам и газовикам как ФУМ-лента, а домохозяйки используют сковородки с антипригарным покрытием из фторопласта-4, называемого в этом случае «Тефлон».
Тефлон
Это запатентованное название фторопласта-4, и свойства тефлона – то же самое, что и свойства марки полимера Ф-4. Высокая твердость материала и его инертность обусловили применение сырья в кухонной посуде.
Массовое распространение в быту предъявляет тефлону высокие гигиенические свойства. Исследования на животных для выяснения, чем вреден тефлон, выявили агрессивный компонент и доказали, что материал безопасен при обычной эксплуатации изделий с антипригарным покрытием. Разговоры о том, что тефлон вреден для здоровья, возникли из-за нарушения условий использования. Действительно, при перегреве посуды, например, если оставить сковородку на огне без присмотра, изделие нагревается до опасных значений температуры, и тефлоновое покрытие разрушается, выделяя ядовитые компоненты. Особенно ядовиты эти испарения для птиц, которые гибнут почти мгновенно.
Основным конкурентом для посуды с тефлоновым покрытием является керамическая посуда. По большинству сравниваемых параметров керамика лучше, чем тефлон. Кроме одного, но важного - ее цена гораздо выше.
Процесс создания PTFE
В России при производстве фторопласта-4 используют двухступенчатую технологию. На первом этапе в базовом веществе замещают атомы хлора на атомы фтора, на втором – производят термообработку и на финальном – полимеризуют готовый продукт.
Технические характеристики PTFE
Параметры вязкости фторопласта-4 исключают горячую штамповку изделий. Будущую деталь формируют холодным способом, а затем запекают.
У полимера «фторопласт-4» технические характеристики начинаются с эпитета «исключительный»:
- исключительные диэлектрические свойства;
- исключительная стойкость к вольтовой дуге;
- исключительно низкий тангенс угла диэлектрических потерь в широком диапазоне частот;
- высокая химическая стойкость;
- абсолютная стойкость в тропических условиях и в соляном тумане;
- исключительно низкий коэффициент трения.
Плотность фторопласта PTFE зависит от процента кристаллизации и колеблется от 2,12 до 2,28 г/см 3 .
Еще одним внешним фактором, влияющим на плотность фторопласта, является температура. При ее повышении плотность снижается до значения 1,53 г/см 3 .
Для сравнения, в нормальных условиях плотность капролона = 1,14 г/см 3 .
К недостаткам материала PTFE относятся малая прочность, низкая прозрачность и разрушаемость при радиации.
Применение PTFE
Применяется везде, где требуются антикоррозионные свойства, инертность узлов, но при этом нет большой механической нагрузки. В медицине изготавливают оборудование и элементы протезов, в том числе искусственные сосуды, имплантаты, емкости для сбора крови.
Разновидности фторопласта-4
Ф-4А и Ф-4Т в виде порошка применяются для изготовления деталей прессованием.
Ф-4Д в виде особо тонкого порошка с усиленными свойствами химической стойкости.
В международной нотации Ф-4 называются «Тефлон». Применение тефлона, как материала для антипригарного покрытия кухонной утвари, – самое известное использование фторопласта-4 под этим названием.
Композитные фторопласты
Это полимеры, в которые при изготовлении добавили наполнитель.
Применяются различные наполнители, в зависимости от того, какие свойства базового полимера необходимо усилить. Техническими условиями предусмотрено использование в добавках угля (кокса), угольного волокна, молибдена, кобальта.
Картинка присадки
Фторопласт с коксом, или фторопласт черный, обладает уникальной износостойкостью, в 600 раз превышающей показатель базового полимера Ф-4. Композитный материал фторопласт графитонаполненный (черный) применяют в узлах с критическими условиями по трению и затрудненным доступом обслуживания.
Проблемы соединения фторопластовых деталей
Превосходные свойства фторопласта по устойчивости к агрессивным средам, низкой смачиваемости, нулевой диффузии создают проблемы при необходимости склеить детали. Предлагались способы с предварительной обработкой поверхности, промывкой, сушкой и склеиванием эпоксидными составами. Испытания показали низкую прочность такого клеевого шва, клей под нагрузкой отваливался от поверхности.
Решение, чем склеить фторопласт с фторопластом, было найдено и запатентовано в СССР в 1977 году.
Метод заключается в обработке подготовленной поверхности жидким золотом и нагреве детали до температуры, когда золото восстановится и продиффундирует в полимер на глубину 1 микрон. Позолоченную поверхность склеивают компаундом с другой деталью.
Допускается вместо золота применять платину или серебро, но платина снижает прочность шва, а серебро недостаточно стойкое к воздействию агрессивной среды.
Проблема, чем клеить фторопласт к металлу, или полимер к фторопласту, удовлетворительно не решена до сих пор. Современные технологии предлагают специальные клеи, например, ФРАМ-30, но склеиваемая поверхность должна быть предварительно протравлена жидким натрием, да и качество шва получается невысокое.
Сортамент поставки
Фторопласты, предназначенные для дальнейшей переработки, поставляются в виде прутка, листов, пленок, порошков и суспензий. На сайтах большинства дилеров встроены онлайн-калькуляторы, рассчитывающие массу заказываемого ассортимента, беря за основу удельный вес фторопласта. Приблизительно можно определить вес фторопласта листового из расчета 2200 кг/1 м 3 , то есть лист 1000 мм х 1000 мм х 10 мм будет весить 22 кг. Для сравнения, аналогичный лист капролона будет весить около 15 кг.
Вес фторопластового стержня длиной 1000 мм и диаметром 100 мм будет около 18 кг.
Сравнение фторопласта и капролона
Капролон, или полиамид-6, по характеристикам близок к фторопласту. Отличие капролона от фторопласта в механических свойствах, но однозначно ответить, что прочнее – фторопласт или капролон, невозможно. Последний немного тверже, меньше деформируется и повреждается при равных нагрузках. Но при этом его износостойкость при длительной эксплуатации ниже, чем у фторопласта.
Изготовление деталей из капролона требует более высокой точности, но технологически деталь из него методом литья сделать проще и дешевле, чем прессовкой и запеканием из фторопласта.
Почти вдвое отличаются температуры плавления капролона и фторопласта. Первый плавится при 220 оС, а для второго – это рабочая температура.
Если требуется длительная эксплуатация с небольшими механическими нагрузками – желательно установить фторопластовую деталь, если механические нагрузки значительные, то лучше капролон, чем фторопласт. При сравнении, что лучше – фторопласт и капролон, при изготовлении втулок в расчет берутся параметры технологичности и прочности.
Фторопластовые втулки делают с допуском, чуть больше по внешнему размеру и чуть меньше по внутреннему, методом запрессовывания туда вала. При ударной нагрузке на вал втулка теряет форму и подлежит замене.
Капролоновые втулки жесткие, ударную нагрузку держат отлично, форму не теряют, но быстро изнашиваются. Требуются прецизионная точность изготовления и дополнительная амортизация узла.
Замена фторопласта
Высокие характеристики затрудняют замену фторопласта другими материалами. Принять решение, чем заменить фторопласт, можно при ограничениях в эксплуатационных параметрах узла. Например, низкие рабочие температуры позволяют произвести замену фторопласта на капролон без потери надежности. На рынке недавно появился импортный материал TECAPET (полиэтилентерефталат), пришедший на замену капролону. В России он пока не производится.
