другие виды ПОМ-С, ПОМ-Г

ПТФЭ TFM

ПТФЭ TFM является так называемым тефлоном второй генерации, получаемым путем модификации небольшой добавкой ППВЭ, влияющей на процесс образования кристаллической фазы полимера. Значительно более короткие по сравнению со стандартным ПТФЭ цепи молекул и модифицированная кристаллическая структура позволили совместить определенные термопластические свойства этой модификации с общими хорошими механическими свойствами основной формы ПТФЭ. Модификация ППВЭ ведет к образованию кристаллитов меньшего размера, распределенных более равномерно и густо, что влияет на более однородную структуру полимера, проявляющуюся, в частности, более высокой прозрачностью ПТФЭ TFM по сравнению с основной формой. Это позволяет улучшить такие свойства термпопластов, как проводимость, текучесть и уменьшенная пористость пластмассы.

ПТФЭ TFM отличается кроме того:

• лучшими механическими свойствами, как например: удлинение при растяжении/разрыве, жесткость - особенно при высоких температурах
• значительно меньшей деформацией при нагрузке и большей способностью возврата к первоначальной форме после прекращения действия нагрузки
• меньшей ползучестью, прежде всего, в диапазоне более высоких температур и/или нагрузок
• более высокой прозрачностью и очень гладкой поверхностью
• возможностью сварки

Область применения ПТФЭ TFM
ПТФЭ TFM применяется в конструкции элементов машин и оборудования, требующих большой живучести элементов, например, в элементах работающих с небольшими перерывами или сервисных элементов в больших диапазонах времени. Применяется в устройствах, относительно которых ожидается высокая надежность действия и доступность, а также для элементов, требующих выполнения сварных соединений.

ПТФЭ+ GF

ПТФЭ + GF- является модификацией, содержащей добавку 15 или 25% стекловолокна

ПТФЭ + GF отличающейся

• высшей стойкостью к сжиманию (меньшая податливостью к ползучести)
• большей размерной стабильностью
• высшей стойкостью к абразивному износу (добавка GF вызывает однако более быстрый износ элемента, взаимодействующего в паре).
• лучшей теплопроводностью
• условной химической стойкостью в контакте с алканалами, кислотами и органическими растворителями
• хорошими диэлектрическими свойствами

Область применения ПТФЭ + GF
Модификация применяется при производстве арматуры для выполнения конусообразных клапанов, опорной поверхности клапана, в электротехнике из него изготавливают электрические изоляторы, в скользящих парах используется в качестве элемента подшипников.

ПТФЭ + C

ПТФЭ + C - является модификацией, содержащей добавку 25% углерода.

ПТФЭ + C отличается

• очень высокой твердостью и стойкостью к сжимающим нагрузкам
• хорошими скользящими свойствами и стойкостью к трущему износу, также в случае сухого трения
• хорошей теплопроводностью
• низкой стойкостью к электрическому пробою и низким поверхностным активным сопротивлением
• меньшей химической стойкостью в контактах с рабочими телами с окисляющими свойствами

ПТФЭ + CF

ПТФЭ + CF- является модификацией, содержащей добавку 25 % углерода.

ПТФЭ + CF отличается

• очень небольшой ползучестью
• хорошей стойкостью к абразивному износу, также в водной среде
• значительно уменьшенным электрическим активным сопротивлением
• очень хорошей химической стойкостью
• высшей теплопроводностью и меньшими термическим удлинением (также по сравнению с модификацией со стекловолокном)

Область применения ПТФЭ + CF
Модификация применяется при производстве элементов машин, от которых требуется отвод электростатического заряда. В конструкции химических устройств из него изготавливают подшипники скольжения, корпуса и сиденья клапанов. Другие области применения включают: плотные направляющие поршней, работающих без смазки, различные уплотнители, скользящие и уплотнительные кольца, подвергаемые абразивному износу при сухой работе. Модификация применяется, прежде всего, для производства подшипников скольжения и других элементов, работающих с трением.

ПТФЭ + графит

ПТФЭ + графит - является модификацией, содержащей добавку 15% графита.

ПТФЭ + графит отличается

• хорошими скользящими свойствами и низким коэффициентом трения (меньше, чем в случае ПТФЭ +С)
• лучшей теплопроводностью и электропроводностью
• меньшей химической стойкостью в контакте с окислителями
• относительно большим абразивным износом при работе в паре с элементами, изготовленными из металла

Область применения ПТФЭ + графит
Модификация применяется, прежде всего, для производства пленок скольжения, позволяющих отводить электростатические заряды.

ПТФЭ + бронза

ПТФЭ + бронза - является модификацией, содержащей добавку 60% бронзы.

ПТФЭ + бронза отличается

• хорошими свойствами скольжения и высокой стойкостью к абразивному износу - практически самый малый износ среди всех модификаций ПТФЭ
• небольшой ползучестью
• хорошей теплопроводностью, позволяющей понизить температуру взаимодействующих элементов и посредством этого увеличить их живучесть
• ограниченной химической стойкостью в контактах с кислотами и водой

Область применения PTFE + бронза :
Модификация применяется при конструкции машин для изготовления подшипников и направляющих скольжения, подвергаемых большим механическим нагрузкам и направляющих колец в гидравлических цилиндрах.

Подробную информацию по нестандартной модификации предоставляют специалисты Plastics Group.

ХРАНЕНИЕ
Лучше всего в ящиках или на паллетах, обращая внимание на плоскость складской поверхности - неровные поверхности могут вызвать необратимую деформацию (выгибание) складируемых полупродуктов.
Храня (например, плиты) в штабелях, следует обратить внимание на поддверженность ПТФЭ к текучести - следует избегать хранения большого количества плит в одном штабеле (большой вес) и других возможных угроз, которые могут вызвать деформацию полупродуктов.

15..27 Н/мм² Термические свойства Т. разл. 415 °C Уд. теплоёмк. 1040 Дж/(кг·К) Теплопроводность 0,25 Вт/(м·K) Коэфф. тепл. расширения (8..25)∙10 -5 Классификация Рег. номер CAS 9002-84-0 Рег. номер EINECS 618-337-2 ChEBI Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа) , если не указано иного.

Политетрафторэтиле́н , тефло́н или фторопла́ст -4 (-C 2 F 4 -) n - полимер тетрафторэтилена (ПТФЭ), пластмасса , обладающая редкими физическими и химическими свойствами и широко применяемая в технике и в быту .

Слово «Тефлон» является зарегистрированным товарным знаком корпорации DuPont . Непатентованное название вещества - «политетрафторэтилен» или «фторополимер». В СССР и России традиционное техническое название этого материала - фторопласт .

Политетрафторэтилен был открыт в апреле 1938 года 27-летним учёным-химиком Роем Планкеттом из компании Kinetic Chemicals, который случайно обнаружил, что закачанный им в баллоны под давлением газообразный тетрафторэтилен спонтанно полимеризовался в белый парафиноподобный порошок . В 1941 году компании Kinetic Chemicals был выдан патент на тефлон, а в 1949 году она стала подразделением американской компании DuPont .

Свойства

Физические

Тефлон - белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен . Плотность по ГОСТ 10007-80 от 2,18 до 2,21 г/см 3 . Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остаётся гибким и эластичным при температурах от -70 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 .

Фторопласт - мягкий и текучий материал, имеет ограниченное применение в нагруженных конструкциях. Обладает очень низкой адгезией (липучестью).

DuPont указывает температуру начала плавления согласно стандарту ASTM D3418 для разных типов тефлона от 260 °С до 327 °С.

Химические

По своей химической стойкости превосходит все известные синтетические материалы и благородные металлы . Не разрушается под влиянием щелочей , кислот и даже смеси азотной и соляной кислот . Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора .

Производство

Производство политетрафторэтилена включает в себя три стадии: на первой стадии получают хлордифторметан заменой атомов хлора на фтор в присутствии соединений сурьмы (реакция Свартса) между трихлорметаном (хлороформом) и безводным фтористым водородом ; на второй стадии получают тетрафторэтилен пиролизом хлордифторметана; на третьей стадии осуществляют полимеризацию тетрафторэтилена.

Изделия из ф-4 производятся способом холодного прессования с последующим запеканием при температуре 365±5 °C. Процесс прессования идет из водной эмульсии ПТФЭ в присутствии ПАВ (например, перфтороктановой или перфтороктансульфоновой кислот), которое стабилизирует эмульсию и делает возможным производство воднодисперсного политетрафторэтилена.

Основной производитель фторопласта в России Кирово-Чепецкий химкомбинат имени Константинова, г. Кирово-Чепецк Кировской области.

Применение

Промышленность и техника

Благодаря химической инертности, гидрофобности и текучести материал получил широкое распространение для уплотнения резьбовых и фланцевых соединений (лента ФУМ).

Смазка

Фторопласт (тефлон) - великолепный антифрикционный материал с коэффициентом трения скольжения, наименьшим из известных доступных конструкционных материалов (даже меньше, чем у тающего льда). Из-за мягкости и текучести цельные подшипники скольжения из фторопласта используют редко. В высоконагруженных узлах применяют металлофторопластовые подшипники-вкладыши и металлофторопластовые опорные ленты. Такой элемент скольжения выдерживает десятки килограммов на квадратный миллиметр и состоит из металлической основы, на которую нанесено фторопластовое покрытие.

Электроника

Тефлон широко используется в высокочастотной технике, так как, в отличие от близких по свойствам полиэтилена или полипропилена , имеет очень слабо меняющийся с температурой коэффициент диэлектрической проницаемости, высокое напряжение пробоя , а также крайне низкие диэлектрические потери . Эти свойства, наряду с теплостойкостью, обусловливают его широкое применение в качестве изоляции проводов, особенно высоковольтных, всевозможных электротехнических деталей, при изготовлении высококачественных конденсаторов, печатных плат .

В электронной технике специального назначения широко используется проводка с изоляцией из фторопласта, стойкая к агрессивным средам и высокой температуре - провода марки МГТФ , МС и ряд других. Провод в тефлоновой изоляции невозможно проплавить паяльником . Недостатком фторопласта является высокая холодная текучесть : если держать провод во фторопластовой изоляции под механической нагрузкой (например, поставить на него ножку мебели), провод через некоторое время может оголиться.

Медицина

Благодаря биологической совместимости с организмом человека политетрафторэтилен с успехом применяется для изготовления имплантатов для сердечнососудистой и общей хирургии, стоматологии, офтальмологии . Тефлон считается наиболее пригодным материалом для производства искусственных кровеносных сосудов и сердечных стимуляторов . В 2011 году впервые применён для пластики поврежденных носовой перегородки и стенок околоносовых пазух вместо титановых сеток. Через 12–15 месяцев имплантат полностью растворяется и замещается собственной тканью пациента.

Тефлон также используется в производстве других бытовых приборов. Тефлоновое покрытие в виде тончайшей плёнки наносят на лезвия бритв, что значительно продлевает 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. Избегать перегрева и жарки на большом огне.

Одежда

В производстве современной высокотехнологичной одежды применяются мембранные материалы на основе экспандированного политетрафторэтилена.

Путём физической деформации тефлона получается тонкая пористая плёнка, которая наносится на ткани и используется при пошиве одежды. Мембранные материалы, в зависимости от особенностей изготовления, могут обладать как ветрозащитными, так и водоизоляционными свойствами, при этом нормированный размер пор мембраны из политетрафторэтилена позволяет материалу эффективно пропускать испарения тела человека.

Существует мембранный материал из политетрафторэтилена на тканевой основе, который пропускает воздух, но не пропускает ветер.

• Гор-Тэкс - водонепроницаемая дышащая мембрана.

Другие изделия

Изделия, в производстве которых используется тефлон:

обогревательные лампы; переносные обогревательные приборы; пластины утюгов; покрытия гладильных досок; конфорки плит; противни; электрогрили; приборы для изготовления попкорна ; кофейники; скалки (с противоналипающим покрытием); машины для выпечки хлеба; поддоны под вертел или решетку; формочки для мороженого; унитазы c тефлоновым покрытием;

кипятильники; штопоры; поверхности кухонных плит; кухонная утварь; кастрюли и сковороды для жарки; воки (китайские кастрюли для жарки овощей и мяса); формы для выпекания; пресс для горячих бутербродов; вафельницы; оптические криостаты ; бритвенные лезвия; внутренние покрытия стволов танков; [ ] электроракетные двигатели [ ] . лакокрасочные материалы [ ] уплотнения шарнирно-сочленённых механизмов (шарниров)

Опасность политетрафторэтилена

Возможное негативное влияние политетрафторэтилена на здоровье человека уже много лет является предметом неоднозначных мнений. Сам по себе полимер очень устойчив и инертен в обычных условиях. Политетрафторэтилен не вступает в реакцию с пищей, водой и бытовыми химическими средствами.

При попадании в организм политетрафторэтилен безвреден . Всемирная организация здравоохранения обратилась в Международную организацию борьбы с раком с просьбой провести опыт на крысах. Опыт показал, что при употреблении с пищей до 25 % политетрафторэтилена он не оказывает никакого воздействия. Данное исследование было проведено в 1960-х годах и повторно в 1980-х годах на распространённой популяции крыс, которые каждый день потребляли ПТФЭ в количестве, соответствующем 25 % общего приёма пищи .

Исследования французских экспертов, опубликовавших в журнале «60 Millions de Consomateurs» результаты лабораторного исследования 13 образцов сковородок, подтверждают безопасность противопригарного покрытия. Французский журнал сообщает, что в результате испытаний была доказана полная безопасность сковород. Все образцы успешно прошли испытание после тысячекратного натирания поверхностей абразивным материалом в течение двух циклов .

Фторопласт потенциально биологически опасен в двух случаях: при производстве и перегреве готового полимера. Производство полимера использует токсичные и канцерогенные вещества, которые могут попадать в окружающую среду как при утечках, так и в виде производственного загрязнения готового продукта. Продукты термического разложения фторопласта ядовиты .

Производственные загрязнения

Основным источником биологических рисков при производстве фторполимеров считается перфтороктановая кислота (ПФОК, PFOA). Это соединение применялось в США с 50-х годов XX века. Первые сведения о влиянии на здоровье были получены на заводах 3M и DuPont в 60-х годах. В 80-х годах к изучению биологических эффектов подключились научные группы. В конце 1990-х на проблему обратили внимание надзорные органы США, результатом чего стало признание опасности вещества и нормирование предельных концентраций. Технологические процессы на территории США были изменены с целью полного отказа от PFOA. Были запущены широкомасштабные кампании по контролю концентраций PFOA и уточнению его влияния на здоровье человека.

DuPont получил судебные претензии на сотни миллионов долларов от работников компании и окрестных жителей в связи с вредом здоровью и замалчиванием опасности производства. В 2006 году фирма DuPont, к тому моменту единственный производитель PFOA в США, согласилась удалить остатки реагента со своих предприятий до 2015 года . По официальной информации компании, с января 2012 года DuPont не использует PFOA в производстве посуды и форм для выпечки .

Известно, что перфтороктановая кислота распадается при температуре 190 ºС, тогда как технологический процесс спекания основы сковороды с антипригарным покрытием происходит при температуре 420 ºС . Таким образом предполагается, что, согласно технологическому процессу, наличие PFOA в готовой сковороде маловероятно . Тем не менее исследование, проведённое в 2005 году, выявило содержание PFOA в PTFE-покрытии новой посуды от 4 до 75 мкг/кг (при содержании в пищевой плёнке около 1800 мкг/кг и в материале упаковок для попкорна до 290 мкг/кг) .

Независимые европейские исследования показали, что антипригарные покрытия не содержат PFOA в количествах, превышающих допустимые безопасные пределы. Китайская академия контроля качества, инспекции и карантина (GAQSIQ), датский технологический институт подтверждают, что воздействие PFOA, используемой при производстве посуды, не обнаружено. .

В России нет нормативных документов, ограничивающих производственные загрязнения фторопластов, что может негативно сказываться на качестве продукции с содержанием фторопластов.

Термическое разложение политетрафторэтилена

Скорость пиролиза тефлона зависит от степени полимеризации. Признаки разложения обнаруживаются при температуре 200 °C. Процесс протекает относительно медленно до 420 °C. При температурах от 500 °C до 550 °C потеря веса достигает 5-10 % в час в инертных средах, резко ускоряясь в присутствии кислорода воздуха. При температурах от 300 до 360 °C продукты разложения преимущественно гексафторэтан и октафторциклобутан . Свыше 380 °С появляется перфторизобутилен и другие продукты пиролиза.

Среди продуктов теплового разложения политетрафторэтилена самым опасным считается перфторизобутилен - крайне ядовитый газ, который примерно в 10 раз ядовитее фосгена .

Продукты термического разложения вызывают картину отравления, напоминающую литейную лихорадку . Вероятно, ядовит и обладает пирогенным эффектом также аэрозоль политетрафторэтилена, особенно свежеполученный, на котором сорбированы продукты деструкции. При вдыхании пыли холодного политетрафторэтилена через 2-5 ч у всех рабочих наблюдались симптомы, получившие название «тефлоновой лихорадки». Типичную тефлоновую лихорадку наблюдали при работе с политетрафторэтиленом, нагретом > 350 °C. При обследовании 130 человек и наличии в воздухе аэрозоля политетрафторэтилена в концентрации 0,2-5,5 мг/м3 выявлено, что у большинства работавших повторялись приступы лихорадки. У этих же лиц в моче обнаружен фтор (0,098-2,19 мг/л). Выделение фтора оказалось существенно выше при бóльшем стаже и повторных приступах.

Поскольку массовое выделение ядовитых веществ тефлоном начинается при температурах свыше 450 °C, то посуда с противопригарными покрытиями считается безопасной, так как при нормальной эксплуатации таких температур достичь невозможно. Следует учитывать, что производители считают нормой только нагрев с водой или маслом в сковороде. Вода препятствует перегреву тефлона. Пищевые масла разлагаются при температурах до 200 °C с выделением дыма, что облегчает идентификацию перегрева. Нагрев на плите сухой посуды считается нештатным и в этом случае температуры пиролиза тефлона легко достижимы. Для упрощения эксплуатации посуда может снабжаться встроенными визуальными индикаторами температуры.

Пайка проводов с фторопластовой изоляцией требует обязательного наличия вытяжной вентиляции.

Опасность продуктов разложения тефлона для птиц

Особое строение дыхательной системы птиц делает их сверхчувствительными к токсичным веществам, содержащимся в окружающей среде. Установлено, что даже минимальное количество перфтороктановой кислоты, попадая с вдыхаемым воздухом в организм птицы, поражает её дыхательную систему, приводя к смерти через некоторое время (от нескольких минут до десятков часов) . Мелкие птицы более чувствительны к токсичным веществам, им достаточно нескольких секунд вдыхания испарений тефлона, в течение последующих 24 часов наступает смерть.

Вначале, когда новость о смертоносном вреде тефлона для птиц только появилась, было принято считать, что смертельные пары выделяются лишь при очень высоких температурах. К настоящему времени достоверно зафиксирован случай смерти 52 % птиц, в течение 3 суток дышавших испарениями тефлоновых поверхностей осветительных ламп, нагретых до 202 °C . По другим сведениям, достаточно всего лишь около 163 °C (325 °F) или даже 140-149 °C (285-300 °F) , но эти данные требуют дополнительной проверки.

Существует очень много сведений о гибели домашних птиц (например, попугаев) от испарений тефлоновых сковородок, оставленных без присмотра и перегретых выше безопасной температуры.

См.также

Примечания

1. Скользкий тип: Тефлон - журнал «Популярная механика»
2. Roy J. Plunkett - Chemical Heritage Foundation
3. Accidental Invention of Teflon
4. What lab accident created Teflon
5. Fluoropolymer Comparison - Typical Properties
6. Уткин В. В. Завод у двуречья. Кирово-Чепецкий химический комбинат . - с цв. вкладками. - Киров: ОАО "Дом печати - Вятка", 2006. - Т. 3. - 240 с. - 1000 экз. - ISBN 5-85271-250-7 .
7. Уткин В. В. 1 // Завод у двуречья. Кирово-Чепецкий химический комбинат имени Б.П.Константинова . - с цв. вкладками. - Киров: ОАО "Дом печати - Вятка", 2007. - Т. 4. - 144 с. - 1000 экз. -

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.

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)