Фторопласт Ф4: виды, свойства, технические характеристики


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

Узнать больше…


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

Подробнее…


Удобные сервисы транспортировки позволят организовать быструю доставку фторопластов.

Подробнее…

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.

Это интересно
Тефлон был открыт в 2019 году химиком Роем Планкеттом, работающим в американской корпорации Kinetic Chemicals. Ученый случайно обнаружил, что газообразный тетрафторэтилен, закачанный в баллоны под давлением, полимеризовался в порошок, обладающий уникальными свойствами. Патент на этот полимер был выдан в 2019 году. А 8 лет спустя Kinetic Chemicals стала подразделением мирового химического гиганта DuPont. В СССР о политетрафторэтилене узнали во время второй мировой войны, когда советские техники разобрали танк производства США и обнаружили в его башенном механизме большое белое кольцо из фторопласта.

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/см3 (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.

На заметку
Пластины из фторопласта выпускаются квадратной формы с типоразмерами 250х250, 300х300 и 500х500 мм. Стержни из фторопласта изготавливаются методами вертикального и горизонтального прессования. В первом случае продукция отличается более высокими физико-механическими свойствами, но ее длина не превышает 110 мм (во втором случае она может достигать 500 мм). Кольца и втулки с внешним диаметром от 50 до 360 мм используются для производства манжет, прокладок, оболочек, уплотнительных колец.

Таблица 1. Характеристики фторопластов

Свойство полимера

Фторопласт
4

Фторопласт 3

Фторопласт 2

Фторопласт 40

Плотность, кг/м3

2150–2240

2090–2160

1780

1700

Разрушающее напряжение, МПа

Растяжение

16–35

35–43

44–55

27–50

Сжатие

10–12

55–60

50

Изгиб

14–18

60–80

34

Температура, ?С

Плавления

270–327

210–215

150–175

265–275

Стеклования

127

50

-30…-20

-90

Разложения

425

320

400

400

Эксплуатации

-260…+260

-195…+190

-45…+150

-200…+200

Удельное сопротивление, Ом?м

1017–1018

1015–1017

1010–1013

1016

Цены на фторопласт

Цена на листовой фторопласт-4 назначается за 1 кг и зависит от технических характеристик и марки материала, а также от конкретного производителя, условий поставок и размеров закупаемой партии товара. Оптовая стоимость Ф4 в пластинах и стержнях варьируется в пределах 600–750 рублей за кг. Цена вторичного сырья начинается от 400 рублей за кг. Сплав с модификатором оценивается дороже — порядка 700–800 рублей за кг.

Порошковый тефлон встречается в продаже достаточно редко, поэтому на него отмечается значительный разброс цен. В среднем стоимость подобного сырья составляет 1000–1100 рублей за кг. Цена фторопластов других типов немного ниже, чем у Ф4. Так, Ф3 можно приобрести по 500–700 рублей за кг, а Ф2 — по 500–550 рублей за кг. У большинства поставщиков и заводов-изготовителей оптовая стоимость товаров ниже, чем розничная. Различия могут составлять 10–20% и более.

Фторопласт обладает уникальными физико-химическими свойствами, позволяющими использовать его во множестве отраслей промышленности. Производством полимера занимаются как зарубежные, так и отечественные производители. Этот материал поставляется в заготовках, из которых путем механической обработки в дальнейшем изготавливаются различные изделия.

Фторопласт-4, фторопласт-4Д (СНГ) — полимер тетрафторэтилена — политетрафторэтилен (ПТФЭ) (ГОСТ 1007-80). Торговые названия ПТФЭ: тефлон, галон (США); полифлон (Япония); гостафлон TF (Германия); флуон (Англия); гафлон, сорефлон (Франция); алгофлон (Италия).

Фторопласт-4: физические характеристики
Плотность От 2019 до 2019 кг/м 3
Разрушающее напряжение при разрыве стандартных образцов От 2.5 до 25.5 МПа
Относительное удлинение при разрыве стандартных образцов Не менее 390 %
Удельное объемное электрическое сопротивление при постоянном напряжении Не менее 1 х 2019 Ом/м
Тангенс угла диэлектрических потерь, измеренный при частоте 106 Гц. Не более 0.00025
Диэлектрическая проницаемость, измеряемая при частоте 1.8 х 107 Гц. 2.0
Электрическая прочность при толщине образца 0.1 мм при постоянном напряжении Не менее 50 кВ/мм
Теплопроводность 0.25 Вт/м. Град
Удельная теплоемкость 1040 Дж/кг град.
Водопоглащение за 24 часа 0.00 %
Твердость по Бринеллю 29.4 — 39.2 МПа

Фторопласт-4Д (ГОСТ 14906-77) — тонкодисперсная модификация ПТФЭ с меньшей относительной молекулярной массой. Отличается от фторопласта только формой частиц. Для изготовления уплотнительных элементов применяют фторопласт-4Д марок Т и У.

В качестве уплотнителей используют также различные сополимеры тетрафторэтилена (ТФЭ):

Фторопласт-4М (4МБ) — сополимер ТФЭ с гексафторпропиленом (ТФЭ-ГФП). Торговые названия: тефлон (FEP) — в США, иеофлон в Японии.

Фторопласт-40 (ОСТ 6-05—402-74) — сополимер ТФЭ с этиленом (ТФЭ-Э). В США — тефзел, Японии — афлон-КОП, Германии — хостафлон-ЕТ. Фторопласт-40 выпускается двух видов: Ф-40П для изготовления изделий прессования и литьем под давлением и Ф-40Ш для изготовления деталей экструзией.

Фторопласт-42 (ТУ 6-05-1442-71)- сополимер ТФЭ с винилиденфторидом (ТФЭ-ВДФ). Для уплотнений применяютфторопласт-42П.

Фторопласт-4Н (Ф-4Н) (ТУ 6-05-373-77)- сополимер ТФЭ с трифторэтиленом (ТФЭ-ТрФЭ)

Другие уплотнительные материалы:

фторопласт-3 (ГОСТ 13744-76), фторопласт-ЗМ (модифицированный, ТУ 6-05—1812-77)- политрифторхлорэтилен (ПТФХЭ). в США — кель-F; Японии — дайфлон; Германии — гостафлон; Франции — волталеф.

фторопласт-2 (ТУ 6-05-646-77) и фторопласт-2М (модифицированный, ТУ 6-05-1781-76)- поливинилиденфторид (ПВДФ). в США — кайнар; в Японии — KF-полимер; в Германии — видар и пвфепл-20; в Бельгии — солеф; во Франции — форафлон.

Свойства Фторопласта

Фторопласт-4 полукристаллический перфторированный полимер этиленового ряда с температурой плавления около 327 о С, выше которой исчезает кристаллическая структура и он превращается в аморфный прозрачный материал, не переходящий из высокоэластичного в вязкотекучее состояние даже при температуре разложения (свыше 415 о С).

Рис.6. Заготовки из фторопласта

Фторопласт-4 (политетрафторэтилен) – получают полимеризацией тетрафторэтилена.

Высокая прочность связи атомов фтора и углерода и специфичная структура молекул обуславливают хорошее сочетание химических и физических свойств фторопласта. Торговые названия ПТФЭ: фторопласт-4, фторопласт-4Д (СНГ); тефлон, аллон (США); полифлон (Япония); гостафлон TF (Германия); флуон (Англия); гафлон, сорефлон (Франция); алгофлон (Италия).

Самые агрессивные химические вещества (кислоты, щёлочи, окислители, растворители) не оказывают на Ф-4 никакого воздействия даже при высокой температуре. На Ф-4 оказывают воздействие только расплавы щелочных металлов, растворы их в аммиаке, трёхфтористый хлор и элементарный фтор при высоких температурах.

У фторопласта самый низкий среди конструкционных материалов коэффициент трения, а равенство статического и динамического коэффициентов трения фторопласта-4 и композиций на его основе обуславливают широкое его применение в машиностроении. А именно, в узлах трения механизмов машин и приборов в качестве подшипников и опор скольжения, подвижных уплотнителей поршневых колец, манжет работающих без смазки, с ограниченной смазкой и при наличии коррозионной среды.

Износостойкость фторопластов в 40 раз выше, чем бронзы и в 10 раз выше, чем баббита. Показателем износа служит потеря массы за определенное время.

Фторопласт-4 эксплуатируется при температурах от -269 до +260°С, причем верхний придел ограничивается не потерей химической стойкости, а снижением физико-механических свойств.

Фторопласт-4 хорошо обрабатывается точением, сверлением, фрезерованием и шлифованием.

В зависимости от свойств и назначения фторопласт-4 выпускают пяти марок.

«С» — для изготовления спец. Изделий; «П» — для изготовления электроизоляционной и конденсаторной пленок; «ПН» — для изготовления электротехнических изделий и других изделий повышенной надежности, а также электроизоляционных, изоляционных и пористых, вальцованных пленок и прокладочной ленты. Допускается в отдельных случаях при отсутствии фторопласта-4 марки «С» применять фторопласт-4 марки «ПН» для изготовления изделий спец. Назначения. «О» — для изготовления изделий общего назначения и композиций; «Т» — для изготовления толстостенных изделий и трубопроводов.

Фторопласт-4 должен соответствовать нормам, указанным в табл. 8

Характеристики фторопласта различных марок

Плотность, г/см 3 , не более

Прочность при разрыве незакаленного образца, МПа (кгс/см 2 ), не менее

Относительное удлинение при разрыве незакаленного образца, %, не менее

Электрическая прочность (толщина образца 0,100±0,005 мм) при постоянном напряжении,

Относительное удлинение при разрыве строганой пленки в поперечном направлении,

Дополнительные показатели фторопласта-4

Температура плавления кристаллов, °С

Температура стеклования аморфных участков,°С

Максимальная рабочая температура при эксплуатации, °С

Минимальная рабочая температура при эксплуатации, °С

Температура разложения, °С

Температура наибольшей скорости кристаллизации, °С

Температурный коэффициент линейного расширения, °С-1, при температуре, °С:

. от минус 60 до минус 10

. св. минус 10 до плюс 20

Насыпная плотность, кг/м 3

Стойкость к действию химических реагентов при температуре 20-150 °С:

Продолжение табл. 9

— окислители (перекись водорода)

— расплавленные щелочные металлы или растворы их в аммиаке

не стоек при повышенных температурах

Кислородный индекс (ГОСТ 12.1.044-89), %

Коэффициент теплопроводности, Вт/м•К

Удельная теплоемкость, кДж/кг•К

Водопоглощение за 24 ч, %

Твердость по Бринеллю, МПа

Термостабильность, % (при температуре 420°С, 3 ч)

Коэффициент трения по стали

Способность к механической обработке

Рис.7. Зависимость псевдотекучести от температуры

Зависимость псевдотекучести от температуры

Предел псевдотекучести, кг/см 2

Рис.8. Влияние температуры на механические свойства Ф-4

δ1 — предел прочности при растяжении

Σ1— относительное удлинение при разрыве

Наполнители, вводимые во фторопласт. Их свойства и параметры

Исследования показали, что износостойкость чистого фторопласта очень мала и возможные применения его ограничены очень низкими значениями произведения PV. В связи с этим применяют наполнители которые существенно повышают характеристики фторопласта.

Порошкообразные: а) металлические — медь, серебро, свинец, никель, бронза, олово, алюминий; б) минеральные — кварц, стеклопорошок, ситал, керамика, слюда, каолин и др.; в) органические — графит, сажа, уголь, кокс. Волокнистые (армирующие наполнители): :а) нетканые — стекловолокно, асбестовое, графитовое, кварцевое, базальтовое волокно, металлические усы и др; б) тканые — стеклоткани, графитовые, асбестовые и базальтовые ткани.

Армирующие наполнители каркасного типа — металлическая смятая сетка, смятая фольга. Наполнители можно вводить во фторопласт каждый в отдельности или в различных сочетаниях (комбинированные наполнители) в зависимости от назначения композиций. При использовании в качестве наполнителей дисульфида молибдена, графита и других антифрикционных материалов уменьшается (при соблюдении определенных пропорций) коэффициент трения, повышается износостойкость. Введение коллоидного графита повышает жесткость и уменьшает хладотекучесть материала. В обозначениях марок композиционных материалов отечественного производства цифры означают: первая — марку фторопласта, следующие — массовую долю наполнителей; буквы — материал наполнителя. Например, композиционный материал Ф4К15М5 получен на основе фторопласта-4 и содержит 15% коксовой муки и 5% дисульфида молибдена. При использовании в качестве наполнителей стекловолокна, кремнезема, асбестовой ткани, металлической ваты увеличивается жесткость композита, уменьшается относительная деформация при невысоких коэффициентах трения. Введение 30-40% мелкорубленого стекловолокна повышает стабильность размеров при водопоглощении и усадке, теплостойкость, уменьшает коэффициент линейного расширения. Введение во фторопласты таких наполнителей, как стекловолокно, графит, бронза, коксовая мука, дисульфид молибдена, силициды металлов, позволяет в 200-1000 раз уменьшить износ уплотнительного элемента, в несколько раз увеличить теплопроводность, в 5-10 раз увеличить прочность при сжатии и твердость.

Композиция Ф4С15 (ТУ 6-05-1412-76): смесь фторопласта с размолотым стекловолокном; применяется для различных антифрикционных деталей, работающих в среде сухих агрессивных газов;

Композиция Ф4К15М5 (ТУ 6-05-1412-76): смесь фторопласта-4, кокса и дисульфида молибдена; применяется для работы в среде влажных газов;

Композиция Ф4С15М5: смесь фторопласта-4, размолотого стекловолокна и дисульфида молибдена применяется для деталей, работающих в условиях высокого вакуума сухого и влажного воздуха и газов;

Композиция Ф4М15: смесь фторопласта и дисульфида молибдена, применяется для деталей, работающих в среде влажных газов и в вакууме;

Композиция Ф4С15В5: смесь фторопласта-4, измельченного стекловолокна и нитрида бора; изделия обладают высокой химической стойкостью и износостойкостью, а также высокими механическими свойствами в широком интервале температур;

Композиция Ф4КА15В5: смесь фторопласта-4 и нитрида бора, изделия из этой композиции отличаются повышенной стойкостью против ползучести, небольшим коэффициентом линейного расширения, хорошей прирабатываемостью в паре с чугуном и конструкционными сталями в сухих и влажных средах и при наличии сильных агрессивных сред и окислителей;

Композиция Ф4Г21М7: смесь фторопласта-4, графита, дисульфида молибдена.

Сравнительная характеристика композиционных материалов на основе фторопластов

Фторопласт лист, круг, втулка.

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.

Фторопласт-4 является кристаллическим полимером. Температура плавления его кристаллов 327 0С, температура стеклования аморфных участков около -120 0 С. Поэтому при обычных температурах эксплуатации фторопласт-4 представляет собою смесь твердых кристаллитов с аморфными участками, находящимися в высокоэластическом состоянии. При комнатной температуре фторопласт-4 относительно мягок (твердость по Бринеллю 3-4 кг/мм 2 ), причем твердость его зависит от степени кристалличности.

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.

При нагревании фторопласта-4 выше точки перехода (327 0 С), кристаллы плавятся, и вся масса становится аморфной. При этом непрозрачная масса просветляется и становится прозрачной, однако вплоть до 415 0 С масса не переходит из высокоэластичного состояния в вязкотекучее. Выше 415 0 С начинается разложение фторопласта-4, ускоряющееся при дальнейшем повышении температуры.
Таким образом, никаким нагревом нельзя перевести фторопласт-4 в вязкотекучее состояние
. 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.

Вследствие кристалличности, под действием внешних нагрузок фторопласт-4 может подвергаться холодному течению (рекристаллизации), что выражается в появлении необратимых (при неизменной температуре) деформаций. Чем выше температура, тем меньшая требуется для этого нагрузка.

Практически установлено, что изделия из фторопласта-4, работающие при температуре не выше 80-100 0 С, не следует нагружать выше 30 кг/см 2 , так как при больших нагрузках становятся заметными остаточные деформации.

При давлении от 100 до 200 кг/см 2 (в зависимости от температуры) образец фторопласта-4 может быть раздавлен или раскатан с уменьшением толщины и увеличением площади образца в 3-3,5 раза, без нарушения его целости, т.е. без трещин и разрывов. Однако образец, деформированный за счет рекристаллизации, сохраняет приданную ему форму только при температуре, не превышающей температуру, при которой производилась деформация.

Ввиду наличия явления рекристаллизации и деформации под нагрузкой на холоду изделия из фторопласта-4 можно применять при одностороннем давлении не выше 30 кг/см 2 ; при больших давлениях следует предусматривать такие конструкции сопряженных деталей, в которых отсутствуют значительные зазоры и полости, куда мог бы вытечь фторопласт-4. В отдельных случаях недостаток эластичности фторопласта-4, можно компенсировать комбинацией его с резиной или пружинным компенсатором.

Коэффициент линейного расширения

При низких температурах (от -60 до -10 0 C) величина коэффициента линейного расширения изменяется мало и равна в среднем 8х10-5. Начиная с -10 0 С, коэффициент линейного расширения резко возрастает, достигая при +20 0 С максимума в 25х10-5, а затем снова резко падает до 11х10-5 при 50 0С. При дальнейшем повышении температуры, коэффициент линейного расширения возрастает ступенчато: в промежутке от 100 до 120 0 С — до 15х10-5, а в интервале от 200 до 210 0 С — до 21х10-5.

Фторопласт-4 прозрачен для видимого света в тонких пленках. В толстых слоях — просвечивается. Для ультрафиолетовых лучей фторопласт-4 прозрачен в пределах 2000-4000À, а для инфракрасных лучей — в пределах длины волны от 2 до 7,5 µ

Фторопласт-4 является одним из лучших диэлектриков, применяемых в электронике. Наиболее выдающимися свойствами как диэлектрик он обладает для техники высоких и ультравысоких частот. Диэлектрические свойства фторопласта-4 практически не зависят ни от частоты, ни от температуры.

Статический и кинетический коэффициенты трения стали по фторопласту-4 имеют начальное значение 0,04 , однако после 100 проходов коэффициенты трения значительно повышаются: статический — до 0,13 , а кинетический — до 0,08. Низкое значение коэффициента трения действительно только при малой скорости и свежеприготовленной поверхности полимера.

При высокой скорости скольжения поверхность полимера претерпевает необратимые изменения , вследствие чего коэффициент трения возрастает в 2 — 3 раза. Если поверхность получила эти необратимые изменения, появляется зависимость коэффициента трения от температуры в пределах от 16 до 180. Если скорость скольжения не превосходит 0,66 м/мин., то коэффициент трения не повышается неограниченно долго, но достаточно повысить скорость скольжения, чтобы коэффициент трения быстро возрос и затем уже оставался высоким и при снижении скорости.

Коэффициент трения фторопласта-4 зависит от нагрузки и существенно снижается при возрастании нагрузки на подшипник. При нагрузках порядка 20 — 30 кг/см 2 коэффициент трения равен 0,1; при нагрузке 150 — 300 кг/см 2 он снижается до 0,02. Использованию фторопласта-4 в качестве материала для подшипников препятствуют такие свойства фторопласта как «хладотекучесть», мягкость и низкая теплопроводность. Поэтому в качестве материала для подшипников применяют фторопласт наполненный различными порошкообразными наполнителями (кокс, дисульфид молибдена, стекловолокно, углеродистое волокно).

Из всех известных пластических масс фторопласт-4 является наиболее химически стойким материалом. Наиболее агрессивные химические вещества — крепкие и разбавленные кислоты, концентрированные растворы щелочей, самые сильные окислители — не оказывают на фторопласт-4 никакого действия даже при высоких температурах.

На фторопласт-4 действуют только расплавленные щелочные металлы (или их растворы в аммиаке), трехфтористый хлор и элементарный фтор, причем действие этих веществ резко проявляется лишь при высокой температуре. Однако фторопласт-4 применяют в качестве уплотнительного материала в аппаратуре, работающей с фтором, так как из всех известных уплотнительных материалов он оказался все же наиболее стойким по отношению к фтору.

Фторопласт-4 не смачивается водой и не набухает в ней. Не известен ни один растворитель, в том числе и среди фторированных органических веществ, в котором фторопласт-4 хотя бы набухал.

Марки фторапласта-4, область применения

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.

Фторопласт: полезные особенности и качества

Применение изделий из Фторопластов всегда эффективно, так как их использование повышает надежность, увеличивает срок службы конструкций и механизмов, облегчает ремонт и эксплуатацию.

Фторопласт-4 используется 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).

Фторопласт-4 и композиции на его основе широко применяется в машиностроении (в узлах трения машин и механизмов) в качестве подшипников и опор скольжения, а также подвижных уплотнителей (поршневых колец и манжет). Т. к. у Фторопласта самый низкий, среди конструкционных материалов, коэффициент трения. Причём, динамический коэффициентов трения равен статическому. Использование Фторопластов в узлах трения повышает надежность и долговечность механизмов, обеспечивает стабильную эксплуатацию в условиях агрессивных сред, вакуума и при сверхнизких температурах.

Фторопласт-4 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.

Фторопласт-4 широко используется в медицинской и фармацевтической промышленности , 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»)

Фторопласт-4 используется в пищевой промышленности 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 смачивается водой и эта его особенность также важна для применения в пищевой промышленности.

Отдел продаж: (3952)48-24-53, 48-24-54, 72-71-49

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:

  1. Марки и технические характеристики фторопласта
  2. Преимущества материала
  3. Сфера применения

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.

Технические характеристики фторопластов        
Название материала Плотность, кг/м3 Температура использования, Cº Удельное сопротивление, Ом*м Растяжение, МПа
Фторопласт-2 1 780 – 45/+150 1 010 – 1 013 44 – 55
Фторопласт-3 2 090 – 2 160 – 195/+190 1 015 – 1 017 35 – 43
Фторопласт-4 2 150 – 2 240 – 260/+160 1 017 – 1 018 16 – 35
Фторопласт-40 1 700 – 200/+200 1 016 27 – 50

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.

Наряду с машиностроением и электроэнергетикой химическая промышленность играет огромную роль в хозяйстве страны. В России доля химической отрасли в общем объеме выпуска продукции составляет 9—10%, но в мировом объеме производства химической продукции Россия занимает только 11 место с долей 2,1%. При этом объем импорта химического сырья и товаров составляет около 17%, а объем экспорта ниже более чем в 2 раза — всего 7,4%.

Одним из основных секторов химической промышленности является производство полимеров, в значительной мере являющееся импортозависимым. Например, при годовом объеме производства полиэтилена около 1,8 млн тонн и полипропилена около 1,3 млн тонн объем импорта сырья по различным их видам составляет от 20 до 80%.

Несравнимый по объемам выпуска сектор производства фторсодержащих полимеров — всего 7—8 тыс. тонн в год — выгодно отличается экспортоориентированностью — до 73% сырья и готовой продукции. Причиной такого прорыва отечественных производителей фторопластов на мировом рынке является востребованность и растущая потребность рынка в этих материалах, а условием — лидирующие позиции российской науки и производства в секторе фторполимеров.

История открытия и развития

Одним из самых удивительных свойств фторопласта является его химическая инертность. По химической стойкости материал превосходит все благородные металлы и существующие синтетические материалы. Удивительным является то, что имя ему дал фтор — самый активный неметалл.

Открытие полимеров на основе фтора в 2019 году относится к категории случайных — при закачке газообразного тетрафторэтилена произошел неожидаемый процесс полимеризации газа с образованием порошкообразного белого материала со специфическим набором химических и физических свойств. В ближайшие годы производство материала, запатентованного под маркой «тефлон», было освоено в США в промышленном масштабе.

Параллельно в научных лабораториях велась активная работа по изучению и получению химических соединений с использованием и других фторсодержащих органических соединений, относящихся к группе фторолефинов. В результате промышленность получила в свое распоряжение целую группу новых материалов, объединенных под общим названием фторопласты или фторлоны.

В СССР этот материал попал в годы Второй мировой войны в составе военной техники, поставляемой союзниками по ленд-Лизу. Период научного и промышленного освоения составил около 10 лет с 2019 по 2019 год.

Историю развития фторопластов нельзя считать законченной и сегодня. Все десятилетия ряд фторопластов и фторкаучуков дополнялся и продолжает пополняться за счет модификации различными добавками, присадками и совершенствования технологии производства.

Производство и основные виды фторполимеров

Технология производства фторсодержащих полимеров состоит из нескольких этапов. На первом из хлорсодержащих органических соединений получают исходный фторсодержащий мономер. Порошкообразный или гранулированный материал получают из газообразного сырья в химических реакторах путем полимеризации или сополимеризации под давлением в присутствии эмульгаторов и инициаторов. Товарный фторопласт в виде готовых деталей или заготовок изготавливают методом холодного прессования с окончательным запеканием.

В настоящее время отсутствует единая международная система обозначения фторсодержащих полимеров, российскому обозначению класса — фторопласты — соответствуют «тефлон» (США), «гостафлон» (Германия), «сорефлон» (Франция), «алгофон» (Италия) и так далее. Общепринятым среди производителей является дополнительное к торговой марке указание, какой фтормономера использовался в качестве исходного сырья.

Отечественные марки фторопластов выпускаются как по государственным стандартам, так и по техническим условиям предприятий-изготовителей. Обозначение типа начинается с буквы Ф, дополнительные буквы указывают на назначение или технологию производства полимера. Первая цифра указывает число атомов фтора в исходном для синтеза соединении, комбинация цифр указывает на сополимер.

Для производства фторопластов в основном используют три исходных фторсодержащих соединения, соответственно весь многочисленный ряд полимеров представляет собой модификации или сополимеры трех основных типов:

  1. политетрафторэтилен Ф-4 (аббревиатура ПТФЭ или PTFE);
  2. политрифторхлорэтилен Ф-3 (PCTFE или ПТХФЭ);
  3. поливинилиденфторид Ф-2 (PVDF или ПВДФ).

По сравнению с металлами и многими пластиками фторопласты обладают меньшей механической прочностью и мягкостью, поэтому не предназначены для работы под нагрузкой. Их использование определяют другие качественные характеристики — низкий коэффициент трения, низкая электропроводность и адгезия, химическая инертность.

Универсальный композит Ф4

Благодаря совокупности технических характеристик фторопласт 4 получил наибольшее применение в промышленности и бытовом использовании.

Плотность фторопласта Ф 4 составляет 2,12—2,2 г/см. куб. Он обладает одним из самых низких коэффициентов трения — 0,04 по стали, однако он увеличивается при значительном сроке службы и с повышением температуры из-за низкой теплопроводности. В качестве самостоятельных опорных или подшипниковых узлов фторопласт не используется, его антифрикционные свойства находят применение в композитных металлофторопластовых материалах, из которых изготавливают антифрикционные вкладыши, втулки, ленты, или в смазочных материалах с добавлением мелкодисперсного фторопласта.

Ограничивают область применения фторопласта и его свойства термостойкости. Ф4 обладает наиболее широким диапазоном допустимой для фторопластов температуры эксплуатации — от -270°С до +260°С и максимальной температурой плавления +327°С.

Достоинством фторопласта являются его высокие диэлектрические свойства — удельное электрическое сопротивление, электрическая прочность и диэлектрическая проницаемость. В электротехнике и электронике из Ф4 изготавливают изоляцию проводов, подложки печатных плат, диэлектрические прокладки и изоляторы.

Наиболее широкую область применения обеспечивают фторопласту 4 характеристики химической стойкости и инертности. Он выдерживает действие любой агрессивной среды, кроме расплавов щелочных металлов, трехфтористого хлора и элементарного фтора

Для работы с химически агрессивными веществами используют изготовленные из фторопласта или футерованные трубопроводы, сосуды и резервуары любого объема, насосы и клапаны с рабочими деталями и узлами из фторопласта.

Благодаря совокупности свойств химстойкости, текучести и гидрофобности фторопласт применяют в качестве уплотнительного материала — прокладок, сальниковых, манжетных и сильфонных уплотнений. Для бытовых нужд многие вместо традиционной льняной пакли давно используют ленту ФУМ.

Хорошо знакомы с фторопластом и домохозяйки, зачастую и не догадываясь о его существовании. Для них более привычным материалом является тефлон в качестве антипригарного покрытия кастрюль, сковородок, утюгов, конфорок и рабочих столов кухонных плит. Использование тефлона в пищевой промышленности ограничено максимальной температурой 315 °C, поэтому ни в коем случае нельзя допускать перегрева посуды или приборов с тефлоновым покрытием. Кроме того, эти покрытия очень чувствительны к механическим воздействиям и требуют соблюдения предписанных производителем правил ухода и чистки.

Модификации Ф4

Наряду с Ф4 широко используются и его многочисленные модификации. В качестве примера можно взять некоторые из них:

  • Содержащий 20% кокса коксофторопласт Ф4К20 при меньшей плотности обладает большей твердостью, износостойкостью и механической прочностью на сжатие, что позволяет изготавливать из него поршневые кольца для компрессоров.
  • Коксофторопласт Ф4К15М5 с 5% добавкой дисульфида молибдена и повышенной износостойкостью пригоден для работы в узлах и опорах подшипников скольжения.
  • До 15% стекловолокна содержат модификации стеклофторопластов Ф4С15 и Ф4С15М5. Благодаря эластичности и износостойкости материалы используются в качестве уплотнений, а композиция Ф4С15М5 с добавкой 5% дисульфида молибдена и во влажной среде.
  • Самосмазывающаяся антифрикционная композиция Ф4КС2 с легирующей добавкой кобальта синего пригодна для работы в парах трения с бронзой, резиной и многими сплавами и в агрессивных средах.

Фторопласт обладает уникальными физико-химическими свойствами, позволяющими использовать его во множестве отраслей промышленности, а также в медицине и бытовом хозяйстве.