Фторопласт (тефлон) — уникальный химически стойкий материал. Химические и физические свойства тефлона

26.09.2019

Овен по гороскопу. Если бы астрологические характеристики приписывали вещам, тефлон характеризовали бы, как стойкий, упорный, горячный. В этом есть доля правды.

«Родился» материал тефлон 6-го апреля 1938-го года в ходе опытов Роя Планкетта. В те поры он работал в лаборатории DuPont. К 21-му веку эта американская компания подошла со званием одной из крупнейших в мире в области химического производства.

На фото Рой Планкетт, учёный, открывший тефлон

Рой Планкетт взялся изучать свойства фреонов. Так именуют соединения метана с этаном, в которых на место встают или . Тефлон из фреонов вышел случайно. Узнаем как.

Что такое тефлон?

По науке герой именуется политетрафторэтиленом. в его молекулах заменен фтором. Формула тефлона: — СF 4 . Материал получен заморозкой под давлением тетрафторэтилена с формулой С 2 F 4 . Получился порошок, напоминающий измельченный воск. Его-то и нарекли тефлоном.

Фторопласт – второе имя тефлона, применимое и к прочим полимерам, в состав коих входит фтор. По сути, это пластмассы. Тефлону среди фторопластов присвоен порядковый номер 4. В Англии, материал кличут фуболом.

На фото тефлоновые детали

Итальянцы называют тефлон альгофлоном, а японцы полифлоном. Французы употребляют понятие сорефлон. Даже в США есть второе название материала – галлон. Лишь в «прижилось» первоначальное название. Производить тефлон в промышленных масштабах, кстати, начали уже через 2 года после открытия Роя Планкетта.

Свойства, описание и особенности тефлона

Свойства тефлона , во многом объясняются его принадлежностью к пластмассам. Выделяется материал из них особопрочным соединением атомов с фтором.

Последние как бы прикрывают первые, обеспечивая устойчивость политетрафторэтилена к спиртам, сложным эфирам, и кетонам. Под последними понимают органику, в которой к карбонильной связке присоединены 2 углеводородных радикала.

Теперь, о реакциях, в которые покрытие тефлон вступает. Под давлением и нагревом возможно взаимодействие с флюоритами. В ряд минералов группы входят фтор и хлор. С ними-то и запускается реакция.

Общая же формула может быть, к примеру, такой: — СаF 2 . Набирать массу тефлон начинает лишь при обработке хладагентами. Взаимодействие с фреоном, к примеру, увеличивает вес героя статьи на 4-10%. Процесс обратим.

Взаимодействие тефлона возможно и с металлами щелочного ряда. Они располагаются в 1-ой группе таблицы . Следовательно, разговор идет о унуненнии, и . Реакция тефлона с ними незначительна. Меняется цвет героя статьи. Из белого он становится коричневым.

Купить тефлон стремятся не только благодаря практически универсальной устойчивости к химии, но и такой же стойкости по отношению к погодным условиям, свету, воде. Так, гигроскопичность, то есть способность вбирать в себя влагу, у героя статьи равна нолю. Материал можно хранить в воде.

Сковорода с тефлоновым покрытием

Нейтральность тефлона касается и физиологических параметров. Полимер вводили в живые ткани. Импланты были приняты ими не хуже титановых. Значит, сковорода с тефлоновым покрытием не несет угрозы здоровью даже при отщеплении частиц напыления и их смешивании с пищей.

Документально безопасность героя статьи подтверждена допуском от Комитета пищевой и лекарственной промышленности Соединенных Штатов и Федерального союза оптовой и внешней торговли . Последняя страна, как и США – лидер мирового производства тефлона.

Ряд независимых экспертов с заключениями FDA и BGA не согласен. Химики замечают, что на заводах DuPont персонал, работающий с тефлоном, обязывают защитные .

Это рассматривается как указание на токсичность материала. Особенно канцерогенны летучий или жидкий тефлон . Испаряться вещество должно при температуре от 270-ти градусов.

Однако, низкокачественный тефлон, замечают , разлагается и при 200-от по шкале Цельсия. Но, вернемся к доводам официальных исследовательских центров.

Так, эксперты Всемирной организации здравоохранения доказали опытным путем , что 25-процентная добавка тефлона от общей массы пищи безвредна для . На производстве получают больше испарений, поэтому и носят .

Говорящие о вреде тефлона ссылаются на способность накапливаться в крови петрофтороктановой . Это канцероген, входящий в состав героя статьи. О способности соединения накапливаться в тканях заявили калифорнийские химики.

Они исследовали беременных женщин. Цель изучения не была связана с тефлоном. Однако, обратило на себя внимание присутствие в крови женщин той самой тетрофтороктановой .

Стали расспрашивать дам о питании, способах готовки. «Всплыли» мультиварка-тефлон , сковороды и противни с ним. В общем, вопрос безвредности политетрафторэтилена спорен. Перейдем к объективному.

У тефлона самый низкий среди веществ коэффициент трения. Это не только сковороды уберегает от износа, но и детали многих машин. В них используется смазка с тефлоном .

Полироль с тефлоном для автомобилей

Она добавляется, к примеру, в автомобильные масла. Можно купить и полироль с тефлоном. Политетрафторэтилен содержится в десятках торговых позиций. Сковороды да мультиварки – лишь вершина «айсберга». Спустимся к подножью.

Применение тефлона

Тефлоновые сальники – часть гидравлических систем и трубопроводов. Подшипники с героем статьи используются в авиационной технике и станкостроении.

Материал пригождается в узлах, подвергающихся большим нагрузкам, а следовательно, и износу. Как и сковороды, подшипники с тефлоном лишь покрыты им. Внутри деталей – металл, как правило, это .

В строительстве пластины из фторопласта – элементы эстакад, мостов и путепроводов. Они состоят из пролетов. Для надежности конструкций требуется возможность их смещения. Это особенно важно в сейсмоактивных местностях.

Тефлоновые изделия

Скольжение по тефлону позволяет пролетам откликаться на вибрации. Поэтому же пластины фторопласта используют в местах крепления балок перекрытия в некоторых высотных зданиях.

Успешные эксперименты по вживлению тефлона в организм позволили использовать политетрафторэтилен в качестве составной протезов. Искусственные сосуды, и вовсе, полностью состоят из героя статьи. Отменно из тефлона получаются и клапаны . Понемногу тефлон вытесняет из сферы протезирования титан.

Последний тяжелее политетрафторэтилена, что уже накладывает ряд ограничений на жизнедеятельность людей с металлическими имплантами. К тому же, у тефлона лучше звукопроводимость. Это пригождается, к примеру, в слуховых аппаратах.

В пищевой промышленности тефлон покрывает трубопроводы и сальники в насосах. Последние по первым перекачивают растительные , жиры, молоко и эмульгатор лецитин.

Так что, если герой статьи токсичен, грешить на присутствие вещества в крови нужно не только из-за домашних сковородок. С другой стороны, широкое применение тефлона в пищевой промышленности успокаивает.

Тефлоновое покрытие автомобиля

Вряд ли производители станут травить население, среди которого есть их дети, родители, друзья. К тому же, тефлоновое покрытие не из самых дешевых. Использование материала связано с его плюсами, которые перевешивают цену.

В химической промышленности тефлон тоже выстилает трубопроводы. Покрывать политетрафторэтиленом все невыгодно. Слой тефлона имеется лишь в трубопроводах, по которым перегоняют химическиагрессивные жидкости.

Стойкость к ним доказывает и использование героя статьи в атомных реакторах колонного типа. Колонным он назван из-за цилиндрической формы агрегатов.

Применяют политетрафторэтилен и в электротехнических приборах. В большинстве материал служит диэлектриком. Так именуют субстанции, блокирующие ток.

Утюг с тефлоновым покрытием эксплуатирует антипригарные свойства пластика. Это препятствует порче нежных и чувствительных к жару материй. Не остается и нагара, типичного для металлических подошв .

Утюг с тефлоновым покрытием

Минусом политетрафторэтилена на утюгах является то же, что и на сковородах. Гладильная доска с тефлоном тоже в списке. Покрытие легко царапается. На одежде бывают твердые и острые элементы, к примеру, пайетки, пуговицы.

Вещи с ними приходится гладить другими утюгами и на других досках. Соответственно, можно иметь технику с политетрафторэтиленом. Но, гладильная доска «Ника» тефлон будет в списке лишь вспомогательной, дополнительной.

Уязвимость героя статьи в плане царапин ставит потребителей перед вопросом: — « Тефлон или керамика ?» Последняя терпит больший нагрев, почти до 500-от градусов и экологичнее, ведь состоит из песка, камня и прочих природных компонентов.

Гладильная доска с тефлоновым покрытием

Однако, резкие перепады температур керамика не терпит. Многие привыкли засовывать еще раскаленную посуду в раковину под струю воды. Керамическое покрытие потрескается, как и при опускании в сковороду замороженного мяса.

А вот утюги, да гладильные доски с керамикой – отличный . Гладить замороженную одежду в голову никому не приходит, как и мыть технику под проточной водой. При этом, керамика в разы тверже тефлона, устойчивее к царапинам.

Керамикой не покрыть одежду. Каменный материал тяжелый. А вот ткань-тефлон существует. Как и в прочей продукции, политетрафторэтилен – лишь покрытие материи. Такую часто используют в комплектах для спорта и активного отдыха.

Технологи пользуются легкостью тефлона и его водоотталкивающими свойствами. Ветер ткань с покрытием тоже способна задержать. Отсюда не только красивые, но и теплые одеяния для горнолыжников, альпинистов.

Скатерть с тефлоном не впитывает воду

Ткань с политетрафторэтиленом находит применение и на кухне. Скатерть с тефлоном отталкивает жиры, пыль, вино подобно покрытию на сковородках. Жидкости собираются в капельки, вместо того чтобы впитываться.

Пыль ложится тонкой пленкой на поверхности, а не застревает меж волокнами материи. В итоге, можно протереть скатерть губкой, а не замачивать и застирывать, выгоняя загрязнения из глубин ткани.

Цена тефлона и отзывы о нем

Стоимость тефлона зависит от вида продукции и толщины покрытия на ней. Соответственно, откидываем основу, остается лишь пленка из политетрафторэтилена. Ее цену и узнаем. Рулон, напоминающий скотч шириной 8 сантиметров и длиной 8 метров стоит 300-400 рублей при толщине пленки в 0,1 миллиметра.

Зависит цена тефлона и от присутствия в нем наполнителей. Стекловолокно, к примеру, увеличивает твердость пластика. Добавляют в тефлон и порошок стали, графит, .

Наполнители меняют свойства политетрафторэтилена. Поэтому, выбирая продукцию с ним, рекомендовано ориентироваться на состав покрытия. О том, что оно бывает разным, знают единицы.

Эксперты считают, что с сим связано большинство гневных отзывов о тефлоне. Меж тем, нужно лишь правильно подобрать свой вариант. Впрочем, порой, он не связан с тефлоном. Так, на одном из интернет-форумов Diman823 пишет: — «Я тефлоном кузов машины покрыл.

Полируют вручную. Первые недели к машине ни одна пылинка ни липла. Сверкала тачка, как зеркало. Потом начались царапины. Стал выяснять. Говорят, укрепителей для полиролей с тефлоном нет.

Защитное действие тефлонового покрытия от воды

Альтернативой является жидкое , да только вот в моем салоне его не делают. Списался в сети, хвалят. Тефлоном же авто нужно пару раз в месяц полировать. В копеечку вылетает».

Тверичанка тоже прикупила тефлон. Отзыв женщина оставила на «Отзовике». Машину Тверичанка не полировала, сосредоточилась на женских заботах, а именно, на листах для выпечки. Модели из тефлона позволяют делать пирожки да пиццы без смазки противней , легко чистятся, удобны в хранении.

Череду отзывов можно продолжать и продолжать, как и список вещей, в которых тефлон применяется. Однако, официально «тефлон» — покрытие продукции DuPont. Эта компания запатентовала материал.

Прочие используют иные смеси на основе того же политетрафторэтилена. С разнообразием примесей к нему связано и разнообразие отзывов. Не каждое антипригарное покрытие, к примеру, – тефлон. Потребители же ждут от покупки качества DuPont. Вот и конфликт ожидаемого с получаемым.

140 000- 500 000. получают полимеризацией тетрафторэтилена в присутствии пероксидных инициаторов.

В СССР выпускался под торговой маркой «фторлон» . Корпорация DuPont является правообладателем на использование торговой марки тефлон .

Свойства и применение политетрафторэтилена

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) представляет собой белый порошок плотностью 2250-2270 кг/м 3 и насыпной плотностью 400-500 кг/м 3 . Молекулярная масса его равна 140 000- 500 000 .

Фторопласт-4 - кристаллический полимер со 80-85% , температурой плавления 327 °С и аморфной части около - 120 °С . При нагревании политетрафторэтилена степень кристалличности уменьшается, при 370 °С он превращается в аморфный полимер. При охлаждении политетрафторэтилен снова переходит в кристаллическое состояние; при этом происходит его усадка и повышение плотности. Наибольшая скорость кристаллизации наблюдается при 310 °С .

При температуре эксплуатации степень кристалличности фторопласта-4 составляет 50-70% , теплостойкость по Вика – 100-110 °С. Рабочая температура - от 269 до 260 °С .

При нагревании выше 415 °С политетрафторэтилен медленно разлагается без плавления с образованием тетрафторэтилена и других газообразных продуктов.

Политетрафторэтилен , обладает очень хорошими диэлектрическими свойствами, которые не изменяются в пределах от -60 до 200 °С , имеет хорошие механические и антифрикционные свойства и очень низкий коэффициент трения.

Ниже приведены основные показатели физико-механических и электрических свойств фторопласта-4:

Разрушающее напряжение, МПа при растяжении
незакаленного образца	13,7-24,5
закаленного образца	15,7-30,9
при статическом изгибе	10,8-13,7
Модуль упругости при изгибе, МПа
при - 60 °С	1290-2720
при 20°С	461-834
Ударная вязкость , кДж/м 2	98,1
Относительное удлинение при разрыве , %	250-500
Остаточное удлинение , %	250-350
Твердость по Бринеллю , МПа	29,4-39,2
Удельное объемное электрическое сопротивление , Ом·м	1015-1018
Тангенс угла диэлектрических потерь при 10 6 Гц	0,0002-0,00025
Диэлектрическая проницаемость при 10 6 Гц	1,9-2,2

Химическая стойкость политетрафторэтилена превосходит стойкость всех других синтетических полимеров специальных сплавов, благородных металлов, антикоррозионной керамики и других материалов.

Политетрафторэтилен не растворяется и не набухает ни в одном из известных органических растворителей и пластификаторов (он набухает лишь во фторированном керосине).

Вода не действует на полимер ни при каких температурах. В условиях относительной влажности воздуха, равной 65%, политетрафторэтилен почти не поглощает воду.

До температуры термического разложения политетрафторэтилен не переходит в вязкотекучее состояние, поэтому его перерабатывают в изделия методами таблетирования и спекания заготовок (при 360-380 °С).

Благодаря сочетанию многих цепных химических и физико-механических свойств политетрафторэтилен нашел широкое применение в технике.

Производство политетрафторэтилена

Политетрафторэтилен получают в виде рыхлого волокнистого порошка или белой, либо желтоватой непрозрачной водной суспензии, из которой при необходимости осаждают тонкодисперсный порошок полимера с частицами размером 0,1-0,3 мкм .

Волокнистый политетрафторэтилен

Полимеризацию тетрафторэтилена обычно осуществляют в водной среде, без применения эмульгаторов. Процесс проводят в автоклаве из нержавеющей стали, рассчитанном на давление не менее 9,81 МПа , снабженном якорной мешалкой, системой обогрева и охлаждения.

Автоклав предварительно продувают азотом, не содержащим кислорода, затем в него загружают воду и инициатор.

Ниже приведена норма загрузки компонентов (в массовых частях):

Тетрафторэтилен – 30
Вода дистиллированная – 100
Персульфат аммония – 0,2
Бура -0,5

По окончании полимеризации автоклав охлаждают, не вступивший в реакцию мономер сдувают азотом и содержимое автоклава направляют на центрифугу. После отделения полимера от жидкой фазы его измельчают, многократно промывают горячей водой и сушат при 120-150 °С.

Технологическая схема процесса получения политетрафторэтилена приведена на рисунке 1.

Тетрафторэтилен из мерника-испарителя 1 поступает в реактор-полимеризатор 3 , предварительно обескислороженный и заполненный до необходимого объема дистиллированной деаэрированной водой из мерника 2 . Перед подачей мономера в реакторе растворяют инициатор - персульфат аммония . Реактор охлаждают рассолом до температуры - 2-4°С и при давлении 1,47- 1,96 МПа начинают полимеризацию. Если после загрузки мономера полимеризация не начинается, то в реактор постепенно малыми порциями вводят активатор процесса - 1 % -ную соляную кислоту . Введение активатора прекращают после начала повышения температуры в реакторе.

Полимеризацию заканчивают по достижении температуры реакционной смеси 60-70 °С и при уменьшении давления в реакторе до атмосферного. Затем реакционная масса самотеком поступает в приемник суспензии 5 , где удаляется маточник, а суспензия политетрафторэтилена с частью маточника, при перемешивании насосом передается в приемник пульпы 6 . Далее включается в работу система репульпатор 7 - коллоидная мельница 8 , в которой производится непрерывная многократная отмывка и размол частиц полимера в суспензии. Соотношение твердой и жидкой фазы в репульпаторе составляет 1: 5 . Влажный продукт поступает в пневматическую сушилку 9 (температура сушки полимера 120 °С). Сухой политетрафторэтилен рассеивают на фракции с разной степенью дисперсности и передают на упаковку.

Дисперсный политетрафторэтилен получают полимеризацией тетрафторэтилена в водной среде в присутствии эмульгаторов - солей перфторкарбоновых или моногидроперфторкарбоновых кислот. В качестве инициатора применяют пероксид янтарной кислоты . Процесс проводят в автоклаве с мешалкой при 55- 70 °С и давлении 0,34-2,45 МПа . В результате полимеризации образуется полимер с частицами шарообразной формы. Полученную водную дисперсию концентрируют или выделяют из нее полимер в виде порошка. При получении водной суспензии, содержащей 50-60% полимера, в нее вводят 9-12% для предотвращения коагуляции частичек полимера.

Дисперсный политетрафторэтилен ( фторопласт-4Д , или фторлон-4Д) выпускается в виде тонкодисперсного порошка (от 0,1 до 1 мкм), водной суспензии, содержащей 50-60% полимера, и суспензии, содержащей 58-65% полимера (для изготовления волокна).

Список литературы:
Коршак В. Б. Прогресс полимерной химии. М., Наука, 1965, 414 с.
Николаев А. Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. Изд. 2-е. М. - Л., Химия, 1966. 768 с.
Николаев А. Ф. Технология пластических масс. Л., Химия, 1977. 367 с.
Кузнецов Е. В., Прохорова И. П., Файзулина Д. А. Альбом технологических схем производства полимеров и пластмасс на их основе. Изд. 2-е. М., Химия, 1976. 108 с.
Получение и свойства поливинилх лор ид а/Под ред. Е. Н. Зильбермана. М., Химия, 1968. 432 с.
Лосев И. Я., Тростянская Е. Б. Химия синтетических полимеров. Изд. 3-е. М., Химия, 1971. 615 с.
Минскер К. С., Колесов С. В., Заиков Г. Е. Старение и стабилизация полимеров на основе винилхлорида. М., Химия, 1982. 272 с.
Хрулев М. В. Поливинилхлорид. М., Химия, 1964. 263 с.
Минскер /С. С, Федосеева Г. 7. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида. М., Химия, 1979. 271 с.
Штаркман Б. Я. Пластификация поливинилхлорида. М., Химия, 1975. 248 с.
Фторполимеры/Пер. с англ. Под ред. И. Л.Кнунянца и Б. А. Пономаренко. М., Мир, 1975. 448 с.
Чегодаев Д. Д.., Наумова 3. К, Дунаевская Ц. С. Фторопласты. М.-Л.,Госхимиздат, 1960. 190 с.

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)

Политетрафторэтилен , (-CF 2 CF 2 -) 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 ( 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 перерабатывается 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.

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 инфракрасных лучей -2-75 мкм. Многие виды термопластичных фторполимеров обладают отличными оптическими характеристиками .

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 практически 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 трансплантаты 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 характеристикам 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 перерабатывается 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.

Свойства фторопласта-4

Наименование показателя	Фторопласт-4	Фторопласт-4Д
Физические свойства
Плотность, кг/м 3	2120-2200	2190-2200
Температура плавления кристаллитов,°С	327	326-328
Температура стеклования,°С	-120	от -119 до - 121
Теплостойкость по Вика, °С	110	-
Удельная теплоемкость, кДж/(кг*К)	1,04	1,04
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)	0,25	0,29
Температурный коэффициент линейного расширения*10 -5 ,°С -1	8 - 25	8 - 25
Рабочая температура, °С минимальная максимальная	-269 260	-269 260
Температура разложения, °С	более 415	более 415
Термостабильность, %	0,2 (420 °С, 3 ч)	-
Горючесть по кислородному индексу, %	95	95
Стойкость к облучению, Гр	(0,5-2)*10 4	(0,5-2)*10 4
Механические свойства
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	14,7-34,5 15,7-30,9 (закаленные образцы)	12,7-31,8
Удлинение при разрыве, % относительное остаточное	250-500 250-350	100-590 250-350
Модуль упругости, МПа при растяжении при сжатии при статическом изгибе при 20°С при -60°С	410 686,5 460,9-833,6 1294,5-2726,5	410 686,5 441-833,6 1370-2726
Разрушающее напряжение, МПа при сжатии при статическом изгибе	11,8 10,7-13,7	11,8 10,7-13,7
Ударная вязкость, кДж/м 2	125	125
Твердость по Бринеллю, МПа	29,4-39,2	29,4-39,2
Коэффициент трения по стали	0,04	0,04
Способность к механической обработке	Превосходная	Превосходная
Электрические свойства
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом*м	10 15 -10 18	10 14 -10 18
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом	Более 1*10 17	Более 1*10 17
Тангенс угла диэлектрических потерь при 1 кГц при 1 МГц	(2-2,5)10 -4 (2-2,5)10 -4	(2-3)10 -4 (2-3)10 -4
Диэлектрическая проницаемость при 1 кГц при 1 МГц	1,9-2,1 1,9-2,1	1,9-2,2 1,9-2,2
Электрическая прочность (толщина образца 4 мм), МВ/м	25-27	25-27
Дугостойкость, с	250-700 (сплошной токопроводящий слой не образуется)

просмотров