Фторопласт 4 технические хаpaктеристики

Что такое фторопласт?

• Total: 12
• 12

Основные свойства и применение в промышленности

Схожи не только техническое название полимеров «Фторопласт», но и свойства, и основные хаpaктеристики всех его видов:

• тугоплавкость;
• инертность;
• диэлектрическая проницаемость фторопласта.

В различных марках фторопластов эти хаpaктеристики количественно разнятся, что обуславливает разные возможности применения материала.

Три основных марки фторопласта:

покрытие кухонной посуды.

Изготовление деталей из фторопласта производят одним из четырех способов:

• холодная прессовка с дальнейшим запеканием изделия из фторопласта и финишной механической обработкой;
• экструзия;
• напыление;
• оплавка.

Фторопласт-2 (ПВДФ, PVDF)

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;
• пpaктически 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 хаpaктеристиками — 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 обpaбатываемой 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 инфpaкрасном 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 хаpaктеристики PTFE

Параметры вязкости фторопласта-4 исключают горячую штамповку изделий. Будущую деталь формируют холодным способом, а затем запекают.

У полимера «фторопласт-4» технические хаpaктеристики 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 колeблется 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.

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.

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.

Читать еще:  Способы получения ацетилена в промышленности

Сравнение фторопласта и капролона

Капролон, или полиамид-6, по хаpaктеристикам 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 хаpaктеристики 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.

Фторопласт: применение, свойства, производство и цена

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

Пластины и стержни из фторопласта можно приобрести оптом или в розницу.

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

Удобные сервисы трaнcпортировки позволят организовать быструю доставку фторопластов.

Закупка полимеров и пластиков у крупных поставщиков имеет ряд преимуществ:

• широкая география поставки;
• опт и розница;
• востребованные типоразмеры;
• персональный подход к клиентам.

Ознакомиться с ассортиментом.

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 хаpaктеристик.

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.

Технические хаpaктеристики фторопласта

Популярность фторопласта-4 обусловлена его техническими хаpaктеристиками. Он представляет собой вещество, которое по внешнему виду напоминает полиэтилен или парафин, и хаpaктеризуется мягкостью и текучестью. Его плотность составляет 2,18–2,21 г/см 3 (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 обpaбатывается 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.

Таблица 1. Хаpaктеристики фторопластов

ФТОРОПЛАСТ-4

Политетрафторэтилен, (-CF₂CF₂-)_n — продукт полимеризации тетрафторэтилена, полимер с уникальным сочетанием физических, электрических, антифрикционных, химических и других свойств, которое невозможно найти ни в каком другом материале, а также способностью сохранять эти свойства в широком интервале температур: от — 269 o С до +260 o С.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, PTFE) был открыт 6 апреля 1938 года Роем Планкеттом, сотрудником фирмы DuPont. Работая с фреонами, Планкетт обнаружил на стенках баллона, в котором находился газообразный тетрафторэтилен, белый порошок. Дальнейшими исследованиями было установлено, что это вещество является полимером — политетрафторэтиленом, образовавшимся в результате самопроизвольной полимеризации тетрафторэтилена.

Первое опытно-промышленное производство PTFE было запущено в США в 1943 году на фирме DuPont (продукт выпускался под торговым названием Teflon), всего через шесть лет после открытия этого фторполимера, а в Англии его начали производить на фирме ICI по лицензии фирмы DuPont в конце 1947 года.

В Советский Союз Teflon (тефлон) попал с образцами военной техники, передаваемой по ленд-лизу. Ввиду исключительности свойств этого полимера, позволяющих решать многие проблемы в военной промышленности, в 1947 году Правительство СССР поручило трем научным организациям: НИИ-42, АН СССР и НИИПП разработать синтез мономера и полимера, а также методы переработки в изделия отечественного ПТФЭ.

В марте 1949 года в ГИПХ (Государственном институте прикладной химии) были созданы первые опытные установки по синтезу мономера и фторполимера ПТФЭ, на которых проводилась отработка технологического процесса. В это же время НИИПП (в дальнейшем ОНПО «Пластполимер») работало над новым научно-техническим направлением: «Переработкой политетрафторэтилена в различные изделия». В 1956 году на Кирово-Чепецком химическом комбинате (КЧХК) было введено в эксплуатацию первое промышленное производство ПТФЭ в России под торговой маркой фторопласт-4 (Ф-4). С 1961 г. на КЧХК осваивался выпуск других фторсодержащих полимеров и сополимеров. В связи с растущей потребностью во фторполимерах в 1963 году на Уральском химическом заводе были введены дополнительные мощности по выпуску фторопластов Ф-4 и Ф-4Д

С 1950 по 1961 год на основе шести мономеров, разработанных в ГИПХ, в НИИПП было получено свыше 60 различных фторсодержащих продуктов, включая гомополимеры: фторопласт-1, фторопласт-2, фторопласт-3, фторопласт-4 и сополимеры — фторопласт-23, фторопласт-32, фторопласт-30, фторопласт-40, фторопласт-4МБ.
В 1961 году был осуществлен пуск первого производства термопластичных фторполимеров (фторопласт-42, фторопласт-40).

В 60-е – 80-е годы продолжилась разработка и освоение новых марок ПТФЭ и новых видов термопластичных фторполимеров (ТПФП) и фторэластомеров (ФЭ).

Свойства и применение фторопласта-4

Фторопласт-4 — высокомолекулярный кристаллический полимер с температурой плавления около 327°С, выше которой исчезает кристаллическая структура и он превращается в аморфный прозрачный материал, не переходящий из высокоэластического в вязкотекучее состояние даже при температуре разложения (свыше 415°С). Вязкость расплава политетрафторэтилена при 380°С составляет 10 10 -10 11 Па*с, что исключает переработку этого полимера обычными для термопластов методами. В связи с этим фторопласт-4 переpaбатывается в изделия методом предварительного формования заготовки на холоду и последующего ее спекания.

Зарубежные аналоги фторопласта-4: ALGOFLON ® PTFE F (Solvay Plastics), Teflon ® 7 (DuPont), HOSTAFLON ® TF 1702 (3M/Dyneon), POLYFLON ® M 12, 14 (Daikin Industries Inc.), Fluon ® PTFE G 163, 190 (Asahi Glass Co.,Ltd.)

Фторопласт-4 обладает:

• исключительно высокими диэлектрическими показателями, обусловленными неполярностью полимера;
• низкими значениями тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости, почти не зависящими от частоты и температуры;
• исключительно высокой стойкостью к вольтовой дуге;
• электрической прочностью (при измерении на тонких пленках толщиной 5-20 мкм электрическая прочность достигает 300 МВ/м и более);
• чрезвычайно высокой химической стойкостью, которая объясняется высоким экранирующим эффектом электроотрицательных атомов фтора;
• стойкостью ко всем минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, газам и другим агрессивным средам. Разрушение полимера наблюдается лишь при действии расплавленных щелочных металлов, их растворов в аммиаке, элементарного фтора и трехфтористого хлора при повышенных температурах;
• способностью не смачиваться водой и не подвергаться воздействию воды при длительных испытаниях;
• абсолютной стойкостью в тропических условиях, грибостостойкостью;
• высокими антифрикционными свойствами, исключительно низким коэффициентом трения (в определенных условиях и парах коэффициент трения до 0,02). Это объясняется не большой величиной межмолекулярных сил, обусловливающих незначительное притяжение других веществ). Коэффициент трения снижается с увеличением нагрузки и необратимо увеличивается в 2-3 раза при 327°С и при 16-18°С после воздействия высокой скорости.

Читать еще:  Как усилить профильную трубу от прогиба

Фторопласт-4 с его низкими прочностью и теплопроводностью редко используется в чистом виде в антифрикционных изделиях, работающих под нагрузкой (например, подшипниках); для этого создаются наполненные композиции, содержащие графитированный уголь, кокс, стекловолокно, дисульфид молибдена, или так называемые металлофторопластовые композиции, обладающие повышенной твердостью, стойкостью к износу, теплопроводностью. Альтернативой ПТФЭ, в ряде случаев, могут стать более твердые и прочные фторопласты Ф-2, Ф-2М, Ф-3 или Ф-40.

Недостатком ПТФЭ является ползучесть, увеличивающаяся с повышением температуры. Уже при удельных нагрузках 2,95-4,9 МПа появляется заметная остаточная деформация, а при давлениях 19,6-24,5 МПа и температуре 20°С материал начинает течь. Явление деформации политетрафторэтилена под нагрузкой на холоду позволяет применять его при одностороннем давлении не выше 0,295 МПа.

Оптические свойства ПТФЭ невысоки. Он прозрачен для видимого света только при толщине, измеряемой десятками микрометров. Для ультрафиолетовых лучей прозрачен в пределах длин волн 200-400 мкм, для инфpaкрасных лучей -2-75 мкм. Многие виды термопластичных фторполимеров обладают отличными оптическими хаpaктеристиками.

Фторопласт-4 малоустойчив к облучению. Его механические свойства быстро ухудшаются при действии λ — и β — излучения. Уже при дозе 5*10 4 Гр деструкция полимера настолько глубока, что он становится хрупким и ломается при изгибе. Из-за недостаточной радиационной стойкости изделия из ПТФЭ не могут длительно эксплуатироваться в условиях высокого уровня проникающей радиации. Заменой в применении Ф-4 при радиационном воздействии могут стать водород содержащие фторопласты Ф-40 или ПВДФ.

Изделия из фторопласта-4 могут пpaктически применяться в очень широком интервале температур: от –269 °С до +260 °С. Однако при изменении температуры резко изменяются механические свойства полимера (см. таблицу свойств). Поскольку закалка постепенно снимается при повышенных температурах, закаленные изделия применяются редко и в основном при низких температурах.

Благодаря высокой тепло-, морозо- и химической стойкости, антифрикционным, антиадгезионным и исключительным диэлектрическим свойствам фторопласт-4 широко применяется:

• как антикоррозионный материал в химической промышленности для изготовления аппаратов, элементов ректификационных колонн, теплообменников, насосов, труб, клапанов, облицовочной плитки, сальниковых набивок и др. Использование ПТФЭ в химических аппаратах в качестве труб, уплотнений, прокладок способствует получению продуктов высокой чистоты;
• как диэлектрик в электротехнике, электронике. Особенно успешно используется в технике высоких и ультравысоких частот. Например, ориентированная пленка применяется для изготовления высокочастотных кабелей, проводов, конденсаторов, изоляции катушек; для пазовой изоляции электрических машин,каркасов, изоляторов;
• в машиностроении в чистом и наполненном виде для изготовления деталей машин и аппаратов, подшипников, работающих без смазки в коррозионных средах, в виде уплотнений компрессоров и т.д.;
• в производстве клейких и красящих веществ для покрытий утюгов, лыж и пр.;
• в пищевой промышленности (облицовка валов для раскатки теста, покрытия форм для выпечки и т.д.);
• в медицине (протезы и трaнcплантаты из ткани и войлока на основе фторопластового волокна, ткани и протезы кровеносных сосудов из нити фторопласта-4, имлантаты и шовные материалы, емкости для приема коронарной крови, держатели для протезов минеральных клапанов и т.д.)

Фторопласт-4А и -4АТ -марки фторопласт-4, обладающие сыпучими свойствами. Применение сыпучих марок при изготовлении фасонных изделий методом изостатического прессования позволяет значительно упростить трудоемкий процесс заполнения пресс-формы и в 1,5-2 раза снизить толщину стенки готовых изделий.

Фторопласт-4Д — представляет собой тонкодисперсную модификацию политетрафторэтилена с меньшим молекулярным весом, чем фторопласт-4, по своим физико-механическим и электрическим хаpaктеристикам близок к фторопласту-4, по химической стойкости фторопласт-4Д превосходит все известные материалы, в том числе золото и платину; стоек ко всем минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, окислителям; не смачивается водой и не набухает, диэлектрические свойства почти не зависят от температуры, частоты и влажности. Фторопласт-4Д переpaбатывается методом экструзии, получившим название «экструзия пасты», в профильные изделия (тонкостенные трубы, изоляция, тонкие пленочные покрытия) неограниченной длины, которые трудно или невозможно получить из обычного фторопласта-4. На основе фторопласта-4Д можно готовить суспензии, применяемые для изготовления антипригарных тефлоновых покрытий методом распыления или роликовой накатки, а также для антикоррозионной, антифрикционной и антиадгезионной защиты металлов.

Изделия из фторопласта-4Д: лента ФУМ — предназначена для уплотнений резьбовых соединений при температуре от -60°С до 150°С и давлении 65 атм., трубки электроизоляционные — для изоляции токопроводящих частей электротехнических изделий при работе в агрессивных средах, методом рам-экструзии (плунжерной экструзии) изготавливаются трубы, стержни и др.

Фторопласт: технические хаpaктеристики, ГОСТ

Фторопласт – синтетический полимерный материал, широко используемый в химической, электротехнической и пищевой промышленности в основном в качестве покрытий. К его достоинствам можно отнести в первую очередь возможность использования в широком диапазоне температур и низкий коэффициент трения.

Определение и виды

Фторопластами называют несколько видов фторсодержащих пластмасс. Чаще всего в промышленности и быту используется политетрафторэтилен. В зависимости от производителя этот материал может называться по-разному. В специализированных магазинах России продается в том числе и импортный политетрафторэтилен. Материал, изготовленный в США, называют «Тефло», в Англии – «Флюон», в Германии «Гостафлон». У нас в России он известен как фторопласт-4.

Другие разновидности этого материала распространены не слишком широко, но также достаточно популярны. Это:

• Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3);
• Поливинилиденфторид (фторопласт-2);
• Другие сополимеры фторпроизводных этилена.

Способ изготовления

Получают все эти разновидности химическим путем. По сути, представляют они собой полимеры, к которым добавлены атомы фтора. Отсюда и их название.

Фторопласт-4 синтезируется в виде белого порошка, а затем прессуется и спекается при высокой температуре. Другие марки этого материала обычно получают путем закалки.

При изготовлении многих инновационных современных изделий используется именно фторопласт. Технические хаpaктеристики на самом деле просто замечательные. К достоинствам этого материала относятся:

• Высокая химическая стойкость. Фторопласт-4 не растворяется даже при кипячении в царской водке.
• Инертность и малая пористость.
• Очень низкий коэффициент трения. Этот показатель у фторопласта остается пpaктически неизменным при любых температурах.
• Отличные диэлектрические свойства. Изолятором этот материал остается даже при температуре 200 гр.
• Стабильность. Химические свойства фторопласта-4 не изменяются при температуре до -300 гр.
• Огнестойкость – еще одно преимущество такого материала, как фторопласт. Хаpaктеристики (термостойкий полимер отличается способностью к самозатуханию) его допускают использование его и в местах с повышенной пожароопасностью.
• Газонепроницаемость.
• Биологическая совместимость. Этот вид пластмассы часто используют для изготовления протезов.

Недостатки фторопласта

Как видите, материал это очень качественный и едва ли не универсальный – фторопласт. Хаpaктеристики он имеет просто замечательные. Однако, разумеется, есть у него и некоторые недостатки. К таковым можно отнести:

• Высокую холодную текучесть. Это свойство несколько ограничивает использование фторопласта в электронике.
• Способность выделять вредные вещества при нагревании свыше +300 гр.
• Большой в сравнении с другими полимерами вес и не слишком хорошую износостойкость.

Где используется

Фторопласт применяется во многих областях народного хозяйства. Очень часто его используют:

• В автомобилестроении. Поскольку коэффициент трения у этого материала очень небольшой, из него получаются качественные подшипники, узлы трения, опopные стойки и т. д.
• В электротехнической промышленности и электронике. Изолятор фторопласт также просто отличный. Поэтому его очень часто используют при изготовлении кабелей, плат, радиодеталей и т. д.
• В медицине. Помимо протезов и имплантатов из фторопласта делают емкости для хранения сыворотки и плазмы. Изготавливают из него и упаковки для лекарств.
• В пищевой промышленности. Очень неплохо этот материал подходит, к примеру, для изготовления валов прокатки теста, используемых на хлебозаводах, насосов для розлива молока и т. д. Тефлон на внутренней поверхности сковород – это также одна из разновидностей фторопласта.
• При сборке водопроводов и канализационных систем (ФУМ-ленты).

Таким образом, материал это очень востребованный, а в отдельных случаях и просто незаменимый – фторопласт. Хаpaктеристики (применяемость его на самом деле очень широка), предусмотренные ГОСТом, рассмотрим чуть ниже.

Коэффициент трения

Этот показатель у фторопласта очень небольшой. Кинетический и статический коэффициент трения по стали у него составляет всего 0.04. Однако, как уже упоминалось, фторопласт – материал не слишком износостойкий. Поэтому уже через 100 проходов свойства его поверхности меняются. При этом статический коэффициент трения возрастает до 0.13, а кинетический – до 0.08.

Претерпевает необратимые изменения фторопластовая поверхность и при очень высокой скорости скольжения. В этом случае коэффициент трения повышается в 2-3 раза. При этом значение данного показателя может сильно изменяться от колебаний температуры.

Снижаться коэффициент трения фторопласта может при возрастании нагрузки. Так, к примеру, при давлении:

• в 20-30 кг/м 2 значение этого показателя – 0.1;
• в 150-300 кг/м 2 – 0.02.

Материал это достаточно мягкий – фторопласт. Хаpaктеристики его таковы, что при использовании для изготовления, к примеру, подшипников, в него необходимо добавлять порошкообразные наполнители. Это может быть кокс, стекловолокно, дисульфат молибдена и т. д.

Оптические свойства

В тонких пленках фторопласт свободно пропускает свет, то есть является прозрачным. Выглядит он примерно так же, как и полиэтилен. В толстых пленках этот материал просвечивается.

Показатель прозрачности фторопласта для УФ-лучей в зависимости от разновидности составляет 2000-4000 А, для инфpaкрасных – в диапазоне волны от 2 до 7,5 µ.

Воздействие высоких температур

При нагревании фторопласта свыше 327 градусов его кристаллы разрушаются, в результате чего он переходит в аморфную форму. В обычном состоянии толстые детали, изготовленные из этого материала, непрозрачны. После перехода в аморфную форму фторопласт начинает свободно пропускать свет. При этом материал остается не вязкотекучим, а высокоэластичным. При нагревании до 415 градусов С и выше начинается процесс его разложения. То есть вязкотекучим фторопласт не бывает ни при каких температурах.

Это сказывается на технологии процесса изготовления из него деталей. Фторопласт (технические хаpaктеристики ГОСТ определяет с максимальной точностью) не может использоваться для переработки по традиционным для пластмасс методикам. К примеру, изготовить из него изделие путем литья под давлением либо методом экструзии невозможно. Производят детали и узлы из этого материала по технологии спекания, используя спрессованные при низких температурах «таблетки».

Читать еще:  Как подключить посудомоечную машинку

Химические свойства

Фторопласт-4 является химически устойчивым веществом. Этот материал не растворяется даже в очень агрессивных веществах – разбавленных и крепких кислотах. Не оказывают на него никакого воздействия и концентрированные щелочные растворы.

Единственное, с чем он не переносит контакта – это растворы щелочных металлов в аммиаке, а также элементарный фтор и трехфтористый хлор. Проявляется действие этих химических веществ при повышенной температуре.

Коэффициент расширения

По этому параметру фторопласт Ф4 хаpaктеристики также имеет просто отличные. Однако коэффициент его расширения изменяется в зависимости от температуры. Как именно, показано в таблице.

Фторопласт Ф4

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.

Пpaктически 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 инфpaкрасных 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 пpaктически 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

Фторопласт-4 и композиции на его основе

Фторопласт — техническое название термопластичного полимера, т. е. продукта полимеризации фторпроизводных олефинов.

Наибольшее применение в различных отраслях промышленности получил полимер тетрафторэтилена — политетрафторэтилен (ПТФЭ), известный как Тефлон™ *.

Химическая формула ПТФЭ — [CF₂ — CF₂]_n (ГОСТ 10007-80).

Торговые названия ПТФЭ: фторопласт-4 (Россия); тефлон, галон (США); гостафлон TF (Германия); флуон (Англия); гафлон, сорефлон (Франция); алгофлон (Италия).

Фторопласт-4 (Ф-4) — высокомолекулярный кристаллический полимер с температурой плавления около +327°С.

Фторопласт-4 обладает уникальным сочетанием свойств, которое невозможно найти ни в каком другом материале, а именно:

• высокой химической стойкостью пpaктически ко всем агрессивным средам — минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, окислителям и газам. Разрушение полимера наблюдается лишь при действии расплавленных щелочных металлов, их растворов в аммиаке, элементарного фтора и трехфтористого хлора при повышенных температурах
• широким интервалом рабочих температур от -269° до +260°С
• исключительно высокими диэлектрическими показателями, такими как низким значением диэлектрической проницаемости, большой электрической прочностью и др.
• высокими антифрикционными свойствами, исключительно низким коэффициентом трения
• физиологической и биологической инертностью (разрешение РТМ 27-72-15-82 для контакта с пищевыми продуктами)
• способностью не смачиваться водой

Уникальные свойства фторопласта обеспечивают его применение в автомобилестроении, машиностроении, арматуростроении, химической, фармацевтической, энергетической, и других отраслях промышленности.

Фторопласт-4 с его низкими прочностью и теплопроводностью редко используется в чистом виде в антифрикционных изделиях, работающих под нагрузкой. Для этого создаются наполненные композиции на основе фторопласта-4, содержащие кокс (Ф4К20); стекло (Ф4С15); углеродное волокно (Ф4УВ15), а также дисульфид молибдена, или так называемые металлофторопластовые композиции (Ф4К15М5).

Наполненные композиционные материалы на основе фторопласта-4 обладают повышенной твердостью, механической прочностью, жесткостью, износостойкостью, электрической проводимостью, т.е. теми отличительными свойствами, которые у ненаполненного фторопласта-4 значительно ниже.

• Материал Ф4К20 (Ф4+20% коксовой муки) По сравнению с фторопластом-4 материал Ф4К20 имеет в 600 раз большую износостойкость и на 30% выше напряжение при 10%-ной деформации сжатия в диапазоне температур от -60 до +250°С.
• Материал Ф4К15М5 (Ф4+15% коксовой муки+5% дисульфида молибдена) Материал Ф4К15М5 имеет повышенную износостойкость (износостойкость Ф4К15М5 в 1000 раз выше износостойкости ненаполненного фторопласта и в 1,6 раза выше, чем у материала Ф4К20) и более низкий коэффициент трения. Материал Ф4К15М5 среди наполненных марок фторопласта-4 имеет наиболее благоприятные хаpaктеристики трения и износа.

Материал Ф4С15 (Ф4+15% стекловолокна) При введение стекловолокна повышается износостойкость материала более чем в 250 раз, в 1,5 раза увеличивается сопротивление ползучести, при этом химические свойства не изменяются и мало изменяются электрические показатели. По сравнению с Ф4К20 материал Ф4С15 более эластичен. Как антифрикционный материал Ф4С15 применяется в тех случаях, когда другие наполненные материалы непригодны из-за химической нестойкости наполнителя. При наличии конденсата наблюдается повышенный износ.

Материал Ф4УВ15 (Ф4+15% углеродного волокна) Углеродное волокно обладает рядом неоспоримых преимуществ перед другими наполнителями: низким коэффициентом трения, высокой прочностью и теплостойкостью, химической инертностью, теплопроводностью и электрической проводимостью.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФТОРОПЛАСТА-4 И КОМПОЗИЦИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ