Уникальные свойства фторопласта и способы применения

Фторопласт – группа содержащих фтор пластмасс, которые производят методом полимеризации тетрафторэтилена. Результатом синтезирования вещества выступает белый порошок, который легко образует комки, поддается прессованию и запекается впоследствии при высокой температуре. Так как в составе получаемых веществ может присутствовать от 1 до 4 атомов фтора, то характеристики фторопласта, как и физические, а также химические свойства могут быть разные.

В настоящее время производится несколько марок фторопласта. Но наиболее востребованным и популярным выступает политетрафторэтилен. На постсоветском пространстве он называется фторопласт-4, а в США реализуется под торговой маркой «тефлон». Именно этим пластиком покрывают широко применяемую всеми хозяйками в мире антипригарную посуду. Однако марки фторопласта из-за своих уникальных технических характеристик используются также в разных отраслях промышленности: машиностроение, легкая промышленность, медицина, пищевой сектор, радио- и электротехника. Фторопласт находит применение в разных сферах жизнедеятельности, его отличает податливость обработке: он предполагает легкую шлифовку, сверление, фрезеровку, обточку. Из него предприятия, занятые литьем пластика и вторичной переработкой, включая услуги по экструзии изоляции, изготавливают множество различных полезных деталей, которые имеют высокую ценность в применении.

История появления материала

Изобретение фторопласта не является результатом длительных и утомительных научных изысканий. Появление «тефлона» скорее было приятной случайностью. Дело в том, что известный американский химик Рой Планкетт в 1938 г. в ходе изучения газов, которые входят в группу фторированных хладагентов, обнаружил, что оставленный на ночь в цилиндре под давлением образец, неожиданно совершил полимеризацию. В результате получилась белая воскообразная твердая субстанция, которая обладает необычным химическим составом и уникальными физическими свойствами. Однако патент был засекречен и рецепт производства данного пластика в СССР ученые разрабатывали самостоятельно.

Первые образцы фторполимеров были привезены в СССР вместе с поступившей военной техникой из США в рамках лендлиза в годы ВОВ. На американской технике присутствовали разные уплотнения и подшипники из фторопластов. Ученые заинтересовались новым материалом после обнаружения деталей и, не получив рецепта технологии, которую американцы держали в строжайшем секрете, приступили к разработке собственного производства.

Первые эксперименты начались в 1947 г. в Ленинградском НИИ полимеризованных пластиков. Лабораторию возглавил основоположник фторполимеров в СССР – Л. В. Черешкевич. Вместе с тем процессом получения фторопласта-4 занималась группа ученых в государственном институте прикладной химии в г. Ленинград. Сырье для его производства поставлял местный завод. Первая партия фторопласта-4 в объеме 130 л была получена в НИИ полимеров в реакторе-полимеризаторе. Уже через год объемы производства были увеличены до 100 т. В 1953-56 гг. были получены фторопласт-3, фторопласт-42, сополимеры фторопласта-40, фторопласт-3М.

В 1962 году производство фторопласта-4 достигло объемов 4800 т, а спустя 6 лет тэфлон стали поставлять на экспорт в разные страны мира.

Марки и виды фторопласта

На сегодня известно несколько марок фторопластов. Отличие в их химических и физических свойствах объясняется разным количеством присутствующих в составе макромолекул фтора. К наиболее популярным видам фторопластов относят:

• Фторопласт-2 (поливиниленфторид) – демонстрирует прочность, химическую стойкость. Температура плавления: от 140 до 180 С, отверждение от –40 до –25С. В его составе отсутствуют пластификаторы, стабилизаторы и катализаторы. Он применяется в трубопроводных системах и при изготовлении емкостей для химически агрессивных жидкостей.
• Фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен) – характеризуется твердостью и прочностью чуть меньшей, чем у фторопласт-2. Быстро и легко меняет твердую субстанцию на эластичную, плавится и подлежит формовке без лишних усилий после нагревания. Устойчив к низким температурам. Эта марка демонстрирует отличное сцепление с металлами, а потому часто применяется в качестве антикоррозийного покрытия.
• Фторопласт-4 (политетрафторэтилен) – самый известный в применении фторопласт, трудногорючий. К нему относится целая группа фторполимеров, которая в настоящее время активно используется в различных сферах промышленности. Он устойчив к высоким температурам и допускает эксплуатацию при отметке в 260 С. Этот материал и его модификации демонстрируют хорошую гидрофобность и является самым твердым среди всех марок.
• Фторопласт-30 (сополимер трифторэтилена) – схож по своим свойствам с Ф-3, также является кристаллизующимся материалом, который плавится при 240 С.
• Фторопласт-40 (ETFE, E/TFE) – фторопласт, чьи характеристики аналогичны практически Ф-4. Он не восприимчив к действию химикатов, устойчив к УФ-воздействию, не огнеопасен.

Характеристики и свойства

Белый непрозрачный пластик фторопласт имеет уникальные характеристики. Он гладкий на ощупь, химически инертен, то есть устойчив к агрессивным средам – кислотам, нефтепродуктам, щелочам, растворителям. Он не поглощает воду, гидрофобный, не восприимчив к водяному пару. Также он отлично демонстрирует себя при эксплуатации при широком диапазоне температур: от –300С до +300С. Точка плавления +327С. Среди безусловно полезных свойств – высокие диэлектрические и антифрикционные показатели. Подобное сочетание характеристик объясняет широкую сферу применения фторопластов. Он активно используется при изготовлении множества деталей для разных отраслей промышленности.

Преимущества и недостатки

К преимуществам фторопластов относят:

• высокая плотность: низкая пористость;
• мизерное поглощение влаги: не восприимчив к воздействию пара;
• отличная адгезия с металлом;
• малый коэффициент трения;
• химическая и биологическая инертность: не склонен к образованию грибков, плесени, микроорганизмов;
• не взрывоопасный и огнестойкий;
• диэлектрик – отличный электроизолятор;
• широкий диапазон температуры эксплуатации: от –300С до +300С;

Недостатками фторопластов, которые ограничивают изготовление из фторопласта некоторых изделий, считаются:

• образуют летучие токсичные соединения при плавлении после отметки +320С;
• низкая износостойкость;
• материал плохо склеивается, соединяется только при плавлении;
• низкий коэффициент трения;
• небольшой запас прочности, который при необходимости компенсируется армированием стекловолокном.

Сферы применения

Из-за выдающихся физико-механических свойств фторопласта из него ведется изготовление деталей для разных сфер промышленности. Фторполимеры незаменимы в таких отраслях, как:

• Машиностроение: устойчивый к избыточному трению, фторопласт служит основой для производства подшипников, пыльников, сальников, поршневых колец и даже автомобильных покрышек. Запчасти из него допускают стабильную работу в агрессивной среде и при очень низких температурах. Уникальная термостойкость фторопласта позволяет делать из него детали для двигателей.
• Легкая промышленность: обувь, покрытая тонким слоем фторопластом может использоваться в чрезмерно влажных условиях, поддерживая сухость ног. Почти вся одежда для профессиональных спортсменов и туризма имеет тончайшее тефлоновое покрытие.
• Медицина: медицинский пластик из тефлона не провоцирует аллергии, негативной иммунологической реакции. Из фторполимеров делают сердечные клапаны, протезы кровеносных сосудов. Широко применяется пластик при производстве тары для хранения крови и ее производных, а также упаковок для лекарственных средств. Также применяется фторопласт и в стоматологии. Полимер часто заменяет собой дорогостоящий титан при выпуске протезов.
• Радиотехника и электротехника: так как этот класс веществ относится к диэлектрикам, то есть не проводят ток, то они применяются при производстве выключателей, кабелей, элементов реле, печатных плат.
• Химическая промышленность: инертность материала почти ко всем агрессивным кислотам и щелочам, допускает его применении при изготовлении посуды и емкостей для лабораторий, а также тары для транспортировки и хранения токсичных вещества, в трубопроводах, при изготовлении прокладок, контактирующих с агрессивными средами.
• Пищевая промышленность: именно тефлон выступает самым популярным антипригарным покрытием для кухонной посуды, контейнеров для хранения продуктов питания, машин для раскатки теста и других установок.