Свойства и характеристики фторопласта

Фторопласт – это не одно вещество, а общее наименование пластмасс, которые получают полимеризацией мономера тетрафторэтилена. Последний является соединением таких элементов, как углерод и фтор. Наиболее распространённую марку фторопласта Ф-4 (химическая формула – C₂F₄) нередко обозначают аббревиатурой ПТФЭ (PTFE), которая расшифровывается как ПолиТетраФторЭтилен.

А ещё в нашей стране указанный полимер именуют «фторопласт-4». Есть у него и другие названия. Так, британцы его именуют флюоном, итальянцы – алгофоном, американцы – тефлоном или галоном, французы – гафлоном либо сорефлоном, немцы – гостафлоном. 

История появления

Открытие тефлона приписывают американцу Рою Планкетту, который, будучи штатным химиком корпорации «Kinetic Chemicals», изобрёл его в 1938 году, обнаружив, что находящийся в баллонах под высоким давлением газообразный тетрафторэтилен превратился в белое порошкообразное вещество с уникальными свойствами. Патент на новый полимер был получен в 1941 году.

Любопытна история появления фторопласта-4 в нашей стране. По официальной версии, в СССР указанный полимер появился во время Великой Отечественной войны, будучи обнаруженным в виде белого фторопластового кольца советскими техниками в башенном механизме американского танка, попавшего на поля сражений в рамках государственной программы США «Ленд-лиз». В 1949 году советские инженеры наладили промышленное производство фторопласта-4.

Марки, виды, обозначения, маркировки

Промышленность выпускает большое число разновидностей фторопласта. Однако к числу основных относятся 3 его марки. В таблице №1 вы найдёте их описание.

Таблица №1. Основные марки фторопласта

Отметим существование разновидностей фторопласта-4: Ф-4ПН, Ф-40, Ф-4Д, Ф-4А, Ф-4HTD, Ф-40П, Ф-40Ш. Два последних полимера – разновидности Ф-40 со схожими свойствами. Кроме того, существует немало модифицированных вариантов тефлона, например, Ф4К15М5, Ф4М5 и другие полимеры.

Маркировка фторопластов достаточно информативна при условии, что вы умеете её расшифровывать. А потому самое время поговорить о том, что обозначают присутствующие в ней буквы (литеры):

• М – данная буква указывает на то, что вы имеете дело с модифицированным полимером;
• ПН – указанное сочетание букв свидетельствует, что обозначенный ими пластик отличается высокой прочностью, стойкостью к механическим повреждениям, низкой горючестью и выраженным диэлектрическим свойством;
• О – данной буквой маркируются изделия общего назначения;
• Д – присутствие в маркировке этой литеры обозначает, что заготовка/изделие были произведены способом экструзии, речь может идти об антикоррозионных покрытиях, плёнках;
• А – данной буквой маркируют сыпучие пластики (в форме стружки/порошка), которые предназначены для производства изделий прессованием, экструзией;
• С – указанную литеру вы найдёте в маркировке специальных изделий повышенной надёжности.

Сочетание латинских букв HTD присутствует в маркировке мелкодисперсного пластика, используемого как загуститель, сухая смазка. Умение расшифровывать маркировку облегчит задачу определения, какой именно материал перед вами. 

Характеристики и свойства

Начиная обсуждение свойств чистого фторопласта, прежде всего отметим, что речь идёт о белом непрозрачном гладком и скользком на ощупь пластике, который характеризуется:

• столь высокой химической инертностью, что ему не страшно кипячение в смеси азотной и соляной кислот, называемой «царской водкой»;
• гидрофобностью – способностью отталкивать воду;
• неподверженностью действию водяного пара;
• термостойкостью – его структура не разрушается при эксплуатации в широком температурном диапазоне: от -253^оС до +253^оС;
• выраженными диэлектрическими и антифрикционными свойствами;
• биологической устойчивостью – пластик не подвержен повреждениям микроорганизмами, грызунами;
• сложностью химического разрушения, которое возможно только при воздействии расплавами щелочных металлов, трёхфтористым хлором, элементарным фтором при высоких температурах;
• хорошей подверженностью механическим способам обработки.

Таблица №2. Физико-химические свойства фторопласта

Как уже отмечалось, свойства фторопластов разных марок отличаются. Ознакомившись с расположенной ниже таблицей, вы сможете убедиться в этом сами.

Таблица №3. Технико-эксплуатационные характеристики основных марок фторопласта

Формы, заготовки и изделия

Фторопласты выпускаются в виде заготовок и готовых изделий.

Фторопластовые заготовки

Первые, по сути, являются полуфабрикатами, предназначенными для дальнейшей переработки с использованием различных технологий. Изготовление фторопластовых заготовок должно осуществляться согласно требованиям ТУ 6-05-810-88 с учётом технического регламента, утверждённого производителем. А их размерные характеристики должны соответствовать требованиям номенклатурного перечня производителя либо спецификации, согласованной последним с заказчиком.

ОСТ 6-05-322-74 регламентирует максимальные отклонения размерных характеристик заготовок из фторопласта от номинальных. Требования указанного нормативно-технического документа не распространяются на стержни и листы, которые производятся методом горизонтального прессования.

Отметим существование нескольких форм выпуска заготовок из указанного полимера.

1. Листы и пластины. Речь идёт о заготовках квадратной либо прямоугольной форм размером 100 х 100 или 1 000 х 1 000 миллиметров, толщина которых варьируется в диапазоне от 1 до 60 мм. Листовой фторопласт используется для производства уплотнителей и различных деталей (манжет, прокладок, фильтров и других), которые нашли применение в строительстве, сельском хозяйстве, химической промышленности и других областях хозяйствования.
2. Плёнка (ленты). Их производят, согласно требованиям ГОСТ 24222-80, холодным способом, срезая стружку в виде широких лент (шириной до 3 000 мм) с прессованных фторопластовых заготовок с последующей прокаткой, обеспечивающей уменьшение толщины (этот показатель может варьироваться от 10 до 100 мкм) получаемого материала. Далее плёнку (ленту) сворачивают в рулоны, калибруют и вальцуют. Данная разновидность фторопластовых заготовок идёт на изготовление различных изделий, к числу которых, например, относятся вкладыши, кабельная продукция, мембраны, фильтры.
3. Стержни, диски. Для их изготовления применяют технологии горизонтального и вертикального прессования, экструзии, получая, в зависимости от способа производства, заготовки разных размеров и плотности. В свою очередь, стержни, которые могут иметь круглую, квадратную, прямоугольную форму сечения, используют в производстве уплотнителей, деталей, обладающих выраженными электроизоляционным и антифрикционным свойствами, востребованных, в частности, медициной, предприятиями пищевой промышленности.
4. Стружка, порошок. Очищенную фторопластовую стружку, имеющую белый цвет, используют как сырьё в производстве различных изделий по технологиям прессования (автоматического, компрессионного, изостатического), поршневой экструзии. В подавляющем большинстве случаев перед началом производства тех или иных деталей, фторопластовая стружка подвергается механическому измельчению в порошок (размер его частиц варьируется от 10 до 80 мкм), за которым следуют прессование и спекание. В некоторых случаях стружка подвергается тонкодисперсному измельчению, для чего применяется жидкий азот с последующим прессованием и спеканием.

Готовые изделия из фторопласта

К этой группе относятся фторопластовые готовые изделия. Их используют как комплектующие, необходимые для работы различных узлов, агрегатов, механизмов, оборудования. Так, разговор ведётся о фторопластовых:

• шариках диаметром от 18 до 80 мм, используемых как запорные элементы в насосах и клапанах;
• кубиках (их размерных характеристики варьируются от 3х3х3 до 10х10х10 мм), которые нашли широкое применение на предприятиях пищевой и фармацевтической отраслей промышленности, в частности, в качестве засыпки, которая придаёт объём гомогенным массам (продуктам, крови, химическим реагентам) при сушке;
• прокладках разного размера с круглой, квадратной и прямоугольной формами сечения;
• мембранах, которые благодаря технико-эксплуатационным характеристикам фторопласта (химической нейтральности, термостойкости, гигиеничности, безопасности), устанавливаются на оборудовании, предназначенном для пищевой, фармацевтической, химической и других отраслей промышленности;
• профилях с сечениями разной формы, используемых в качестве направляющих для различного оборудования, например, такого как станки, столы, на которых собирают пластиковые окна, двери; кроме того, тефлоновыми профилями уплотняют корпуса машин и роторов.

К этой группе также относятся изделия, которые изготовляются производителями по просьбе заказчиков по эскизам, чертежам и образцам.

Применение

Все фторопласты нашли применение в тех или иных сферах. Однако наибольшей популярностью пользуется полимер марки Ф-4, именуемый тефлоном. Изделия из него используются практически повсеместно.

1. Автомобиле- и машиностроение. Тефлону присущи многие полезные свойства, в частности, низкий коэффициент трения, что делает обсуждаемый материал весьма востребованным в производстве шин для автомобилей (он входит в состав резины), подшипников, поршневых колец, пыльников, сальников. Помимо этого, фторопластовые детали демонстрируют завидную термостойкость, химическую нейтральность – их структура не разрушается под воздействием сверхнизких, высоких температур, агрессивных веществ.
2. Лёгкая промышленность. Прежде всего, разговор ведётся о текстильной и обувной отраслях промышленности. В первой области обсуждаемый полимер применяется для создания тончайшей плёнки с водоотталкивающими, паропроницаемыми, ветрозащитными свойствами. Такой плёнкой покрывают ткани, чтобы придать последним перечисленные свойства. Модифицированным фторопластом пропитывают изделия из кожи, наделяя их гидрофобным (отталкивающим воду) свойством, что делает оправданным его применение не только в текстильной, но и в обувной отрасли.
3. Медицина. Химическая инертность, безопасность фторопласта-4 позволяет использовать в деле изготовления протезов кровеносных сосудов, сердечных клапанов, офтальмологических, стоматологических, оториноларингологических имплантатов. А также ёмкостей, в которых хранят кровь и сыворотку, упаковок для лекарственных препаратов и других изделий медицинского назначения.
4. Электроника. В указанной области фторопласт используется как диэлектрик, а также в производстве кабельной продукции, плат, реле.
5. Химическая отрасль. Химия – ещё одна сфера, в которой активно используется обсуждаемый полимер. Исключительная инертность тефлона позволяет применять его в производстве посуды для лабораторий, аппаратов колонного типа, в которых используются фторопластовые прокладки, контактирующие с агрессивными средами, в том числе, кислотами и щелочами.
6. Пищевая промышленность. Посуда с тефлоновым антипригарным покрытием, которую характеризуют повышенная теплостойкость, несмачиваемость, длительный срок эксплуатации, пользуется стабильно высоким спросом.
7. Строительство. В указанной области используют такие разновидности обсуждаемого материала, как листовой фторопласт и тефлоновые детали, в частности, прокладки. Первый идёт на изготовление важнейших элементов для скользящих опор, последние применяют при возведении строений в районах повышенной сейсмической опасности для обеспечения свободного перемещения элементов каркаса и фундамента во время землетрясений.

Помимо этого, изделия из фторопласта, благодаря прочности, износостойкости, высокой сопротивляемости воздействию агрессивных рабочих сред, маслостойкости, применяются в космической и атомной отраслях промышленности. Перечень областей, использующих фторопластовые детали, можно было бы продолжать ещё долго. 

Преимущества и недостатки

Востребованностью фторопласт обязан своим уникальным уникальными физико-химическим и технико-эксплуатационным свойствам, одновременно являющихся его достоинствами. Так, разговор ведётся о:

• безвредности;
• неподверженности коррозии;
• химической и биологической инертности;
• гидрофобности, проявляющейся отталкиванием воды;
• незначительной пористости;
• выраженных диэлектрических свойствах;
• низком коэффициенте трения;
• низкой адгезии, которой, в частности, объясняется, что к покрыты тефлоном поверхностям не прилипает пища, а изготовленные из него прокладки, в свою очередь, не прилипают к уплотняемым поверхностям;
• термостойкости – фторопласт одинаково хорошо держит, как низко-, так и высокотемпературный режимы эксплуатации, его структура не разрушается при температуре от -253^оС до +253^оС;
• хорошей подверженности разным способам обработки.

Однако у фторопласта есть и недостатки, которые проявляются:

• выделением при нагреве до температуры более +300^оС вредных веществ, а при нагреве до температуры, превышающей +415 градусов по шкале Цельсия, наблюдается размягчение, а затем и разложение полимера;
• сложностью склеивания без предварительной обработки с применением расплавов окислителей при высокой температуре;
• ползучестью материала при высоких нагрузках и/или механическом напряжении.

Недостатки фторопласта с лихвой перекрываются его неоспоримыми достоинствами, но это не значит, что их нужно учитывать.

Заключение

Фторопласт – прочный, износостойкий полимер, нашедший применение во сферах хозяйствования. Наиболее популярной стала его марка – Ф-4. Остальные фторопласты отличаются от тефлона такими показателями, как плотность, удельное сопротивление, разрушающее напряжение и другими. Всё это обуславливает отличие их технико-эксплуатационных характеристик, что нужно учитывать, выбирая фторопластовые изделия.