Фторопласты — полімери: унікальні властивості і температура плавлення

Фторопласты або фторлоны — це фторовмісні полімери або пластмаси, до яких відносяться фторопласт 2 (полівініліденфторид), фторопласт 3 (политрифторхлорэтилен), фторопласт-4 (політетрафторетилен) і сополімери фторпроизводных етилену.

Назва «фторлон» з’явилося в Радянському Союзі, але не прижилося. Вперше матеріал потрапив в СРСР під час Великої Вітчизняної війни з США: союзники використовували його для ущільнення і підшипників танків. Перші роботи зі створення фторопласту почалися вже в 1947 році під керівництвом Черешкевича Лева Вікентійовича. Перша дослідна партія була готова в 1949 році.

Фторопласт-4

Найчастіше при згадці фторопластов мають на увазі саме фторопласт-4. Це найбільш поширений і дешевий у виробництві варіант пластмаси, відомий в Європі під кількома назвами. У США його називають «Тефлон» або «Галон», у Великобританії – «Флубон», у Німеччині – «Гостафлон ТФ», в Японії – «Полифлон», в Італії – «Алгофлон», у Франції – «Сорефлон» або «Гафлон».

Його виготовляють і продають як в «чистому» вигляді, так і з наповнювачами: графітом, металевими порошками та скловолокном. Добавки дозволяють підсилити певні властивості, пристосовуючи полімер до певних потреб. В продаж звичайно випускають заготовки у формі дисків, стрижнів, пластин і штулок.

Фторопласт-4 володіє відмінними термостійкими і антифрикційними властивостями, є прекрасними ізоляторами струму і легко витримує навіть агресивну хімічну середу. Це дозволяє використовувати матеріал при створенні первинної обмотки високовольтних проводів, струмопровідної і нагрівальної жили, нагрівального кабелю, при виготовленні прокладок, шайб, шлангів для гідросистем і обладнання для теплої підлоги.

Властивості фторопласту-4

Унікальні властивості полімеру в більшості своїй пов’язані з його молекулярною структурою. Завдяки сильною і стійкою зв’язку фтору і вуглецю характеристики фторопласту не зустрічаються ні в одному іншому поєднанні. Це робить пластмасу вкрай затребуваним матеріалом. На основі фторопласту-4 створено матеріали з додаваннями.

Нижче наведені дані для полімеру фторопласт-4.

  1. Щільність: 2,14-2,26 г / см3.
  2. Температура плавлення кристалів: +327Со.
  3. Температурний інтервал (мінімальна і максимальна робочі температури): от260Со до +260Со.
  4. Температура розкладання: вище 415 З.
  5. Температура склування аморфних ділянок: 120Со.
  6. Температура найбільшої швидкості кристалізації: 310-315Со.
  7. Інтенсивність зносу: відсутній.
  8. Коефіцієнт тертя по сталі: 0,2.
  9. Коефіцієнт теплопровідності: 0,25 Вт/(м*К).
  10. Твердість по Брінеллю: 30-40 МПа.
  11. Водопоглинання: відсутній.
  12. Руйнівна напруга при розтягуванні: 20-30 МПа.
  13. Відносне подовження при розриві: від 250% до 500%.
  14. Особливості плавлення

  15. Фторопласт практично не горить і не плавиться, що дозволяє використовувати його в радіоелектронній апаратурі, радіолокаційних станціях і інших чутливих приладах. Згоряння можливо тільки при наявності кисню, виділяється кількість теплоти невелика — в 10 разів менше, ніж при згорянні поліетилену.

Без відкритого вогню процес горіння неможливе: якщо витягнути фторопласт-4 з вогню, він перестане горіти. При цьому сам процес являє собою не плавлення, а обвуглювання, але при сильному нагріванні (вище 327Со) відбувається виділення небезпечних газів фтору. Останні не виділяються у вакуумі. При температурі 415Со матеріал починає розкладатися.

Трохи мінусів

Незважаючи на численні переваги, фторопласт-4 має незначну кількість недоліків. Матеріал практично не підлягає склеюванню: для цього необхідно провести обробку розплавами окислювачів при високій температурі. Також пластмаса реагує на трехфтористый хлор при впливі високих температур, на розплави лужних металів та їх розчини.

Області застосування

Завдяки поєднанню унікальних властивостей і невисокої ціни фторопласт-4 застосовують в самих різних областях. Вироби можуть повністю складатися з речовини, але в деяких випадках їм покривають тільки поверхня. Вони легко піддаються пиляння, свердління, різання та інших робіт.

  1. В електронній промисловості фторопласт-4 застосовують для ізоляції проводів, роз’ємів, високовольтних кабелів та електричних машин, для виготовлення друкованих плат, тросів і компресорів.
  2. У хімічній промисловості матеріал використовують при виготовленні шлангів, насосів, ємностей для зберігання і транспортування, для захисту різних поверхонь від корозії. Також його застосовують для зберігання спирту, сумішей на його основі і особливо чистих речовин, які не повинні бути забруднені. Завдяки високій опірності фторопласт-4 може довгий час контактувати з агресивними хімічними речовинами (кислотами та лугами), маслами, стічними водами, солями, гасом, нафтою і різними видами палива. Матеріал стійкий до впливу радіації, цвілі, туману і сонця.
  3. У харчовій промисловості матеріал використовують в якості насосів, антипригарних покриттів, валиків для розкочування тіста, фільтрів і ущільнювачів для техніки.
  4. У медицині великим попитом фторопласт-4 користується в якості ємностей для зберігання крові і лікарських препаратів, як матеріал для виготовлення штучних кров’яних судин та клапанів. Всі вироби гігієнічні та проходять сертифікацію.
  5. У машинобудівній промисловості у «чистому» вигляді з матеріалу отримують підшипники, прокладки, ущільнювачі, манжети, опори ковзання і поршневі кільця – все, що пролягає в місцях тертя машин і приладів. Підходить він і для робіт при високому тиску, при низьких температурах і в глибокому вакуумі.

Найчастіше в матеріал додають домішки для посилення твердості, зносостійкості та інших параметрів. Наприклад, додавання графіту, бронзи, скловолокна або коксу дозволяє зменшити знос і збільшити теплопровідність і міцність при стисненні.

Види матеріалу

Крім чистого використання часто можна зустріти добавки. Це дозволяє посилити певну властивість фторопласту і пристосувати матеріал під конкретні запити.

  1. Ф-4С15: складається з фторопласту-4 і 15% скловолокна. Володіє підвищеною зносостійкістю (показник збільшується в 250 разів) і опором повзучості (посилений в 1,5 рази). Стійко витримує багато агресивні середовища, включаючи сухі гази, що використовується при температурі від -60Со до +250Со. Використовується для виробництва ущільнень і як антифрикційний матеріал.
  2. Ф-4К20: містить 20% коксу. Це посилює зносостійкість пластмаси (показник збільшується в 600 разів) і збільшує напругу: воно підвищується на 30% при 10%-ій деформації стиснення. Останній показник вірний при температурі від -60Со до +250Со. Застосовується для виробництва ущільнювальних виробів рухомих сполук і поршневих коліс, для роботи яких згодом не потрібно мастило. Матеріал здатний контактувати з нержавіючими сталями, сплавами алюмінію і деякими сплавами титану.

  3. Ф-4К15М5: суміш фторопласту-4, коксу (15%) і дисульфіду молібдену (5%). Володіє підвищеною зносостійкістю — вона вище в 1000 разів — і зниженим коефіцієнтом тертя. Застосовується при роботі в умовах вологих газів в якості накладних напрямних опор підшипників ковзання.
  4. Ф-4К15УВ5: складається з пластмаси, 15% коксу і 5% вуглецевого волокна. Порівняно з Ф-4К20, суміш володіє підвищеною в 1,5 рази стійкістю до деформації, яка відбувається при навантаженнях. Також володіє зниженим тертям, підвищеною стійкістю до хімічних елементів та відсутністю накопичення статичної електрики.

Ссылка на основную публикацию