Фторопласт: применение, свойства, производство и цена

Фторопласт: применение, свойства, производство и цена

Фторопласт — современный конструкционный материал, который благодаря своим особенным эксплуатационным свойствам широко применяется в машиностроении, электротехнике, медицине, пищевой и химической промышленности.

Пластины и стержни из фторопласта можно приобрести оптом или в розницу.

Современное оборудование позволяет изготавливать разнообразные изделия из фторопласта по чертежам заказчика с точным соблюдением всех размеров.

Удобные сервисы транспортировки позволят организовать быструю доставку фторопластов.

Закупка полимеров и пластиков у крупных поставщиков имеет ряд преимуществ:

  • широкая география поставки;
  • опт и розница;
  • востребованные типоразмеры;
  • персональный подход к клиентам.

Ознакомиться с ассортиментом.

В последние десятилетия тефлон, или фторопласт-4, приобрел большую популярность. Широким массам населения этот пластический материал молочно-белого цвета стал известен благодаря его использованию при производстве посуды с антипригарным покрытием (Tefal). Но этим сфера применения данного полимера не ограничивается.

История

Считается, что первый фторопласт был получен в начале 20 века в США, однако достоверных сведений о методе производства, химической формулы и свойствах этого вещества в литературе не приводится. В СССР фторполимеры впервые поступили из-за рубежа в период второй мировой войны. После нее было оборудовано первое отечественное производство этого полимера.

На сегодняшний день различные фторопласты в больших количествах используются в химической и строительной индустриях, машиностроении, медицинской отрасли. Также фторсодержащие полимеры применяют для выпуска высокотехнологичных волокон и специальных тканей. Наиболее часто используемым типов фторопласта считается политетрафторэтилен (ПТФЭ) или фторопласт-4, который также называют коммерческими марками: тефлон, галлон, гостафлон, флюон и т.д.

Фторопласт обладает уникальными физико-химическими свойствами и характеристиками:

✔Не окисляется и не подвержен коррозии.

✔Обладает высокой плотностью и стойкостью.

✔Фторопласт-4 отмечен в книге рекордов Гиннеса как самый скользкий материал, что открывает полимеру широчайшие возможности в машиностроительной отрасли и в транспортной промышленности.

✔Фторопласт-4 (он же Тефлон, Политетрафторэтилен ПТФЭ) инертен по отношению к химически агрессивным средам.

✔Обладает очень низким коэффициентом трения.

✔Термостоек — рабочая температура от -269°С до +260°С.

✔Не впитывает воду.

✔Срок службы более 20 лет.

✔По видам фторопласт Ф4 является самым востребованным по отношению к маркам Ф-2, Ф-3.

Тефлон был открыт в 1938 году химиком Роем Планкеттом, работающим в американской корпорации Kinetic Chemicals. Ученый случайно обнаружил, что газообразный тетрафторэтилен, закачанный в баллоны под давлением, полимеризовался в порошок, обладающий уникальными свойствами. Патент на этот полимер был выдан в 1941 году. А 8 лет спустя Kinetic Chemicals стала подразделением мирового химического гиганта DuPont. В СССР о политетрафторэтилене узнали во время второй мировой войны, когда советские техники разобрали танк производства США и обнаружили в его башенном механизме большое белое кольцо из фторопласта.

Благодаря своим характеристикам, физико-химическим, механическим и электрическим свойствам, фторопласт используется повсеместно, детали и изделия из этого пластика применяют во всех сферах, от космической промышленности, медицины, судостроения, до бытовых изделий.

Виды фторопласта

Фторопласт-4 обладает наиболее высокой плотностью, термической и химической стойкостью, его чаще всего используют в промышленности и в быту.

Технология производства фторопласта

В России технология производства фторопласта осущетвляется в три этапа:

  • получение хлордифторметана по реакции Свартса;
  • из хлордифторметана путем пиролиза получают тетрафторэтилен;
  • в результате полимеризации тетрафторэтилена образуется фторопластовый порошок.

Для производства заготовок в виде фторопласта листового (пластины), стержней (кругляк) применяется способ холодной прессовки и дальнейшего спекания при температуре 365°C. Прессование производится на прессах с гидравлическим приводом, работающих с давлением 350 кгс/см2. Затем из заготовок путем механической обработки в дальнейшем изготавливаются различные изделия. Фторопласт можно обрабатывать практически любым механическим способом – сверлением, шлифованием, фрезерованием, точением. Детали могут целиком состоять из фторопласта, или им покрывают только поверхность изделия для улучшения антифрикционных свойств.

Технология производства фторопласта (политетрафторэтилен) является наиболее отработанной для современной промышленности.

Недостатки фторопласта

Фторопласт — универсальный материал, но у него есть и недостатки, большинство из которых современные ученые все же научились преодолевать путем добавления различных наполнителей и созданием новых композитов:

  • выделяет вредные вещества при нагреве более +300°С;
  • не поддается склеиванию без дополнительной обработки, для обеспечения адгезии необходимо провести обработку расплавами окислителей при высокой температуре;
  • ползучесть при высоких нагрузках, с помощью модифицирования радиационным воздействием и армирования стекловолокном улучшаются механические свойства фторопласта.

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.

Марки и технические характеристики фторопласта

Сегодня существует несколько марок фторопласта, которые различаются размерами молекул и их количеством. Рассмотрим наиболее популярные марки, и их технические характеристики:

  • Фторопласт-2 (поливиниленфторид) имеет высокую прочность и упругость, выдерживает действие агрессивных химических веществ. Чаще всего применяется в трубопроводах и для изготовления емкостей для хранения химикатов. Существуют модификации материала с добавлением других веществ, тогда в маркировке присутствует буква М.
  • Фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен) отличается высокой прочностью и твердостью, при высоких температурах хорошо плавится, размягчается, меняет форму, напротив, к воздействию низких температур – устойчив. Применяется в составе антикоррозийных покрытий. Существует модифицированный фторопласт-3 с маркировкой Ф-3М.
  • Фтороласт-4 (политетрафторэтилен) имеет наиболее высокую плотность среди прочих фторопластов, устойчив к действию высоких температур (выдерживает нагревание до 260 градусов), отличается высокой гидрофобностью и малой пористостью. На сегодняшний день существует несколько разновидностей фторопласта-4, например, Ф-4ПН, Ф-4О, Ф-4Д и другие. Все они имеют отличительные свойства, которые обуславливают их применение в той или иной сфере.
  • Фторопласт-40 схож по свойствам с Ф-4, устойчив к воздействию агрессивной химии, не пропускает УФ-лучи, не горюч. Производится в двух видах – Ф-40П и Ф-40Ш.

Основные технические характеристики перечисленных фторопластов представлены в таблице.

Технические характеристики фторопластов
Название материала Плотность, кг/м3 Температура использования, Cº Удельное сопротивление, Ом*м Растяжение, МПа
Фторопласт-2 1 780 – 45/+150 1 010 – 1 013 44 – 55
Фторопласт-3 2 090 – 2 160 – 195/+190 1 015 – 1 017 35 – 43
Фторопласт-4 2 150 – 2 240 – 260/+160 1 017 – 1 018 16 – 35
Фторопласт-40 1 700 – 200/+200 1 016 27 – 50

В России вот уже много лет фторопласты в большом количестве производятся на химических предприятиях. Сфера применения полимеров чрезвычайно широка и обусловлена их техническими характеристиками. Материал имеет ряд исключительных свойств, благодаря которым он востребован в самых разных отраслях, и потребность в нем только возрастает последние годы, а соответственно и увеличивается и доля его производства в химической промышленности страны.

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 степенью кристалличности 80—85%, температурой плавления 327 °С и температурой стеклования 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 негорюч, 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.

Фторопласт-4

Чаще всего при упоминании фторопластов имеют ввиду именно фторопласт-4. Это наиболее распространенный и дешевый в производстве вариант пластмассы, известный в Европе под несколькими названиями. В США его называют «Тефлон» или «Галон», в Великобритании – «Флубон», в Германии – «Гостафлон ТФ», в Японии – «Полифлон», в Италии – «Алгофлон», во Франции – «Сорефлон» или «Гафлон».

Его изготавливают и продают как в «чистом» виде, так и с наполнителями: графитом, металлическими порошками и стекловолокном. Добавки позволяют усилить определенные свойства, приспосабливая полимер к определенным нуждам. В продажу обычно выпускают заготовки в форме дисков, стержней, пластин и штулок.

Фторопласт-4 обладает отличными термостойкими и антифрикционными свойствами, является прекрасными изоляторами тока и легко выдерживает даже агрессивную химическую среду. Это позволяет использовать материал при создании первичной обмотки высоковольтных проводов, токопроводящей и нагревательной жилы, нагревательного кабеля, при изготовлении прокладок, шайб, шлангов для гидросистем и для оборудования теплого пола.

Инструкция по выбору поршневого уплотнения

Влияние наполнителей на свойства фторопласта (ПТФЭ/PTFE/Ф4)

Несмотря на замечательные свойства чистого, без наполнителей или исходного фторопласта, их недостаточно для решения целого ряда более сложных инженерных задач.

В частности, его текучесть в естественных условиях или деформация во времени исключает использование ПТФЭ для решения задач в области механики. Находясь в нагруженном состоянии, фторопласт существенно деформируется со временем даже при комнатной температуре.

Кроме того, исходный PTFE не обладает упругостью и быстро изнашивается, несмотря на низкий коэффициент трения.

В 1960 году было обнаружено, что путем введения наполнителей можно улучшить некоторые физические свойства, в частности сопротивление деформации во времени и износостойкость. Большинство наполнителей стабильны при температурах до 400 °С, поэтому они не ограничивают верхний температурный диапазон фторопласта.

Ниже перечислены несколько основных наполнителей с описанием их воздействия на физические свойства материала на основе PTFE.

· Стекловолокно и дисульфид молибдена (PTFE+glass/Ф4С15М5)

· Кокс и сажа (PTFE+carbon/Ф4К20)

· Бронза (PTFE+bronze/ Ф4Бр40)

· Углеродные волокна

· Углерод и углеграфит

Компания «ПК «Сатурн» постоянно занимается поиском уникальных смесей и составов, которые улучшают эксплуатационные характеристики уплотнений при работе в самых экстремальных условиях.

Стекловолокно(PTFE+glass/Ф4С15) и дисульфид молибдена (MoS)

Стекловолокно чаще всего используется в качестве наполнителя, снижающего деформацию фторопласта при низких и высоких температурах. Оно также повышает износостойкость и обладает хорошей прочностью на сжатие. Стекловолокно химически инертное, за исключением плавиковой кислоты и сильных щелочей. Оно практически не оказывает влияние на электрические свойства PTFE.

Дисульфид молибдена повышает твердость и жесткость фторопласта при одновременном снижении коэффициента трения. Он практически не оказывает влияния на электрические свойства материала. Дисульфид молибдена в значительной степени химически инертный и растворяется в сильных окисляющих кислотах.

Обычно он используется в небольших весовых количества и в сочетании с другими наполнителями такие как стекловолокно.

Фторопласт с добавлением стекловолокна (15%) и дисульфида молибдена (5%) используется для уплотнения гидравлических штоков и поршней. Уплотнения из этого материала выдерживают давление 40 Мпа.

Технические характеристики:

Прочность на разрыв

Прочность на широкий разрыв

Минимальная температура применения

Максимальная температура применения

Кокс и сажа (PTFE+carbon/Ф4К20)

Армированный коксом фторопласт Ф4К20 демонстрирует превосходную износостойкость и улучшенные показатели при «сухом» трении в сравнении с ненаполненным Фторопластом 4. Фторопласт с добалением кокса, по сравнению с белым PTFE, имеет в 600 раз большую износостойкость и при 10% деформации сжатия его внутреннее напряжение выше на 30%

Фторопласт Ф4К20 – самый известный в России фторопласт с наполнителем. Из него изготавливают изделия антифрикционного назначения и уплотнительные детали, работающие в условиях трения/скольжения, особенно для эксплуатации в отрицательных температурных воздействиях.

Ф4К20 пригоден для работы в условиях высокого вакуума в среде углеводородных газов, сухого воздуха, жидких углеводородов, растворителей. За счет увеличенной теплопроводности демонстрирует лучшую стабильность размеров и обрабатываемость. Фторопласт Ф4К20 примерно в 2 раза дороже чистого Фторопласта 4.

Фторопласта с добавлением кокса используется в роторных уплотнениях.

Технические характеристики:

Прочность на разрыв

Прочность на широкий разрыв

Минимальная температура применения

Максимальная температура применения

Бронза (PTFE+bronze/ Ф4Бр40)

Бронза является типичным металлическим наполнителем. Большое количество бронзы (от 40% до 60% по весу) снижает нагрузочную деформацию и повышает электропроводность уплотнений из фторопласта. Эти две характеристики являются преимуществом для изделий, которые работают при экстремальных температурах.

Фторопласт с бронзой обладает отличным сопротивление экструзии. Бронза – это сплав меди с оловом, она вступает в химическую реакцию с опредленными химическими веществами. Окисление бронзы может сопровождаться изменением цвета конечного изделия, что никак не влияет на его качество. Фторопласт с бронзой широкой используется для уплотнения гидравлических штоков и поршней. Уплотнения из этого материала выдерживают давление до 60 Мпа.

Прочность на разрыв

Прочность на широкий разрыв

Минимальная температура применения

Максимальная температура применения

Углеродное волокно

Углеволоконный наполнитель фторопласта изменяет его свойства так же, как стекловолокно. Он снижает деформацию во времени, увеличивает гибкость и модуль упругости при сжатии, а также повышает твердость. В общем случае, для достижения одинакового эффекта углеродного волокна требуется меньше, чем стекловолокна. Составы из фторопласта с углеволоконным наполнителем обладают меньшим коэффициентом теплового расширения и более высокой теплопроводностью. Водяная смазка изделий с углеволокном снижает интенсивность изнашивания. Уплотнения из фторопласта с добавлением углеродного волокна используется в пневматических уплотнениях.

Углеволокно химически инертно и может использоваться в сильных щелочах и плавиковой кислоте. Применяется во всех видах смазочных и несмазочных жидкостях, в гидравлических маслах без цинка, при работе с мягкими контактными поверхностями, обладает хорошей устойчивостью на экструдирование.

Углерод и углеграфит

Углерод снижает деформацию во времени, повышает жесткость и увеличивает теплопроводность фторопласта. Износостойкость состава с углеродным наполнителем особенно улучшается в сочетании с графитом. Углерод является одним из самых инертных наполнителей, если не учитывать окислительные среды, в которых стекловолокно имеет преимущество.

Углерод придает некоторую электропроводность. ПТФЭ с углеродным наполнителем обычно используется для уплотнительных деталей пневматики.

Составы с углеродом в сочетании с графитом лучше всего подходят для узлов трения, работающих без смазки.

Графит представляет собой кристаллическую модификацию углерода с высокой степенью очистки. Фторопласт с графитовым наполнителем обладает самым низким коэффициентов трения благодаря антифрикционным свойствам графита. Он имеет превосходную износостойкость, особенно в паре с мягкими сопрягаемыми, а также показывает высокую несущую способность в высокосростных контактных уплотнениях.

Графит химически инертный, что позволяет использовать его в агрессивных средах. Применяется в гидравлических маслах и масляной пневматике, для всех смазочных и несмазочных жидкостей, обладает высокой устойчивостью при экструдировании, хорошей химической устойчивостью

Ароматический полиэфир

Ароматический полиэфир в качестве наполнителя повышает стойкость фторопласта к воздействие температур и отлично работает с мягкими динамически сопрягаемыми поверхностями.

Не рекомендуется для уплотнений, работающих в среде пара с температурой выше 12С :С.

Для придания фторопласту цвета используют неорганические красители, которые способны выдеживать температуру спекания PTFE. Пигменты не оказывают существенного влияния на свойства фторопласта. Допускается сочетание красителей с другими наполнителями, например стекловолокном, бронзой, коксом.

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.

Видео: «Производство фторопластовых деталей»