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

«ТЕФЛОН» – это торговое название политетрафторэтилена (PTFE) в США.
Известен под торговыми марками: Teflon®, Isoflon®, Fluon®, Nitoflon®, Forflon®, Hostaflon®, Algoflon®. Хороший диэлектрик, устойчив к действию различных химических агентов, термически устойчив до 300°C.

Политетрафторэтилен (тефлон, фторопласт-4) (-C2F4-)n - полимер тетрафторэтилена (ПТФЭ), пластмасса, обладающая уникальными физико-химическими свойствами и применяемая в разных областях науки техники и в быту. Патент на изобретение тефлона принадлежит американской компании DuPont.

Свойства тефлона:

Физические свойства тефлона

Тефлон - белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остается гибким и эластичным при температурах от -70°C до +270°C, прекрасный изоляционный материал. Тефлон обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей.

Химические свойства тефлона

По своей химической стойкости тефлон превышает все известные синтетические материалы и благородные металлы. Тефлон не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот. Тефлон разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидомхлора.

Применение тефлона

Тефлон применяют в химической, электротехнической и пищевой промышленности, в медицине,в военных целях, в основном, в качестве покрытий.

Электроника

Тефлон широко используется в высокочастотной технике, так как, в отличие от близких по свойствам, полиэтилена или полипропилена, имеет очень низкий коэффициент изменения коэффициента диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры, а также крайне низкими диэлектрическими потерями. Эти свойства тефлона, наряду с теплостойкостью, обуславливает широкое применение тефлона в военной и аэрокосмической технике.

Тефлон очень тугоплавок; провод в тефлоновой изоляции невозможно проплавить паяльником. Впрочем, недостатком тефлона является высокая текучесть. Если держать провод во фторопластовой изоляции под нагрузкой (например, поставить на тефлон ножку мебели), провод через некоторое время может оголиться.

Смазка

Фторопласт (тефлон) - великолепный антифрикционный материал, с коэффициентом трения скольжения наименьшим из известных доступных конструкционных материалов (у тефлона даже меньше, чем у тающего льда). Однако из-за мягкости и текучести тефлона, он неприменим для тяжело нагруженных подшипников и в основном используется в приборостроении.

Известны смазки со введённым в их состав мелкодисперсным фторопластом, их отличает то, что наполнитель, оседая на трущихся металлических поверхностях, позволяет в ряде случаев некоторое время работать механизмам с полностью отказавшей системой смазки, только за счёт антифрикционных свойств фторопласта (тефлона).

Из-за низкого трения и несмачиваемости тефлона насекомые не способны ползти по тефлоновой стене. В частности, тефлоновая защита применяется при содержании нелетающих насекомых, чтобы они не смогли вылезти наружу.

Пищевая промышленность и быт

Благодаря низкой адгезии тефлона, несмачиваемости и термостойкости тефлон в виде покрытия широко применяется для изготовления экструзионных форм и форм для выпечки, а также сковород и кастрюль. Тефлоновое покрытие в виде тончайшей плёночки наносят на лезвия бритв, что значительно продляет срок их службы и облегчает бритьё.

Уход за посудой с тефлоновым покрытием

Тефлоновое покрытие не обладает большой прочностью, поэтому при приготовлении пищи в такой посуде следует использовать только мягкие - деревянные, пластиковые или покрытые слоем пластика - принадлежности (лопатки, половники и т.п). Посуду с тефлоновым покрытием нужно мыть в тёплой воде мягкой губкой, с добавлением жидкого моющего средства, без использования абразивных губок или чистящих паст.


F F
R - C - C - R
F F

Фторопласт-3

Политрифторхлорэтилен . Термопластичен.


F Cl
R - C - C - R
F F

Сам по себе тефлон очень устойчив и инертен в обычных условиях. Однако при нагревании свыше 200 °C, политетрафторэтилен разлагается, с образованием токсичных продуктов. Кроме того, в производстве и при деструкции полимера, возможно образование перфтороктановой кислоты (сокращённо PFOA, или C-8).

В производстве тефлоновых покрытий по-прежнему используется перфтороктановая кислота, однако в январе 2006 г. фирма DuPont, единственный производитель PFOA в США, согласилась удалить остатки реагента со своих предприятий до 2015 г., хотя и не обязалась полностью исключить её применение.

Даже минимальное количество перфтороктановой кислоты, попадая с вдыхаемым воздухом в организм птицы, поражает ее дыхательную систему, приводя к смерти в течение нескольких минут. Доказано, что C-8, попадая в организм лабораторных крыс, вызывает у них злокачественные опухоли, может привести к мутациям у потомства и нарушениям иммунной системы. Научные исследования доказали, что выделяемые из тефлона вещества могут увеличить риск ожирения, инсулиновые проблемы и рак щитовидной железы. Кроме того, тефлон угрожает, по крайней мере, девяти видам клеток, которые влияют на работу иммунной системы.

TECAFLON PTFE (Политетрафторэтилен) — техническое название термопластичных полимеров — продуктов полимеризации фторпроизводных олефинов. Это самый распространенный фторполимер в данное время (особенно в СНГ). Наибольшее применение получил в качестве материала для уплотнителей. Он отличается высокой химической стойкостью, не изменяемой даже при кипячении в «царской водке».

Вместе с феноменальной инертностью, фторопласт-4 характеризуется малой пористостью, отличными электрическими и механическими свойствами. Он обладает низким, почти не зависящим от температуры коэффициентом трения (ниже чем у льда), совершенно гидрофобен, физиологически инертен (разрешен для контакта с пищевыми продуктами), кроме того обладает исключительными свойствами “отлипания”. Диэлектрические свойства его не изменяются до +200°С, а химические до +300°С, ему присуща исключительная стойкость к вольтовой дуге. Эти свойства материала делают изделия из него незаменимыми в химической, электротехнической промышленности, машиностроении, пищевой, легкой и медицинской промышленности. Из фторопласта изготавливают детали, химическую аппаратуру, ёмкости, мембраны и диафрагмы, клапаны и трубопроводы, прокладки и уплотнительные устройства, колонны и подшипники, транспортерные ленты и многое другое.

Единственный полимер устойчивый к УФ излучениям в чистом виде (неокрашенный и не уф-стабилизированный). Он наиболее стойкий из всех известных пластмасс ко всем минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, окислителям, газам и другим агрессивным средам. Устойчив к гидролизу (водопоглощние менее 0,05%). TECAFLON PTFE морозостоек, он не становится хрупким даже при t -269°С, но его механические характеристики зависят от положительных температур эксплуатации. Свойства износостойкости оставляют желать лучшего. PTFE — высокоэластичный материал с очень низкой собственной возгораемостью. Коэффициент трения TECAFLON PTFE самый низкий из всех ненаполненных полимеров.

Фторопласты не горючи или самозатухают при возгорании. Фторопласты плохо растворимы или вообще нерастворимы во многих органических растворителях. Фторопласт-4 стоек ко всем кислотам, нефтепродуктам, щелочам в интервале температур от -269°С до +260°С, за что удостоился названия «пластиковая платина». На него оказывают воздействие только расплавы щелочных металлов, растворы щелочных металлов в аммиаке, трехфтористый хлор и элементарный фтор при высоких температурах.

Механические, термические, электрические свойства РTFE

Параметр Значение
Плотность 2,18гр/см3
Удлинение при разрыве > 50% (DIN EN ISO 527)
Напряжение при растяжении 25МПа (DIN EN ISO 527)
Модуль упругости при растяжении 700 МПа (DIN EN ISO 527)
Ударная прочность без повреждений (DIN EN ISO 179 (Шарпи) кЖд/м2)
Твердость 60 (ISO 2039/2(вдавливание шарика)
Предел текучести после 1000 часов под статической нагрузкой 5 МПа
Предел прочности для 1 % удлинения после 1000 часов 1,58 МПа
Коэффициент трения 0,08-0,12 (по стали о=0,05N/мм.кв., v=0,6м/сек)
Изнашивание 21 µ/км (ASTM D 792, DIN EN ISO 1183)
Теплопроводность -0,25 W/(K*m),(при 23°С)
Удельная теплоемкость 1 J/(g*K), (при 23°С)
Линейный коэффициент теплового расширения 12 (10-5 1/К) (ASTM D 696, DIN 53 483, IE-250)
Диэлектрическая постоянная 2,1 (106Гц, ASTM D 150, DIN 7991, ASTM Е 831)
Коэффициент диэлектрических потерь 0,0002 (tan)(106Гц, ASTM D 150, DIN 7991, ASTM Е 831)
Объемное электрическое сопротивление 1016 Ω*см(ASTM D 257, ЕС 93, DIN IEС 60093)
Поверхностное сопротивление 1016 Ω(ASTM D 149, DIN IEС 60093)
Электрическая прочность 48 кВ/мм (DIN 53 481, IEC-243, VDE 0303 Teil 2)
Водопоглощение в нормальных условиях

Важное замечание! Если фторопласт-4 «плывет», ближайшей заменой по классу выше является TECATRON или TECAPEEK. В России (из-за широкой популярности полимера) обычно фторопласт-4 применяют для изготовления инженерных деталей подвергающихся механическим нагрузкам, но работающих при температурах до +120°С и без воздействия агрессивных химических веществ. В практике мы часто сталкиваемся с такими ситуациями и знаем многочисленные варианты решений и как существенно сэкономить за счет выбора более эффективного и дешевого материала.

Применение TECAFLON PTFE и Фторполимеров:

Заготовки из PTFE предназначены для изготовления путём механической обработки уплотнительных, электроизоляционных, антифрикционных, химически стойких элементов конструкций.

  • В машиностроении: в узлах трения механизмов машин и приборов в качестве подшипников и опор скольжения, подвижных уплотнителей поршневых колец, манжет. Использование фторопластов в узлах трения повышает надежность и долговечность механизмов, обеспечивает cтабильную эксплуатацию в условиях агрессивных сред глубокого вукуума и при криогенных температурах.
  • В электронной промышленности: для изоляции проводов, кабелей, разъемов, изготовления печатных плат, пазовой изоляции электрических машин, а также в технике СВЧ. В медицинской и фармацевтической промышленности: из него изготавливают протезы кровеносных сосудов, сердечных сосудов, сердечных клапаны, емкости для хранения крови и сыворотки, упаковку для лекарств и многое другое.
  • В пищевой промышленности и бытовой технике: для изготовления облицовки валков для раскатки теста, антиадгезионных и антипригарных покрытий, для изготовления уплотнений молочных насосов и насосов для пищевых жидкостей и др.

Благодаря прочному фторо - углеродному соединению и надежной защите атомов углерода атомами фтора, тефлон обладает почти универсальной химической устойчивостью.

  • На свойства тефлона не влияют ни растворители типа спиртов, сложных эфиров, кетонов, ни агрессивные кислоты (концентрированная серная кислота, азотная кислота, плавиковая кислота и др.)
  • Только при помещении материала в хладагенты (фреон) наблюдается обратимое увеличение веса в пределах 4-10%.
  • Незначительная химическая реакция (окрашивание в коричневый цвет) происходит при контакте тефлона с щелочными металлами.
  • При высоких температурах и давлении тефлон вступает в реакцию с элементарными фтор- и хлор-флюоритами.

    Из вышесказанного ясно, что при использовании тефлона отпадает необходимость в многочисленных таблицах совместимости материалов.

    Устойчивость к свету и погодным условиям

    Отличается необыкновенной устойчивостью к свету и погодным условиям. Поэтому он без ограничений подходит для наружного применения при самых неблагоприятных погодных условиях, при этом все механические и электрические свойства остаются без изменений.

    Гигроскопичность

    Гигроскопичность тефлона практически равна нулю. Даже после длительного хранения в воде водопоглащения обнаружено не было (согласно DIN 53472/8.2).

    Физиологические свойства тефлона

    Тефлон без наполнителей является физиологически нейтральным материалом. Несколько опытов по имплантации материала в живые ткани не показали какой-либо несовместимости. Имеются допуски организаций FDA (Комитет пищевой и лекарственной промышленности США) и BGA (Федеральный Союз оптовой и внешней торговли Германии), согласно которым материал может применяться в медицине и пищевой промышленности. В этом отношении незаменимым качеством материала является устойчивость к горячему водному пару, благодаря чему могут подвергаться стерилизации при их применении в медицинских целях, а также в фармацевтической и пищевой промышленности.

    Антифрикционные свойства тефлона

    Очень слабые межмолекулярные силы являются причиной того, что имеет самый низкий коэффициент трения среди всех твердых материалов. При чем величины статического и динамического коэффициентов трения почти одинаковы. Движения рывками при этом не наблюдается. Антифрикционная способность сохраняется также при температуре ниже 0 °C При температуре выше 20 °C коэффициент трения незначительно возрастает. При добавлении к тефлону различных наполнителей может наблюдаться несущественное изменение коэффициента трения.

    Физические свойства тефлона в сравнении с другими фтортермопластами

    материал
         		PTFE FEP PFA PCTFE PVDF
    свойства Метод испытания Ед.
    Плотность 23 °C DIN 53479 g/cm 3 2,15-2,19 2,12-2,17 2,12-2,17 2,10-2,20 1,76-1,78
    Прочность в момент разрыва 23 °C DIN 53455 N/mm 2 22-40 18-25 27-29 30-38 38-50
    Удлинение при разрыве 23 °C DIN 53455 % 250-500 250-350 300 80-200 30-40
    Твердость при вдавливании шарика 23 °C DIN 53456 N/mm 2 23-32 23-28 25-30 30 65
    Предел вдавливания 23 °C DIN 53455 N/mm 2 10 12 14 40 46
    Модуль упругости при движении 23 °C DIN 53457 N/mm 2 400-800 350-700 650 1000 - 2000 800 - 1800
    Модуль упругости при изгибе 23 °C DIN 53457 N/mm 2 600-800 660-680 650-700 1200 - 1500 1200 - 1400
    Предельное напряжение изгиба 23 °C DIN 53452 N/mm 2 18-20 15 52-63 55
    Твердость по Шору D 23 °C DIN 53505 55-72 55-60 60-65 70-80 73-85
    Температура плавления . ASTM 2116 °C 327 253-282 300-310 185-210 165-178
    Температура эксплуатации без нагрузки . . °C 260 205 260 150 150
    Коэффициент теплового расширения 10 -5 . DIN 52328 K -1 10-16 8-14 10-16 4-8 8-12
    Теплопроводность 23 °C DIN 52612 W/K · m 0,25 0,2 0,22 0,19 0,17
    Удельная теплоемкость 23 °C KJ/kg · K 1,01 1,17 1,09 0,92 1,38
    Содержание кислорода . . % >95 >95 >95 >95 >43
    Гигроскопичность . DIN 53495 % <0,01 <0,01 <0,03 <0,01 <0,03

    Коэффициенты трения тефлон / перлитный чугун при сухом ходе (p = 0,2 N/mm 2 , T = 30°C, R t ß <1,5 µm)

    • 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.