Характеристики, свойства и применение разных видов фторопласта

Существует множество материалов, которые используют в изготовлении предметов для быта. Некоторые люди не знают, что такое фторопласт, хотя дома у них имеется посуда, выполненная с применением этого вещества. В быту его знают под названием «тефлон». Материал широко применяют в бытовой сфере, а также в промышленной и технической области. Полимер обладает достоинствами, за которые он стал популярен в производстве элементов различного назначения.

Немного истории

Тефлон был открыт американским учёным Роем Планкеттом, который работал в компании Kinetic Chemicals. В 1938 году он заметил, что в баллонах, которые закачали газообразным тетрафторэтиленом под давлением, получилось твёрдое вещество, похожее на порошок белого оттенка, который напоминал парафин. Полученный полимер удивил необычайными свойствами и был запатентован в 1941 году как разработка организации Kinetic Chemicals, которая через 4 года вошла в состав известной химической корпорации DuPont.

В СССР фторопласт, о свойствах и применении которого ещё не знали, ввезли во время Второй мировой войны. Долгое время США скрывали технологию изготовления тефлона от России и других стран. Когда военные и инженеры Советского Союза увидели фторсодержащий полимер на американском военном оборудовании, российские учёные начали работу над созданием фторопласта в научно-исследовательском институте в Ленинграде. Производство наладилось к 1949 году. Вскоре было открыто ещё несколько заводов по изготовлению этого материала. Тефлон быстро завоевал популярность на российском рынке, а затем и в западных странах.

Описание и разновидности фторопласта

Фторопласт является фторсодержащим полимером, имеющим белую окраску и уникальные свойства, которые сложно найти у других синтетических материалов. Во всех странах бывшего СССР его именуют фторопластом-4. Существует несколько основных марок тефлона, которые отличаются размерами молекул и их числом в составе цепи:

1. Ф-2, или поливинилиденфторид. Его характеризуют высокая прочность и упругость. В материале отсутствуют катализаторы, пластификаторы и стабилизаторы. Его используют в создании трубопроводных систем и изготовлении ёмкостей для агрессивных веществ. Иногда выпускается с добавкой в виде модификатора, который выступает кобальтом, коксом или стекловолокном.
2. Ф-3, или политрифторхлоридэтилен. Материал обладает высокой твёрдостью, прочностью и устойчивостью к низким температурам. Отлично поддаётся литью и прессованию. Ф-3 характеризуется прекрасной адгезией к металлам. Из него часто производят антикоррозийные покрытия.
3. Ф-4, или политетрафторэтилен. Относится к трудногорючим материалам. Среди всех видов фторопласта обладает наивысшей плотностью. Ф-4 отличается малой пористостью, стойкостью к перепадам температур и высокой гидрофобностью. Его свойства не изменяются даже при нагревании до 260 градусов.

Чем больше размер и число молекул в материале, тем больше у него удельный вес. Хотя фторопласты характеризуются самым низким коэффициентом сухого трения среди всех полимерных соединений, их нельзя назвать аналогами друг друга, поскольку они отличаются по многим техническим характеристикам.

Ф-4 имеет несколько подвидов:

1. Ф-4ПН. Применяется в создании элементов повышенной надёжности. Поскольку размер молекул может различаться, на материале обычно присутствует дополнительная маркировка: Ф-4ПН-90 (46−135 мкм), Ф-4ПН-20 (6−20 мкм) и т. п.
2. Ф-4О. Используется в производстве предметов общего назначения: втулки, детали для насосов и трубопроводов.
3. Ф-4Д. Тонкодисперсная модификация имеет маленький молекулярный вес. Ф-4Д подходит для переработки при помощи экструзии и создания суспензий. Из этого вида полимера производят волокна и покрытия.
4. Ф-4А. Выступает самой технологичной разновидностью Ф-4. Свободносыпучий материал применяют для создания деталей точного размера.
5. Ф-4 HTD. Из тонкодисперсного тефлона делают загустители для масел и сухую смазку для заполнения узлов трения разнообразных механизмов.

В маркировке фторопласта типа Ф-4 может встречаться буква «М», обозначающая модификацию с различными добавками. Все фторсодержащие полимеры используются в промышленности.

Преимущества и недостатки

Полимерный материал с содержанием фтора имеет множество достоинств. Он превосходит различные виды полимеров по физическим и химическим свойствам, а также по техническим характеристикам. Фторопласт обладает следующими свойствами:

• биологической инертностью;
• небольшой пористостью;
• малым уровнем адгезии;
• небольшим коэффициентом трения;
• низкими показателями водопоглощения;
• огнестойкостью;
• устойчивостью к химическим веществам;
• Высокой электрической прочностью;
• диэлектрическими характеристиками;
• стабильностью при изменении температур.

Поскольку фторопласт имеет множество положительных характеристик, его можно считать качественным и универсальным материалом. Он отлично поддаётся сверлению, шлифовке и другим методам обработки.

Но есть у фторсодержащего полимера особенности, которые ограничивают сферу его применения и создают некоторые неудобства при работе с ним. Тефлон отличается низкой степенью износостойкости. При нагревании больше 300 градусов материал выделяет летучие компоненты, оказывающие вредное воздействие на живые организмы. Кроме того, фторопласт характеризуется высокой холодной текучестью, из-за которой его редко применяют в электронике. А из-за адгезионной пассивности элементы из тефлона невозможно склеивать друг с другом.

Области применения

Из всех разновидностей фторопластового материала большим спросом пользуется Ф-4. Тефлон часто применяют в производстве посудных принадлежностей с антипригарным покрытием. Некоторые люди хотят узнать, для чего ещё используют фторопласт, отличающийся высоким качеством.

Применение фторопласта в разных отраслях:

1. Лёгкая промышленность. Обработанный тефлон применяют для повышения водостойкости изделий. Его часто используют при создании спортивной одежды и обуви.
2. Машиностроение. Поскольку фторопласт устойчив к трению, его применяют в качестве основы в изготовлении подшипников, сальников, поршневых колец и шин для автомобилей. С такими деталями получится добиться стабильной эксплуатации в условиях агрессивной среды, вакуума и при очень низких температурах. Уникальная термостойкость делает тефлон подходящим материалом в производстве деталей двигателей.
3. Радио- и электротехника. Полимер используется в качестве изолятора или проводника тока. Из него изготавливают выключатели, кабели, печатные платы.
4. Химическая промышленность. Фторсодержащий материал выступает идеальным веществом для создания лабораторной посуды и ёмкостей для хранения агрессивных сред.
5. Пищевая промышленность. Сковородки, формы для выпечки и контейнеры для хранения пищи часто делают с антипригарным покрытием из тефлона.

Фторопласт применяют даже в области медицины, поскольку он не вызывает аллергических реакций. Материал считается биологически безвредным. Из него изготавливают протезы кровеносных сосудов, сердечные клапаны, упаковку для лекарственных препаратов, ёмкости для хранения крови и сыворотки. Фторсодержащий материал используется и в стоматологии.

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.

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.