Фторопласт: применение, свойства, производство, недостатки
Фторсодержащие полимеры широко применяются в быту, промышленности и медицине. Существует множество разных видов фторопласта, но все их объединяет наличие уникальных физических, химических и механических свойств, полезных во множестве сфер. В этой статье мы расскажем, что такое фторопласт, свойства материала, особенности производства, виды, цены.
Фторопласт — что это, как был открыт
Фторопласт (тефлон) — это единое наименование для всех фторсодержащих полимеров. Материал отличается светло-бежевой окраской, мягкий и скользкий на ощупь — напоминает мыло. Сфера применения этого полимера огромна, поскольку он обладает исключительными свойствами.
Считается, что фторопласт впервые открыл американский учёный Рой Планкетт, в 1938 году. Обратив внимание на баллоны, в которых находился ранее закачанный тетрафторэтилен, учёный обнаружил, что в них образовалось твёрдое вещество, внешне напоминающее парафин. После изучения свойств компания Kinetic Chemicals (в которой работал учёный) получила патент на материал. В СССР полимер был впервые ввезён в годы второй мировой войны — на тот момент США всё ещё скрывали своё открытие от других государств. Заметив на американской военной технике фторопласт, советские учёные начали заниматься его созданием. Повторить успех получилось в 1949 году. После этого фторсодержащий полимер начал активно производиться и применяться по всей стране.
Где применяется?
Область применения фторопласта довольно широка. Наиболее популярным является фторопласт-4. Он активно используется:
- В лёгкой промышленности. Волокна из этого полимера входят в состав одежды и обуви, обладающей водоотталкивающими свойствами.
- В машиностроении. Высокая устойчивость материала к трению позволяет изготавливать из него различные детали — подшипники, поршневые кольца. Из тефлона делают шины и даже элементы двигателей.
- В химической промышленности. За счёт уникальной инертности к агрессивным средам полимер отлично подходит для производства ёмкостей и разной лабораторной посуды.
- В производстве техники. Тефлон — хороший проводник и изолятор тока. Из него делают кабели, печатные платы, конденсаторы, переключатели для разных приборов.
- В пищевой промышленности. Фторопласт-4 нетоксичен, поэтому подходит для изготовления посуды и различных контейнеров.
- В медицине. Из полимера делают имплантаты, кардиостимуляторы, искусственные клапаны сердца, сосуды.
Основная сфера применения — химическая промышленность. На втором месте — машиностроение. Далее идут электроиндустрия, бытовое применение, медицина и пр.
Способ производства
Фторопласт производят из сырья в соответствии с ГОСТ 10007-80. Осуществляется в три этапа:
- получение хлордифторметана по реакции Свартса;
- пиролиз дифторхлорметана с целью получения тетрафторэтилена;
- полимеризация тетрафторэтилена для получения фторопластового порошка.
Выпускается материал в виде готовых изделий или заготовок. Заготовки — это продукты первичной обработки, которые далее применяются в других областях промышленности для производства деталей и различных изделий. Их размеры соответствуют номенклатурам или требованиям заказчика. Есть несколько типов заготовок:
- Стержни и диски. Стандартный диаметр стержней — от 10 до 300 мм, длина — 500, 1000 мм Применяются в атомной, химической промышленности и машиностроении для создания антифрикционных, уплотнительных деталей или электроизоляции. Изготавливаются путём прессования с дальнейшим запеканием либо методом экструзии.
- Листы и пластины. Изготовлены методом холодной прессовки и спекания. Обладают квадратной или прямоугольной формой, стандартные размеры — 500х500 и 1000x1000 мм. Толщина — от 1 до 60 мм.
- Плёнка. Чаще всего используется для производства кабельно-проводниковой продукции. Ширина достигает 300 мм, толщина — от 10 до 100 мм.
- Бруски. Изделия длиной от 70 до 300 мм, шириной от 40 до 200 мм, толщиной от 2 до 200 мм.
- Порошок, стружка.
Виды
Есть несколько основных видов фторсодержащих полимеров. Один из них, фторопласт-4, уже был упомянут выше. Рассмотрим другие:
- Ф-2 (PVDF, поливинилиденфторид). Прочный, упругий материал с отличными показателями химической стойкости. В составе нет пластификаторов, стабилизаторов или катализаторов. Иногда может содержать добавки из кобальта или стекловолокна. Применяется для изготовления различных ёмкостей, труб.
- Ф-3 (политрифторхлорэтилен). Высокопрочный, твёрдый полимер, хорошо выдерживающий отрицательные температуры. Легко плавится и формируется, демонстрирует хорошую адгезию к металлам. Обычно его применяют для изготовления нержавеющих покрытий.
- Ф-4 (политетрафторэтилен). Наиболее часто применяемый среди фторопластов. Трудногорючий материал, обладает самой большой плотностью. Гидрофобный, устойчив к резким изменениям температур.
Также существуют фторопласты Ф-30 и Ф-40, которые своими свойствами схожи с Ф-3 и Ф-4. Кроме того, у Ф-4 есть несколько подвидов, а именно:
- Ф-4ПН;
- Ф-4О;
- Ф-4Д;
- Ф-4А;
- Ф-4 HTD.
Эти подвиды различаются свойствами и характеристиками, а также областью применения. Например, Ф4-Д используют для производства волокон и покрытий, а Ф4-О — для изготовления различных рабочих элементов для насосов или труб.
Свойства
Все виды фторопластов различаются между собой свойствами и рабочими характеристиками. Они могут быть растворимыми или нерастворимыми, гидрофобными или набухающими. Среди наиболее ценных свойств полимеров — высокая химическая инертность, которая превышает показатели всех других синтетических материалов и даже некоторых благородных металлов. А также термостойкость, нетоксичность, низкий коэффициент трения, диэлектрические характеристики, низкое водопоглощение, невосприимчивость к воздействию ультрафиолета. Далее мы подробнее рассмотрим физико-химические, механические и электроизоляционные свойства.
Недостатки фторопласта
Среди недостатков фторопласта можно отметить:
- сравнительно низкая прочность — материал уступает ряду других полимеров;
- выделение токсичных веществ — при нагреве свыше 300°С;
- высокая степень ползучести — без применения модификаторов деформируется под воздействием высокой нагрузки;
- цена — в сравнении с другими материалами, стоимость фторполимеров можно назвать высокой.
Физико-химические свойства
Среди необычных физико-химических свойств фторсодержащих полимеров — прекрасная устойчивость к поглощению каких-либо веществ. Материал не подвержен воздействию плесени, бактерий, грибков. Разрушить его можно только с помощью расплавов щелочных металлов или элементарного фтора. Фторопласт устойчив к гидролизу, не окисляется. Гореть полимер может только при непосредственном контакте с открытым огнём, при этом в процессе горения он выделяет в десять раз меньше тепла, чем полиэтилен. Рассмотрим таблицу свойств фторопласта Ф-4:
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Плотность | 2,12-2,2 г/см³ |
| Теплоёмкость | 1,04 Дж/(кг*С) |
| Коэффициент теплового линейного расширения | 8-25 (1·10-5 °С) |
| Теплопроводность | 0,2 ккал/м, ч·°С |
| Температура стеклования | -120 °С |
| Температура плавления | 327 °С |
| Минимальная рабочая температура | -269 °С |
| Максимальная рабочая температура | 260 °С |
| Водопоглощение (за сутки) | 0 |
| Теплостойкость по Вика | 110 °С |
| Термостабильность при 415 °С | не менее 110 |
| Температура разложения | более 415 °С |
| Потеря массы при при 420 °С за 5 часов, % за 3 часа | 0,2 |
| Атмосферостойкость | превосходная |
| Химическая стойкость | все минеральные и органические кислоты, щелочи, органические растворители, газы, окислители |
Механические свойства
Фторопласт легко поддаётся разным видам обработки — резке, шлифовке, сверлению. Его физико-механические свойства могут меняться в зависимости от температуры. Рассмотрим основные показатели:
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Предел прочности при растяжении | 200-300 кгс/см² |
| Удлинение при разрыве | 300-350 % |
| относительное | 350-500 % |
| остаточное | 250-350 % |
| Предел прочности при сжатии | 120 кгс/см² |
| Модель упругости при сжатии | 7000 кгс/см² |
| Предел прочности при статическом изгибе | 110-140 кгс/см² |
| Модель упругости при изгибе (при 200 °С) | 4700 кгс/см² |
| Удельная ударная вязкость | более 100 кгс·см/см² |
| Твёрдость по Бринеллю | 29,4-39,2 мпа |
| Твёрдость по Шору при 20 °С | - |
| шкала C | 85-87 |
| шкала D | 55-59 |
| Твердость по Роквеллу (шкала I) | 80-95 |
| Коэффициент Пуассона | 0,45 |
| Коэффициент трения по стали | 0,2 |
Электроизоляционные свойства
Неполярность материала обеспечила ему широкое применение в качестве диэлектрика.
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Удельное объёмное электрическое сопротивление | 1012-1020 Ом·см |
| Удельное поверхностное сопротивление | не менее 1017 Ом |
| Электрическая прочность | не менее 25-27 кВ/мм |
| Диэлектрическая проницаемость при частоте 103 Гц | 1,9-2,2 |
| Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 103 Гц | 0,0003 |
| Дугостойкость | 250-700 сек |
Цены на фторопласт
Стоимость фторопласта зависит от его типа и формы выпуска. Например, цена листового полимера назначается за килограмм веса, складывается из его марки, размеров, технических характеристик и размеров партии. На цены также влияет наличие различных модификаторов. Сложнее всего найти в продаже порошковый тефлон, поэтому цены на него могут быть абсолютно разными. Материал выгоднее закупать оптом.
Где можно купить фторопласт
Купить фторопласт, а также различные изделия из него можно в интерет-магазине «Промресурссервис».
Мы предлагаем фторопласт Ф-4О: пластины размером 500х500, 1000х1000 мм и стержни диаметром от 10 до 200 мм, длиной 500 и 1000 мм.
Наша компания является одним из крупнейших в России поставщиком асбестовых, резинотехнических и полимерных изделий. К товарам прилагаются сертификаты соответствия, что гарантирует 100% качество и соответствие ГОСТ. Оперативная доставка по Москве и области, а также по всем регионам РФ. Разные варианты оплаты.
Источник фото: ru.freepik.com