Характеристики, свойства и применение разных видов фторопласта

Использует

Тефлон ценен там, где важны его специфические свойства (химическая и текстильная промышленность, электроника и  т . Д. ).

На ПТФЭ приходится около 90% потребления фторполимеров, или около 20 000  т / год .

В промышленности он используется в подшипниках, уплотнениях, высокотемпературной электроизоляции, неклейких вкладышах и прокладках для ванн и  т. Д. В быту он образует покрытие некоторых кухонных принадлежностей и используется как лента для герметизации резьбовых узлов.

  • Он используется в качестве антипригарного покрытия на сковородах и другой кухонной утвари и, как правило, в качестве твердой смазки .
  • Будучи химически инертным, он часто используется для покрытия внутренних поверхностей сосудов или труб, содержащих химически активные вещества. Точно так же это позволяет создавать контейнеры для суперкислоты .
  • В сантехнике он используется для герметизации резьбовых соединений вместо пакли (обычно шерсти или пеньки) и смолы .
  • Ткань Gore-Tex в основном изготавливается из PTFE.
  • В традиционной музыке, PTFE на рулоне может быть использована для кулисы из волынки беспилотных летательных аппаратов, а также для изготовления камыша последних по скрипичным . Сумки из синтетической волынки также изготавливаются из материала Gore-Tex . ПТФЭ также используется французским брендом электрогитар Vigier для изготовления седел.
  • Используется для всех типов дождевиков.
  • Он используется для оборачивания некоторых пистолетных пуль .
  • В электронике, особенно в микроволновом поле, PTFE используется в качестве подложки (с относительной диэлектрической проницаемостью, близкой к 2,2). У него действительно очень низкий угол потерь и высокая точка пробоя. К сожалению, его механическая жесткость невысока (ПТФЭ гибкий); Чтобы компенсировать этот дефект, производители подложек часто заливают один или два слоя стекловолокна внутри подложки, что делает пластину жесткой, не влияя существенно на ее диэлектрические характеристики. Очень низкий угол потерь делает PTFE предпочтительным изолятором для высокопроизводительных ВЧ-кабелей.
  • Его высокая диэлектрическая прочность делает его предпочтительным элементом при производстве изоляционных деталей во многих областях электроэнергетики, например, при производстве высоковольтных проводов.
  • В автомобильной промышленности он используется для изготовления кожухов дроссельной заслонки ( двухтактный ) или для покрытия некоторых фрикционных деталей.
  • В секторе здравоохранения он используется в качестве материала для имплантации при гемодиализе, например, когда установка сосудистого протеза из ПТФЭ может оказаться полезным в случае невозможности создания артериовенозной фистулы . ПТФЭ — чрезвычайно нейтральный материал для тела. Он содержится в различных протезах и некоторых украшениях для боди-арта ( пирсинг, имплантаты и  т . Д. ).
  • Во время поведенческих тестов он используется для определения границ вертикального отсека пространства, внутри которого ограничены насекомые: фактически, ноги насекомых не прилипают к ПТФЭ.
  • В компьютерной области ПТФЭ используется в качестве основы мышей (коньков) для обеспечения плавного движения, улучшенного скольжения, более быстрого отклика и улучшенного баланса.
  • Благодаря своим свойствам он используется в качестве покрытия на предметных стеклах, используемых для микроскопических наблюдений. Таким образом предотвращается загрязнение между разными образцами.
  • В химии он используется во многих инструментах (особенно магнитных стержнях, метчиках и др.), Его очень низкий коэффициент трения позволяет изготавливать детали, которые не только не вступают в реакцию с химическими веществами, но и являются самосмазывающимися.

В строительстве его можно использовать как опору для балок. Эти так называемые «скользящие» опоры (скользящая опора из ПТФЭ благодаря низкому коэффициенту трения, чаще всего на пластине из нержавеющей стали) позволяют избежать распространения горизонтальных сил в других конструктивных элементах, таких как бетонная стена на который ставится балка. Он также используется при строительстве мостов или путепроводов, построенных на берегах, которые должны поворачиваться (или скользить), чтобы привести их в окончательное положение.

PTFE иногда используется для оболочек компьютерных шин .

ПРОСТЫЕ ФТОРОПЛАСТЫ:

Фторопласт-4 – политетрафторэтилен [-CF2-CF2-]n. Другие обозначения – Ф-4 (F-4) или ПТФЭ (PTFE).

Изобретен и запатентован фирмой DuPont в 1938г. под торговой маркой Teflon (Тефлон). Торговые марки более поздних зарубежных аналогов – Fluon (Великобритания), Hostaflon (Германия), Algoflon (Италия), Soreflon (Франция), Сталафлон (Россия) – так и не стали синонимами Ф-4, несмотря на старания фирм-производителей.

Фторопласт-4 – самый первый в истории и самый дешевый из высокотемпературных фторполимеров. Ф-4 длительно устойчив к нагреву до 260°С. Кроме того, Ф-4 имеет самый низкий коэффициент трения и самую низкую смачиваемость среди всех фторполимеров, а также химическую стойкость выше, чем у платины и любых синтетических материалов. Эти свойства определяют огромный объем его производства, который по некоторым источникам составляет до 85% общего объема производства фторсодержащих полимеров. И поэтому под термином «фторопласт» чаще всего понимают именно Ф-4.

Недостаток политетрафторэтилена – в том, что он является термопластом 3-й группы, т.е. при нагреве он начинает разрушаться раньше (после 260°С), чем начнет плавиться (около 340°С). Поэтому обычные методы термической формовки и сварки к нему неприменимы.

Ф-4 полимеризуется в виде белого порошка, похожего на снег. Для получения болванок или готовых деталей порошок спрессовывают при высоком давлении и затем спекают при высокой температуре.

Антифрикционные покрытия из Ф-4 наносят напылением на подготовленную поверхность с последующим спеканием.

Фторопласт-3 – политрифторэтилен [-CF2-CFH-]n. Другие обозначения – Ф-3 (F-3) или ПТрФЭ (PTrFE).

Менее термостоек (180°С), и менее химически стоек, чем Ф-4. Зато обладает лучшей адгезией к металлам и др. веществам. Кроме того, Ф-3 имеет очень низкую ползучесть, поэтому нагруженные детали из него не требуют значительного запаса прочности. А главное достоинство – Ф-3 является термопластом 2-й группы, переходит в вязко-текучее состояние при 240°С, а разрушаться начинает при 270°С. Поэтому пригоден для термической формовки и сварки стандартными методами.

Основное применение – антикоррозионные покрытия металлов, благодаря технологичности нанесения. Суспензия из тонкого порошка Ф-3 в органических растворителях наносится на шероховатую металлическую поверхность, нагретую до 280°С. Затем деталь быстро остужают.
Фторопластом-3 называют также политрифторхлорэтилен [-CF2-CFCl-]n. Другие обозначения – ПТФХЭ (PCTFE).

Фторопласт-2 – поливинилиденфторид [-CH2-CF2-]n. Другие обозначения – Ф-2 (F-2) или ПВДФ (PVDF).

Основные достоинства по сравнению с др. фторполимерами – самая высокая прочность и жесткость, стойкость к истиранию, самая низкая ползучесть. Кроме того, ПВДФ – очень чистый материал, не содержащий стабилизаторов, пластификаторов, остатков катализаторов. ПВДФ – термопласт 1-й группы, переходит в вязко-текучее состояние при 200°С, а разрушаться начинает при 300°С. Поэтому формуется и сваривается стандартными методами. Для труб – сварка в раструб и сварка встык. Для листов – сварка горячим воздухом и экструзионная сварка.

Благодаря высокой химической стойкости и чистоте, а также простоте сварки, основное применение ПВДФ – трубопроводные системы и емкости для высокотемпературных и агрессивных сред. Даже несмотря на высокую стоимость.

Фторопласт-1 – поливинилфторид [-CH2-CFH-]n. Другие обозначения – ПВФ (PVF).

ПВФ производится в небольших объемах, используется в основном в качестве антикоррозионных или антипогодных покрытий металлических или деревянных изделий, ДСП, картонов и пр. Поставляются в виде смол или пленок.

Рекристаллизация

Как уже упоминалось, одним из недостатков, которыми обладает фторопласт (технические характеристики которого в целом неплохие), является достаточно высокая степень холодной текучести. На практике это выражается в изменении формы изготовленных из него изделий при повышенном давлении. Если они используются при не слишком высоких температурах – от +80 до +100 градусов С, нагрузка на них не должна быть более 10 кг/м2. При большем давлении на изделии будут оставаться заметные деформации. С повышением температуры должна снижаться и нагрузка.

При сильном давлении (100-200 кг/м2) образец, изготовленный из фторопласта, может быть раздавлен в пластину с уменьшением толщины в 3-5 раз в зависимости от температуры. При деформациях этого материала обычно не происходит его растрескивания и не возникает никаких других повреждений.

В таблице ниже можно посмотреть, какие имеет в этом плане фторопласт технические характеристики (сжатие при определенных нагрузках).

Температура (С)

Нагрузка кгс/см2

Степень деформации (%)

Коэффициент

1 сутки

4 сутки

20

33

6.00

6.25

0.03

20

21

3.05

3.19

0.032

Можно применять фоторопласт для изготовления деталей, используемых и при большем, чем 30 кг/м2, давлении. Однако в этом случае конструкция узлов сопряжения в изделии должна быть максимально плотной. Не допускается присутствие в ней полостей или значительных зазоров. В этом случае фторопласту будет просто некуда вытечь. Материал фторопласт – не слишком эластичный. Поэтому для того, чтобы добиться плотного прилегания, в него при производстве добавляют резину. Иногда в узлах примыкания используют также специальные пружинные компенсаторы.

Экология и воздействие на здоровье

Все наиболее употребляемые марки фторопласты полностью безопасны для человека и других живых организмов. Помимо этого, известны свойства фтополимеров превосходно совмещаться с живыми тканями, в том числе не давать иммунологических реакций у человека. Такие характеристики фторопластов открывает им дорогу как материалам, пригодным для изготовления медицинских протезов и имплантов. 

Также фторопласты, особенно Ф-4, активно применяются в стоматологии, сердечно-сосудистой хирургии и прочих направлениях медицины. Из них изготавливают искусственные клапаны сердца и кровеносные сосуды. Всё больше полимер замещает дорогостоящий титан, использующийся ранее для производства протезов в большинстве случаев. Применения фторопласта в медицине все время расширяются.

С точки зрения экологии рассматриваемые пластики не очень отличаются от прочих полимеров. Химические свойства фторопластов говорят об их еще большей инертности, чем, например, у полиолефинов. С точки зрения химического загрязнения, они не приносят окружающей среде никакого вреда. Проблема загрязнения природы и прежде всего водных ресурсов фторполимерами также остро не стоит, ввиду небольшого объема производства фторопластов по сравнению с крупнотоннажными полимерами. 

Вторичная переработка таких полимеров также затруднена не только по причине их трудной перерабатываемости, но и из-за фактора, описанного выше. Затруднительно собрать и отсортировать достаточное большое для вторичной переработки количество фторопласта, однако работы в этом направлении ведутся и на рынке уже присутствуют различные марки вторичных фторопластов и изделия из них.

Сфера применения

Трудно назвать область, где бы в том или ином виде не использовался фторопласт. Его широко применяют в энергетике, автомобиле- и машиностроении, строительстве, медицине и пищевой промышленности. Отличные потребительские свойства материала и доступная цена сделали его таким востребованным.

Машиностроение

Материал, прикасаясь к поверхности, образует тонкую пленку, которая значительно уменьшает трение. Это свойство полимера используется в соединительных узлах и подшипниках различных конструкций, благодаря этому свойству он часто входит в состав смазочных материалов.

Медицина

Фторопласт абсолютно безопасен для человека, мало того, он отлично совместим с человеческими тканями и не вызывает иммунологических реакций. Благодаря этому он и применяется для производства протезов. Он широко используется в таких областях медицины как стоматология и сердечно-сосудистая хирургия. Из этого полимера производят искусственные клапаны сердца и сосуды. Фторопласт-4 пришел на смену титану, который до него применялся для изготовления протезов. С каждым годом возможности его применения в медицине только растут.

Пищевая промышленность

Наиболее известное применение фторопласта-4 в пищевой промышленности – это посуда с антипригарным покрытием, которая в свое время произвела фурор на рынке товаров народного потребления. Однако это не единственное использование тефлона в пищевой промышленности. При производстве подсолнечного масла, молока и других жидких пищевых продуктов полимер применяется для покрытия труб и насосов по перегонке жидкостей.

Химическое производство

В химическом производстве материал применяется для изготовления емкостей и трубопроводов, по которым перегоняются агрессивные химические растворы. Его устойчивость к воздействию различных химикатов также используется в реакторах, при производстве лабораторной посуды и транспортировке различных жидкостей.

Электротехника

Здесь материал применяется как диэлектрик при производстве различных кабелей, катушек, плат и конденсаторов. Изоляция из фторопласта защищает также и от воздействия химических веществ, поэтому полученная продукция часто применяется на вредных производствах.

Строительство

Пластины из тефлона используются при строительстве мостовых конструкций, галерей и эстакад. Тефлоновые прокладки применяются при возведении фундаментов конструкций в сейсмически опасных районах, благодаря превосходным характеристикам тефлона обеспечивается свободное перемещение элементов основания постройки.

Легкая промышленность

В легкой промышленности материал используется при производстве тканей с водоотталкивающими свойствами. Высокотехнологичная одежда из синтетических тканей надежно защищает от дождя и ветра. Многие современные бренды, производящие одежду для спорта и активного отдыха, используют ткани с тефлоном. Кроме того, его водоотталкивающие свойства используются при производстве обуви.

Внедрение в жизнь современных технологий позволяет улучшить качество и снизить себестоимость вещей. Фторопласт смог заменить массу менее совершенных и более дорогостоящих материалов. Его уникальные свойства обеспечивают широкую сферу применения полимера. Появление новых модифицированных фторопластов позволяет расширять границы его использования. Постоянно улучшаются физические свойства материала, открываются новые возможности его использования.

Можно с уверенностью сказать, что фторопласт и его производные будут применяться еще долгие годы, появятся новые материалы на его основе, которые станут обладать еще более удивительными техническими и химическими свойствами, а сфера применения тефлона будет только расширяться.

Токсичность

ПТФЭ химически инертен и нетоксичен при низких температурах, но начинает выделять токсичные продукты при 230  ° C (температура обычно достигается сковородой через 2–5 минут нормального использования). При разложении ПТФЭ возникают выбросы при температуре выше 350  ° C, которые иногда приводят к летальному исходу для птиц и могут вызывать симптомы гриппа у людей.

Для сравнения, кулинарные жиры (масла и масла) начинают гореть около 200  ° C . Исследование 1959 года пришло к выводу, что токсичность дыма покрытия (при сухом нагреве) была меньше, чем токсичность дыма, образованного перегретыми кулинарными маслами.

В 1973 году исследование подтвердило эти предыдущие результаты. Он также показал, что воздействие продуктов приготовления масла при 260  ° C в течение четырех часов на сковороде без покрытия было на 100% токсичным (смертельным) для попугаев, в то время как те же условия с покрытием сковороды не приводили к гибели животных. до 280  ° с . С другой стороны, за последние сорок лет сковороды с антипригарным покрытием получили широкое распространение, и было зарегистрировано лишь небольшое количество случаев, оказывающих ограниченное влияние на здоровье и связанных с перегревом сковороды.

В 2005 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) обнаружило, что перфтороктановая кислота (PFOA или PFOA на английском языке, также известная как C8), ключевое химическое вещество, используемое для производства тефлона, является канцерогенным . Это открытие является частью отчета, который проверяется перед окончательной приемкой .

Лабораториям DuPont, которые его продают, было приказано выплатить более шестнадцати миллионов долларов органам здравоохранения США за сокрытие определенных потенциальных рисков. Исследования показали, что ПФОК вызывает рак у животных .

Судебный процесс, в котором участвовали 60 000 жителей, проживающих рядом с заводами группы в США, предписал DuPont потратить 345 миллионов долларов, чтобы компенсировать им и заставить прекратить выбросы ПФОК в воду и почву. В настоящее время это химическое вещество не одобрено EPA . В 2007 году среди других перфторированных соединений была указана перфтороктановая кислота, стойкая в окружающей среде и накапливающаяся за счет связывания с белками крови (альбумином), печенью и почками в живых организмах. Токсичный для людей и других животных, ПФОК был обнаружен в пуповинной крови 100% из 299 новорожденных, протестированных в Балтиморе, что свидетельствует о широко распространенном внутриутробном заражении в этой области. Были обнаружены и другие перфторированные соединения, но в более низких дозах и / или у меньшего числа субъектов.

В январь 2006 г., DuPont, единственная компания, использующая ПФОК на заводе в Соединенных Штатах, объявила о своем намерении сократить выбросы этого продукта в 2015 году. В настоящее время она ищет замену и поэтому не планирует прекращать ее использование. продукт, необходимый для производства тефлона. Это объявление распространяется на всю продукцию компании, в которой используется тефлон. Действительно, ПФОК используется в процессе производства тефлона, который также используется для изготовления посуды с антипригарным покрытием (для которой не должно быть никаких измеримых следов ПФОК в готовом продукте ), чем для упаковки, одежды и напольные покрытия.

В 2010 году научное исследование показало корреляцию между присутствием ПФОК и перфтороктансульфоновой кислоты (ПФОС) в крови и повышением уровня холестерина .

Формы выпуска полимера

Тефлон выпускают в двух формах — в виде заготовок и готовых изделий. Заготовки можно считать полуфабрикатами, применяемыми для дальнейших технологических процессов. Их размер должен соответствовать номенклатурному перечню организации-производителя или документам, согласованным между производителем и заказчиком. Заготовки, которые бывают высшего или первого сорта, производятся в виде:

  1. Листов и пластин. Изделия бывают прямоугольной или квадратной формы размером от 10х10 см до 100х100 см. Толщина полимерных пластин варьируется в пределах 1−60 мм. При производстве элементов листы подвергаются механической обработке.
  2. Плёнок. Применяются при производстве кабелей, конденсаторов, фильтров и других изделий. Толщина материала составляет от 1 до 10 см, а ширина — до 30 см.
  3. Стержней и дисков. Стержни изготавливают диаметром в пределах 1−30 см и высотой от 5 до 200 см. Детали используются при создании антифрикционных, уплотнительных и электроизоляционных изделий для технологических оборудований.
  4. Брусков. Длина деталей составляет 7−30 см, ширина — 4−20 см, а толщина — 2−200 мм.
  5. Порошка или стружки.

Рекомендуем: Способы переработки ядерных отходов и их захоронения в России

Готовые изделия представлены дисками, лентами, трубками, жгутами. Они сразу используются в виде комплектующих механизмов, оборудований, узлов арматуры. При изготовлении могут использоваться не только типовые размеры, но и чертежи заказчиков.

Фторсодержащие полимеры отечественного и зарубежного производства можно приобрести как у самих изготовителей, так и через различные посреднические организации. Некоторые из них представляют собой дистрибьюторов, которые ориентированы на продукцию одного бренда, или крупных поставщиков, работающих сразу с несколькими производственными компаниями, чтобы покупателям было легче и быстрее подобрать подходящий товар.

За недолгий период существования фторопласт смог заменить многие материалы, применявшиеся когда-то в тех или иных сферах деятельности. С успешным внедрением в жизнь новейших технологий получилось значительно повысить качественные характеристики различных изделий.

Сферы применения

Тефлоновые смазки широко используются в разных промышленных отраслях для обработки:

  • направляющих и конвейерных лент;
  • транспортных роликов;
  • замков, петель;
  • режущих инструментов;
  • подвижных деталей упаковочных машин;
  • валов в пластиковых подшипниках;
  • узлов оборудования и промышленной техники, работающих под ударной нагрузкой;
  • цепей велосипедов;
  • свечей зажигания;
  • свечных наконечников;
  • крестовин;
  • резьбовых соединений.

Продукция на основе политетрафторэтилена востребована в пищевой, химической, фармацевтической, косметической, текстильной и деревообрабатывающей промышленности. Она может применяться как смазка и разделяющее вещество.

У артикулов, разработанных для пищевой промышленности, есть пищевой допуск NSF. Основные сферы их применения:

  • подшипники в печах, морозильных камерах;
  • цепи в печах;
  • насосы;
  • конвейеры;
  • электродвигатели промышленного оборудования.

Фторопласт: виды

В настоящее время фторопласт – это термин, применяемый к группе материалов, несколько отличающихся друг от друга. Каждая разновидность свойственна какой-либо стране, где она преимущественно производится и применяется, имеет специфическое наименование. Например, в Америке широкое распространение получил тефлон – это так называемый четвертый фторопласт, а вот японский вариант – это полифон. Итальянская промышленность построена с использованием алгофона, английская прибегает к флюону, а французская – к сорефлону. В Германии материал, наиболее активно используемый в промышленных процессах, носит название гостафлон ТР.

Есть также третий фторопласт, который в разных странах представлен под разными наименованиями: в Японии его знают как дайфлон, а во Франции как волталеф. Американская промышленность применяет кель Ф. Также существует второй фторопласт, фторопласт-40 и сополимер, построенный на совмещении винилиденфторида и тетрафторэтилена. В продаже он обычно обозначается как фторопласт-42.

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;
  • практически не горюч;
  • химически чистый материал (отсутствуют примеси, появляющиеся при производстве фторполимеров).

Для фторопласта-2 температура эксплуатации to = 150 оС; температура плавления фторопласта-2 = 170 оС.

Считается универсальным материалом, применяется во всех сферах деятельности, при условии ограничения нагрева.

Процесс создания ПВДФ

В результате лабораторных исследований, разработали несколько технологических процессов для получения фторопласта-2. По критериям рентабельности и выхода готового продукта, в промышленности используются три цепочки, отличающиеся инициаторами и балансом «стоимость/качество»

Свойства кристаллических фаз ПВДФ

Фторопласт-2 обладает четырьмя разновидностями кристаллической фазы, способными переходить из одной в другую под внешними воздействиями:

  • α-фаза. Образуется из расплава без использования давления или из других разновидностей при отжиге.
  • β-фаза. Образуется из расплава под давлением 350 Мпа. Представляет особый интерес, так как в этой фазе материал демонстрирует пьезо- и пироэффекты.
  • γ-фаза. Образуется из перегретого расплава. Нестойкая. При механическом воздействии (деформации образца) переходит в β-фазу.
  • δ-фаза. Образуется из α-фазы при воздействии электрического поля. Отжигая образец в δ-фазе, при соблюдении определенных условий, можно получить любую из трех других разновидностей.

Производители и применение

В настоящее время фторопласт-2 в России не производится. Ведущие зарубежные поставщики: Agru (Австрия), FIP Spa (Италия), Georg Fisсher (Швейцария), Simona (Германия), Glynwed Pipe SYSTEMS LTD.

Трубы и узлы трубопроводов (краны, фитинги) для перекачки агрессивных сред или для производства особо чистых материалов – это то, что делают из фторопласта-2.

Листовой Ф-2 используется для футеровки емкостей и стен помещений.

Импортируют в Россию готовые изделия из фторопласта-2, а также прутки или листы.

Действующие санкции Запада в последнее время снизили возможности закупки.

Список источников

  • www.adr-t.ru
  • smazki.guru
  • teplobloknn.ru
  • e-plastic.ru
  • ru.frwiki.wiki
  • kmci.ru
  • italy-expert.ru
Оцените статью
Охотничий портал
Добавить комментарий