Что такое фторопласт и где он применяется

Свойства фторопластов

Фторопласты, как было сказано выше, могут обладать широкой гаммой различных особенностей и предстать как в виде пластмасс различного вида, так и в виде термоэластопластов. По отношению к растворителям они могут быть как растворимыми, так и нерастворимыми, набухающими или ненабухающими полимерами.

Применение рассматриваемых материалов обусловлено комплексом ценным свойств, которым обладают те или иные марки. Среди таких полезных особенностей фторопластов нужно отметить крайне высокую химическую стойкость, теплостойкость и морозостойкость. Кроме того, многие фторполимеры обладают очень низким коэффициентам трения, что незаменимо при применении в узлах и механизмах, а также отличные диэлектрические характеристики при различных условиях и совсем небольшое водопоглощение.

Фторопласты также обладают рядом недостатков, среди которых невысокая прочность в сравнении с инженерными или конструкционными термопластичными полимерами, высокую степень ползучести этих материалов. Кроме того, не нужно забывать, что подавляющее число фторполимеров очень дороги. 

Какой же из них лучше?

По сравнению с фторопластом капролон менее износостойкий, поэтому он прослужит меньше, а также у капролона ниже коэффициент трения, он составляет 0,2-0,3, а у фторопласта -0,2. Чтобы сделать втулки из капролона деталь нужно обрабатывать с точностью до сотых долей миллиметра. Фторопласт более мягкий материал, при нажатии могут оставаться следы в виде небольших вмятин. Капролон тверже, при ударе издает глухой звук.

Оба материала имеют отличные характеристики, а какой из них лучше, будет зависеть от того, где и с какой целью их применять.

Свойства фторопласта-4

Уникальные свойства полимера в большинстве своем связаны с его молекулярной структурой. Благодаря сильной и устойчивой связи фтора и углерода характеристики фторопласта не встречаются ни в одном другом сочетании. Это делает пластмассу крайне востребованным материалом. На основе фторопласта-4 созданы материалы с добавлениями. Ниже приведены данные для полимера фторопласт-4.

1. Плотность: 2,14-2,26 г / см3.
2. Температура плавления кристаллов: +327Со.
3. Температурный интервал (минимальная и максимальная рабочие температуры): от260Со до +260Со.
4. Температура разложения: выше 415 Со.
5. Температура стеклования аморфных участков: 120Со.
6. Температура наибольшей скорости кристаллизации: 310-315Со.
7. Интенсивность износа: отсутствует.
8. Коэффициент трения по стали: 0,2.
9. Коэффициент теплопроводности: 0,25 Вт/(м*К).
10. Твердость по Бринеллю: 30-40 МПа.
11. Водопоглощение: отсутствует.
12. Разрушающее напряжение при растяжении: 20-30 МПа.
13. Относительное удлинение при разрыве: от 250% до 500%.
14. Фторопласт практически не горит и не плавится, что позволяет использовать его в радиоэлектронной аппаратуре, радиолокационных станциях и других чувствительных приборах. Сгорание возможно только при наличии кислорода, выделяемое количество теплоты невелико — в 10 раз меньше, чем при сгорании полиэтилена.

Без открытого огня процесс горения невозможен: если вытащить фторопласт-4 из огня, он прекратит гореть. При этом сам процесс представляет собой не плавление, а обугливание, но при сильном нагреве (выше 327Со) происходит выделение опасных газов фтора. Последние не выделяются в вакууме. При температуре 415Со материал начинает разлагаться.

Капролон и его характеристики

полиамид 6характеристики стали

Эксплуатационные характеристики капролона позволяют применять его в разных сферах. Он нашел применение вместо стали и бронзы, из него изготавливаются детали для машиностроительной техники, химической, энергетической, нефтяной и пищевой промышленности и других сфер производства. Материал идеально подходит для изготовления деталей узлов трения, роликов и блоков и других механизмов, к которым предъявляются высокие требования по износостойкости.

Отличительными характеристиками капролона являются:

• Высокие прочностные параметры;
• Хорошая устойчивость к разным химическим соединениям;
• Абсолютно не токсичен, поэтому используется для изготовления пищевого оборудования;
• Невысокий коэффициент трения;
• Легко поддается обработке;
• Низкий коэффициент теплопроводности;
• Стоит намного дешевле, чем металл.

Также стоит отнести к преимуществам капролона его небольшую массу и устойчивость к коррозии. Он стойко переносит перепады температуры и до +140оС сохраняет все свои технические характеристики.

Изделия из капролона изготавливаются двумя способами — свободным или центробежным литьем.

Стоимость фторопласта

Цена за материал назначается за 1 кг, и отличается в зависимости от марки и технических характеристик.

• Ф4 выпускается листами разной толщины (0.3-2 мм). Его цена составляет 600-750 рублей у разных производителей.
• Ф4 с модификатором. Это разновидность полимера будет стоить несколько дороже: 700-800 рублей.
• Порошковый фторопласт достаточно редкий товар, имеющий большой разброс цен. В среднем стоимость за 1 кг составляет 1000-1100 рублей.
• Стоимость Ф3 составляет 500 — 700 рублей.
• Производитель марки фторопласта Ф2 редко назначает цену выше 600 рублей, средняя стоимость — 500-540 рублей.

Оптовая покупка полимера обойдется дешевле у большинства поставщиков и заводов изготовителей.

Области, в которых применяется фторопласт

Сегодня тефлон используется практически во всех сферах хозяйственной деятельности. Его активно используют в медицине, фармацевтике, энергетике и строительстве, конструкциях автомобилей и самолетов. Распространено применение фторопласта в пищевой промышленности. Из него изготавливают наполнители для высокотемпературных мембранных фильтров, термостойкие прокладки различных видов, ответственные элементы запорной и регулирующей арматуры, клапанов и насосного оборудования в химической отрасли.

Машины и механизмы

В производстве транспортных средств, машин, механизмов, в станкостроении и авиационной промышленности используются конструкционные свойства тефлона. В узлах, подвергающихся воздействию больших нагрузок, используются скользящие элементы и подшипники, состоящие из металлического основания, покрытого тефлоном.

Во время работы механизма фторопласт оставляет тонкую пленку на поверхности, с которой соприкасается, благодаря чему удается значительно снизить коэффициент трения.

По этой же причине мелкодисперсный фторопласт иногда вводят в состав смазочных материалов. Тонкий слой тефлонового покрытия, образующийся на трущихся поверхностях элементов в процессе эксплуатации, позволяет механизму некоторое время продолжать работать, если смазка по какой-то причине перестала поступать в систему. Кроме этого, тефлоновые сальники и уплотнительные элементы являются обязательной составляющей трубопроводов и гидравлических систем высокого давления в конструкциях большинства машин.

Медицина и фармацевтика

Фторопласт имеет хорошую совместимость с человеческим телом, поэтому его успешно применяют для изготовления протезов в хирургии, кардиологии и стоматологии. Из фторопласта изготавливают искусственные заменители сосудов кровеносной системы и сердечных клапанов. Сейчас тефлон заменил титан, использование которого для изготовления протезов ранее накладывало ряд ограничений на жизнедеятельность человека.

Пищевая отрасль

Заслуживает внимания также применение фторопласта в пищевой промышленности. Он используется в качестве внутреннего покрытия трубопроводов и сальникового уплотнения насосов, перекачивающих различные сырьевые жидкости, такие как подсолнечное масло, лецитин, жировые и молочные массы.

Антипригарные покрытия емкостей для термической обработки пищевых продуктов также изготавливают из тефлона.

Большую популярность получила посуда Тефаль с антипригарной поверхностью.

Химия

В химическом производстве широко распространено применение фторопласта для изготовления деталей запорно-регулирующей арматуры и уплотнительных элементов сосудов и трубопроводов, транспортирующих жидкие растворы с высокой степенью химической агрессии. Благодаря своей способности противостоять воздействию химически активных веществ, материал используется в реакторах колонного типа, экстракторах и различных емкостях в качестве футеровки поверхностей, контактирующих с агрессивной средой.

Электротехника и электроника

В электротехнике, приборостроении и электронике фторопласт применяют как диэлектрик. Тефлоновая пленка – важная составляющая современной высококачественной кабельной продукции. Изоляционные фторопластовые материалы используют для производства катушек, конденсаторов и плат. Фторопластовая изоляция способна противостоять воздействию высокотемпературных агрессивных сред.

Строительство

Фторопластовые пластины – важнейшие детали конструкций скользящих опор ответственных сооружений, таких как мосты, галереи, эстакады, путепроводы и другие пролетные строения. В регионах с высоким уровнем сейсмической активности тефлоновые прокладки используются в местах опирания балок перекрытия на колонны, а также в узлах установки колонн на фундаменты для того, чтобы обеспечить возможность свободного перемещения элементов строительных конструкций каркаса здания.

Производство одежды и специальных видов ткани

Тончайшая пленка, которая образуется в процессе деформации тефлонового сырья, служит покрытием для специальных видов ткани.

Такая ткань применяется для пошива высокотехнологичной одежды с водоотталкивающими и ветрозащитными свойствами.

При этом пористый материал не задерживает естественные испарения человеческого тела. Большая часть современной одежды для спорта и активного отдыха имеет тонкое тефлоновое покрытие.

Откуда взялось?

Фторопласт – это соединение, которое впервые удалось изготовить в далеком 1938 году. Автором изобретения считается Рем Планкетт. В настоящее время слова «фторопласт» и «тефлон» используются как синонимы. Инженеры Советского Союза смогли создать такое же соединение в период Второй мировой войны. В то время трубка из фторопласта была большой ценностью: материал выдавали на строго ограниченные цели и только в небольших количествах. Каждая такая процедура требовала подтверждения со стороны представителей специальной службы безопасности.

В наши дни фторопласт листовой (а также в иных формах) представляет собой очень распространённый материал, обширно применяемый для достижения самых разных целей. Доступ к нему больше ничем не ограничен (кроме, конечно, цены).

Серьезная промышленность и серьёзные материалы

Фторопласт активно используется в авиации. Именно из него можно создавать авиационные трубопроводы, сталкивающиеся во время своей работы с повышенными нагрузками. По таким трубам жидкость прокачивается в условиях очень высокого давления, а также при повышенной температуре. Благодаря плотности и высокой температуре плавления фторопласт оптимально подходит для конструирования подобных систем.

Не менее важен фторопласт и для моторостроения, так как служит исходным сырьем для производства многочисленных расходных частей и запасных деталей. Именно из него делают, к примеру, пластины скольжения, монтируемые для опор. Незаменим фторопласт и при производстве подшипников. Материал зачастую применяют в качестве уплотнения, работая над стыками. Тефлон оптимален и как средство для устранения фрикций, способных разрушить машину. Колебательные движения сглаживаются, и материал основной конструкции не сталкивается с нагрузками – их полностью поглощает фторопласт.

Где используется материал

Фторопласт: технические характеристики

При производстве фторопласта-4 в обязательном порядке соблюдаются требования ГОСТ 10007-80. Ниже в таблице представлены наиболее значимые физико-химические свойства этого материала.

Свойства	Параметр
Рабочая температура (С)	-269… +260
Теплопроводность (Вт/м.град при комнатной температуре)	0.25
Температура плавления (С)	+327
Относительное удлинение до разрыва (%)	350
Давление, необходимое для разрушения при растяжении (МПа)	20-30
Коэффициент трения (по стали)	0.2
Водопоглощение за сутки
Твердость по Бринеллю (МПа)	30-40
Плотность (кг/м3)	2100-2200

Вот такие замечательные имеет фторопласт-4 характеристики. Свойства этого материала позволяют использовать его для изготовления деталей высочайшего качества.

Модификации Ф4

Наряду с Ф4 широко используются и его многочисленные модификации. В качестве примера можно взять некоторые из них:

• Содержащий 20% кокса коксофторопласт Ф4К20 при меньшей плотности обладает большей твердостью, износостойкостью и механической прочностью на сжатие, что позволяет изготавливать из него поршневые кольца для компрессоров.
• Коксофторопласт Ф4К15М5 с 5% добавкой дисульфида молибдена и повышенной износостойкостью пригоден для работы в узлах и опорах подшипников скольжения.
• До 15% стекловолокна содержат модификации стеклофторопластов Ф4С15 и Ф4С15М5. Благодаря эластичности и износостойкости материалы используются в качестве уплотнений, а композиция Ф4С15М5 с добавкой 5% дисульфида молибдена и во влажной среде.
• Самосмазывающаяся антифрикционная композиция Ф4КС2 с легирующей добавкой кобальта синего пригодна для работы в парах трения с бронзой, резиной и многими сплавами и в агрессивных средах.

Фторопласт обладает уникальными физико-химическими свойствами, позволяющими использовать его во множестве отраслей промышленности, а также в медицине и бытовом хозяйстве.

Универсальный композит Ф4

Плотность фторопласта Ф 4 составляет 2,12—2,2 г/см. куб. Он обладает одним из самых низких коэффициентов трения — 0,04 по стали, однако он увеличивается при значительном сроке службы и с повышением температуры из-за низкой теплопроводности. В качестве самостоятельных опорных или подшипниковых узлов фторопласт не используется, его антифрикционные свойства находят применение в композитных металлофторопластовых материалах, из которых изготавливают антифрикционные вкладыши, втулки, ленты, или в смазочных материалах с добавлением мелкодисперсного фторопласта.

Ограничивают область применения фторопласта и его свойства термостойкости. Ф4 обладает наиболее широким диапазоном допустимой для фторопластов температуры эксплуатации — от -270°С до +260°С и максимальной температурой плавления +327°С.

Достоинством фторопласта являются его высокие диэлектрические свойства — удельное электрическое сопротивление, электрическая прочность и диэлектрическая проницаемость. В электротехнике и электронике из Ф4 изготавливают изоляцию проводов, подложки печатных плат, диэлектрические прокладки и изоляторы.

Наиболее широкую область применения обеспечивают фторопласту 4 характеристики химической стойкости и инертности. Он выдерживает действие любой агрессивной среды, кроме расплавов щелочных металлов, трехфтористого хлора и элементарного фтора

Для работы с химически агрессивными веществами используют изготовленные из фторопласта или футерованные трубопроводы, сосуды и резервуары любого объема, насосы и клапаны с рабочими деталями и узлами из фторопласта.

Благодаря совокупности свойств химстойкости, текучести и гидрофобности фторопласт применяют в качестве уплотнительного материала — прокладок, сальниковых, манжетных и сильфонных уплотнений. Для бытовых нужд многие вместо традиционной льняной пакли давно используют ленту ФУМ.

Хорошо знакомы с фторопластом и домохозяйки, зачастую и не догадываясь о его существовании. Для них более привычным материалом является тефлон в качестве антипригарного покрытия кастрюль, сковородок, утюгов, конфорок и рабочих столов кухонных плит. Использование тефлона в пищевой промышленности ограничено максимальной температурой 315 °C, поэтому ни в коем случае нельзя допускать перегрева посуды или приборов с тефлоновым покрытием. Кроме того, эти покрытия очень чувствительны к механическим воздействиям и требуют соблюдения предписанных производителем правил ухода и чистки.

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, опорные 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. Характеристики (применяемость его на самом деле очень широка), предусмотренные ГОСТом, рассмотрим чуть ниже.

Фторопласт: сочетая и разделяя

Довольно обширное применение в промышленных процессах получили разнообразные соединения, построенные на фторопласте. Большинство из них производится следующим образом: в качестве основы берут полимер на базе фтора, в него добавляют специальные компоненты, корректирующие необходимые качества. Таким образом можно повысить плотность или стойкость к износу, увеличить сопротивление высоким и низким температурам, откорректировать параметры упругости и твердости конечного продукта.

Наполнителями могут быть самые разные компоненты, основное условие – способность выдержать ту температуру, при которой спекают фторопласт. В настоящее время принято разделять возможные наполнители на несколько групп. Широко используются металлы (медь, никель, благородное серебро и ряд других соединений). Можно вводить во фторопласт минералы – каолин, кварц или керамическую крошку. Довольно хороший результат может дать добавление органических соединений – сажи, угля, кокса, графита. Армирующий эффект могут придать наполнители в виде каркаса или волокон. Первые обычно представляют собой мятые сетки из металла или фольгу, а вторые представлены неткаными и ткаными материалами. Нетканые – усы из металла, волокна базальта, кварца, асбеста. Тканые наполнители фторопласта – стеклоткань, ткань базальта, асбеста, графита.

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 характеристики 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».

Химические характеристики

Преобладает перед большинством синтетических и металлических материалов. Сохраняется при воздействии кислот и щелочей. Его структура может деформироваться от жидких сплавов щелочных металлов, фтора или трифторида хлора.

Создание полимера

Изготовление такого вещества имеет 3 этапа:

• образование фтордихлорметан способом обмена молекул галогена на фтор;
• образование тетрафторэтилена пиролизом фтордихлорметан;
• полимеризация фторопластового порошка.

Производится несколько моделей такого порошка. Конструкции из фторопласта (ф-4) делают тремя способами:

• холодным прессованием и запеканием при высокой температуре;
• экструзией;
• прессования водой.

Применение

Если вас интересует, где применяется фторопласт, то он встречается в следующих сферах:

• электротехническая, химическая, пищевая, нефтяная и газовая промышленность;
• в медицинской сфере;
• транспортное, атомное и военное строение;
• атомная энергетика;
• изготовление конструкций;
• авиация;
• мостостроение.

С помощью употребления фторопласта при изготовлении противопригарной посуды (ТЕФАЛЬ), он стал очень популярным.

Применение в промышленности и технике

Данный полимер применяют в качестве:

• различных видов теплостойких прокладок;
• материала для тканевых полотен;
• мешковых мембран;
• очистительные приборы;
• автомобильных деталей;
• насосных систем и мешалок;
• элементозапорных клапанов;
• технических материалов высоких частот.

Из ф-4 делают:

• ректификационные колонны;
• сильфоны;
• трубопроводы;
• аппаратуру;
• сальниковые набивки;
• плиты для облицовки.

Фторопластовая пленка применяется при производстве:

• конденсаторов;
• проводков;
• кабельных установок;
• пазов электромашин;
• изоляции катушек.

Также благодаря своим химическим свойствам, вещество называют Фторопластовым Уплотнительным материалом. Еще оно является смазывающим элементом.

Негативное влияние

Материал не реагирует с продуктами питания, техникой и водой. Если он окажется в организме, то никакого вреда не принесет.

Вещество может быть опасным в двух ситуациях:

1. При перегреве полимера.
2. Во время производства.

В России отсутствуют нормы, которые позволяют производить контроль над производственным загрязнением фторопласта. Это негативно влияет на качество готовой продукции.

Итак, из всего вышесказанного можно сделать вывод, что такое вещество, как фторопласт имеет множество функций, которые положительно влияют на его широкое использование во многих сферах промышленности. Также он практически безвреден для человеческого здоровья, то есть является экологически безопасным для его эксплуатации. Посмотрите вокруг: много вещей в нашей среде изготовлены без наличия фторопласта в своем составе?

Наверное, немного. Этот материал является практически незаменимым на сегодняшний день. Надеемся, наша статья дала вам исчерпывающий ответ о том, что такое фторопласт.

Марки фторопласта

На сегодняшний день предприятия химической промышленности выпускают три основные марки фторопласта — гомополимеры поливинилиденфторид (Ф2), политрифторхлорэтилен (Ф3) и политетрафторэтилен (Ф4), а также их сополимеры, представляющие собой комбинацию из цепочек гомополимеров Ф2, Ф3 и Ф4 (в состав может также входить пропилен). Марки материала различаются по ряду параметров: тепло- и электропроводности, рекомендуемому температурному режиму эксплуатации, плотности, степени растворимости в кислотах и щелочах.

Наиболее востребованным материалом является фторопласт Ф4, изделия из которого изготавливают методом прессования, после чего запекают при высокой температуре (360–370 °C). На производстве используется также метод экструзии. Технология заключается в подаче в экструдер полимерного порошка под большим давлением, спекания и получении на выходе изделий большой длины (до 5 метров). Довольно часто для придания материалу определенных свойств или их усиления в состав сырья вводятся дополнительные компоненты — модификаторы. Это может быть кокс, стекловолокно, кобальт и т.п. В этом случае к маркировке фторопласта добавляются буква «М» и число, показывающее количество добавок, присутствующих в составе материала.

Области, в которых применяется фторопласт листовой

Благодаря химической и биологической инертности листовой материал используется для изготовления сальниковых элементов трубопроводов и насосных агрегатов в химической и пищевой промышленности. Из тефлона изготавливают детали футеровки поверхностей емкостей, контактирующих с химически активными и агрессивными средами.

Из листового фторопласта производят непроводящие ток детали электротехнического высоковольтного и низковольтного оборудования, коммутационных и слаботочных устройств.

Пластины из фторопласта являются обязательными элементами узлов опирания пролетных конструкций, таких как мосты и путепроводы. Вставки из тефлона применяются для снижения сил трения в конструкциях подшипников и скользящих деталей машин и механизмов.

Области применения

Благодаря сочетанию уникальных свойств и невысокой цены фторопласт-4 применяют в самых разных областях. Изделия могут целиком состоять из вещества, но в некоторых случаях им покрывают только поверхность. Они легко поддаются пилению, сверлению, резке и другим работам.

1. В электронной промышленности фторопласт-4 применяют для изоляции проводов, разъемов, высоковольтных кабелей и электрических машин, для изготовления печатных плат, тросов и компрессоров.
2. В химической промышленности материал используют при изготовлении шлангов, насосов, емкостей для хранения и транспортировки, для защиты различных поверхностей от коррозии. Также его применяют для хранения спирта, смесей на его основе и особо чистых веществ, которые не должны быть загрязнены. Благодаря высокой сопротивляемости фторопласт-4 может долгое время контактировать с агрессивными химическими веществами (кислотами и щелочами), маслами, сточными водами, солями, керосином, нефтью и разными видами топлива. Материал устойчив к воздействию радиации, плесени, тумана и солнца.
3. В пищевой промышленности материал используют в качестве насосов, антипригарных покрытий, валиков для раскатки теста, фильтров и уплотнителей для техники.
4. В медицине большим спросом фторопласт-4 пользуется в качестве емкостей для хранения крови и лекарственных препаратов, как материал для изготовления искусственных кровяных сосудов и клапанов. Все изделия гигиеничны и проходят сертификацию.
5. В машиностроительной промышленности в «чистом» виде из материала получают подшипники, прокладки, уплотнители, манжеты, опоры скольжения и поршневые кольца – все, что пролегает в местах трения машин и приборов. Подходит он и для работ при высоком давлении, при низких температурах и в глубоком вакууме.

Чаще всего в материал добавляют примеси для усиления твердости, износостойкости и других параметров. Например, добавление графита, бронзы, стекловолокна или кокса позволяет уменьшить износ и увеличить теплопроводность и прочность при сжатии.