Виды и свойства фторопластов, преимущества и область применения

Фторопласт – непатентованное применяемое на территории стран СНГ наименование фторсодержащей полимерного вещества. Оригинальное и зарегистрированное американским концерном Du Pont название – тефлон. Также фторированные пластмассы называют: PTFE, фторопласт-4, фторполимер.

Историческая справка

Вещество было синтезировано в США в 1938 году. Ученый Рой Планкетт в лаборатории компании Kinetic Chemicals, впоследствии вошедшей в корпорацию Дюпон, из газообразного фторсодержащего полимера получил твердую субстанцию с поразившими научный мир свойствами. Соединение сразу запатентовали.

Первые детали из политетрафторэтилена поступили в СССР по ленд-лизу во время второй мировой войны от американских союзников. Параметры фторопластовых прокладок, уплотнителей и пар скольжения, используемых в военной технике из США, впечатлили советских конструкторов.

В ЦК КПСС было принято решение о налаживании собственных разработок. В 1947 году ученые приступили к созданию фторопласта-4 из хлордифторметана. Начальная экспериментальная партия получена в 130 литровом реакторе-полимеризаторе. Выход на промышленный уровень осуществлен в 1956 году.

Популярные виды фторсодержащих полимеров

Полимерные материалы удобны в работе. Возможна обработка резанием, сверлением, точением, фрезерованием, шлифованием.

Фторопласты – группа соединений с отличающимися параметрами:

• Политетрафторэтилен, или Ф-4;
• Политрихлорфторэтилен, или Ф-3;
• Сополимеры тетрафторэтилена – Ф-40, Ф-4МБ, Ф-42 и другие.

Общие характеристики:

• Высокие электроизоляционное качества;
• Химическая и биологическая инертность;
• Устойчивость к образованию электродуги;
• Низкий коэффициент трения;
• Электрическая и механическая прочность;
• Термостабильность.

Разные марки не взаимозаменяемы. Для изготовления различных по назначению изделий выбираются подходящие разновидности.

Отличия политетрафторэтилена

Продукция из фторопласта-4 (Ф-4, тефлон) выпускается по ГОСТ 10007. Это пластмасса повышенной прочности с максимальной температурой эксплуатации 260 ⁰С. Устойчива к химическим и биологическим средам, высокой влажности. За счет уникальных свойств Ф-4– самый распространенный из всех фторсодержащих полимеров.

Марки фторопласта-4:

С	П	ПН	О	Т
Используют для изготовления изделий
Специальных	Пленочных	Пленочных и ленточных повышенной надежности	Общего и композиционного назначения	Толстостенных, для трубопроводов

Нормы качества:

Показатель	С	П	ПН	О	Т
Внешний вид порошка	Белый цвет
	Легкокомкующийся без включений		Легкого комкования
Как выглядит пластина по цвету	Однородно белая				Допускаются оттенки серого или кремового
Вид по чистоте	–		Утверждается образец для соответствия
Как выглядит строганая пленка	В соответствии с утвержденным образцом		–
Процентное содержание влаги, %	0,02
Плотность материала, г/ см3	≤ 2,18		≤ 2,19	≤ 2,20	≤ 2,21
Прочность образца без закалки при приложении разрывающего усилия, МПа	≥ 27	≥ 26	≥ 25	≥ 23	≥ 15
Удлинение при разрывающей нагрузке, %	≥ 350				≥ 280
Стабильность при воздействии температур, ч	≥ 100				≥ 15
Прочность к пробою, кВ/ мм	≥ 50	≥ 60	≥ 50	–
Поперечное удлинение строганой пленки при разрыве, %	–	175	–

Температурные показатели:

Температура, 0С
Эксплуатации		Стеклования аморфных зон	Плавления кристаллов	Разложения	Максимальной скорости кристаллизации
Max	Min
260	-269	-120	327	Более 415	310-315

Фторопласт Ф-4, листовой или другой формы, стоек к кислотам, растворителям, щелочам, окислителям при температуре от 20 до 1500С. При высоких температурных режимах тефлон не устойчив к расплавам и аммиачным растворам щелочных металлов. Непорист, показатель водопоглощения за сутки – 0%.

Область применения Ф-4 обширна:

1. Машины и механизмы. Из-за малого коэффициента трения из него создают покрытие для пар скольжения, работающих под сильными нагрузками. Ввиду стойкости к нагреву из тефлона разрабатывают компоненты для двигателей. Мелкодисперсное соединение выступает как компонент смазок. Прокладки, уплотнительные кольца и сальники из фторополимера – незаменимы в гидравлических системах и трубопроводах.
2. Медицинская промышленность. Биологически инертный состав совместим с организмом человека. Из него изготавливают хирургические, стоматологические, кардиологические протезы, сосуды и клапаны сердечно-сосудистой системы.
3. Электроника и электротехника. Благодаря значительным диэлектрическим показателям тефлон пригоден в качестве изолятора. Фторопластовая электроизоляционная пленка – один из компонентов кабельной продукции.
4. Пищевая промышленность. Тефлон безопасен для людей, поэтому из него делают уплотнители насосов, детали трубопроводов, перекачивающих жидкости. Также из него получают антипригарное покрытие кухонной утвари, которая подвергается нагреву.
5. Химическое производство. Поскольку фторполимеры слабовосприимчивы к агрессивным средам, ими футируют поверхности различных емкостей, используют в колонных реакторах. Они также подходят для изготовления арматуры, уплотнителей, других составных элементов трубопроводов, сосудов.
6. Строительство. Из пластин фторопласта 4 создают ответственные составляющие опор скольжения мостов, эстакад и других сооружений с большими пролетами. Ф-4 служит в регионах со значительной сейсмической опасностью в виде прокладок опор. Элементы конструкции при землетрясении свободно перемещаются относительно друг друга посредством скольжения, каркас сооружения не разрушается.
7. Получение ткани и пошив одежды. Тефлоновая прослойка придает тканевой основе ветро- и влагозащитные качества. Продукту придают пористую структуру, чтобы при активной нагрузке естественные испарения человеческого тела с лёгкостью удалялись наружу. На значительную часть спортивной экипировки наносится тонкий слой фторополимера.

Вследствие уникальных преимуществ фторопластовый стержень, лист или пленка Ф-4 постепенно вытесняет другие пластмассы, широко используется во всех сферах народного хозяйства и жизнедеятельности человека.

Особенности политрихлорфторэтилена

Кристаллический полимер Ф-3 (PCTFE) выпускается по ГОСТ 13744.

Марки:

А	Б	В
Применяется для получения композиций
Специального назначения	Плюс масел, смазочных веществ, суспензий, деталей, изготавливаемых разными методами	+ прессованных изделий

Характеристики:

Показатель			А	Б	В
Внешний вид	Порошка		Цвет – белый, состав – однородный, включений нет
	Пластины	Цвет	–	Желтый от светлых до темных оттенков	Светло-желтый
		Чистота	–	В соответствии с утвержденным образцом без посторонних включений
Доля содержания влаги, %			≤ 0,15	≤ 0,05
Плотность насыпаемого материала, г/ см3			500±70		520±50
Прочность при приложении разрывающего усилия, МПа			–		≥ 30,0
Температура потери прочности, 0С			–	240-265	265-285
Удлинение при разрывающей нагрузке, %			–	≥ 70	≥ 75
Потеря массы (термостабильность), ч			0,30	0,09	0,12
Предел текучести, МПа			–	≥ 37,3

В обычных условиях Ф-3 – прочный материал. При нагревании до температуры потери прочности он размягчается и переходит в жидкое состояние. Из-за этой особенности из политрихлорфторэтилена отливают изделия, прессуют горячим способом заготовки. Ф-3 отличается хорошей адгезией к металлам, из него делают антикоррозионное покрытие с длительным сроком службы.

Описание сополимеров тетрафторэтилена

Органическое соединение фтора с углеродом вступает в реакцию полимеризации, если в суспензии или эмульсии присутствуют радикалы. Мономерами выступают этилен, фтористый винилиден, гексафторпропилен. При сополимеризации образуется соответствующие фторполимеры: Ф-40, Ф-4МБ, Ф-42.

Характеристики фторопласта-40:

Марки	Показатели
	Внешний вид	Текучесть расплава, г/ 10 мин	Потеря массы, %	Т потери прочности, 0С	При приложении усилия на разрыв
					Прочность, МПа	Удлинение, %
П	Белый порошок	–	≤ 1,2	295-320	≥ 31	≥ 170
Ш		0,01-4,0		–	≥ 29
Ш-1	Гранулы в виде чечевицы		≤ 2,7		≥ 31	≥ 160
Ш2
ЛД-1	Белый порошок	4,0-60	≤ 1,9		≥ 24	≥ 100
ЛД-2	Чечевицеобразные гранулы	4,0-70	≤ 3		≥ 29	≥ 160

Пленочный материал используется при устройстве кровли, для защиты поверхности солнечных батарей, в трубопроводах канализации и очистных сооружениях.

Освоено получение более стабильной и не склонной к растрескиванию марки Ф-40М. Его применяют для изоляции субминиатюрных и микромонтажных проводников, защиты оболочек световодов.

Производство фторопласта Ф-42 регламентируется ГОСТ 25428.

Выпуск фторопласта Ф-42 регламентируется ГОСТ 25428.

Свойства:

Марки	Показатели
	Доля влаги, %	Потеря массы, %	При приложении усилия на разрыв		Вязкость раствора полимера в ацетоне
			Прочность, МПа	Удлинение, %	Отношение	Инкремент
В	0,04	≤ 0,3	≥ 43	≥ 420	–	0,65-0,80
ЛД-1	0,05		≥ 40	≥ 460	2,4-5,0	–
ЛД-2	–	≤ 0,4	≥ 42
Л	0,05	≤ 0,3	≥ 41	≥ 470	2,5-3,7
П				≥ 390	> 5,5

Применяется для выпуска износостойких изделий литьем и прессованием, антикоррозионных пленок и лаков для эксплуатации в температурных диапазонах от -60 до + 120 ⁰С. Разрешено использование Ф-42 в пищевой и медицинской отраслях. Из марки Ф-42Л получают краску для военной техники. Из Ф-42-ЛД выпускают запорную арматуру для нефтегазовой отрасли промышленности.

Разновидности форм продукции

В связи с обширностью сфер применения выпускают заготовки и готовые элементы. Химический состав и свойства продукции регламентируются стандартами.

Формы выпуска:

1. Порошок. Применяется производителями в качестве сырья.
2. Листы и пластины толщиной 1-60 мм. Выпускают прокладки, уплотнительные детали.
3. Бруски – 2-200 мм. Изготавливают изделия методом фрезерования.
4. Пленки – 10-100 мкм. Идет на выпуск кабельной оплетки, тонких прокладок, как покрытие металлических нерельефных поверхностей.

Также в продажу поступают круглые стержни и диски диаметром 10-300 мм, встречается стержневые модификации квадратного или прямоугольного сечения.

Выбор фторсодержащего полимера

Наиболее дорогой фторполимер – тефлон. Ф-3 стоит в два раза меньше. На рынок поступают товары из первичного и вторичного сырья. Основной поставщик «вторички» – Китай. Понятно, что вторичный пластик дешевле. Но и показатели у него гораздо хуже, износоустойчивость снижена практически вдвое. Несмотря на низкую цену китайского вторсырья, экономически целесообразно купить фторопласт из первичного фторополимера отечественного производства.