Свойства и температура плавления фторопластов

Фторопласты или фторлоны — это фторсодержащие полимеры или пластмассы, к которым относятся фторопласт 2 (поливинилиденфторид), фторопласт 3 (политрифторхлорэтилен), фторопласт-4 (политетрафторэтилен) и сополимеры фторпроизводных этилена.

Название «фторлон» появилось в Советском Союзе, но не прижилось. Впервые материал попал в СССР во время Великой Отечественной войны из США: союзники использовали его для уплотнений и подшипников танков. Первые работы по созданию фторопласта начались уже в 1947 году под руководством Черешкевича Льва Викентьевича. Первая опытная партия была готова в 1949 году.

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.

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.

Плотность: 2,14-2,26 г / см³.
Температура плавления кристаллов: +327С^о.
Температурный интервал (минимальная и максимальная рабочие температуры): от260С^одо +260С^о.
Температура разложения: выше 415 С^о.
Температура стеклования аморфных участков: 120С^о.
Температура наибольшей скорости кристаллизации: 310-315С^о.
Интенсивность износа: отсутствует.
Коэффициент трения по стали: 0,2.
Коэффициент теплопроводности: 0,25 Вт/(м*К).
Твердость по Бринеллю: 30-40 МПа.
Водопоглощение: отсутствует.
Разрушающее напряжение при растяжении: 20-30 МПа.
Относительное удлинение при разрыве: от 250% до 500%.
Особенности плавления
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 327С^о) происходит выделение опасных газов фтора. Последние не выделяются в вакууме. При температуре 415С^оматериал начинает разлагаться.

Немного минусов

Несмотря на многочисленные достоинства, фторопласт-4 имеет незначительное количество недостатков. Материал практически не подлежит склеиванию: для этого необходимо провести обработку расплавами окислителей при высокой температуре. Также пластмасса реагирует на трехфтористый хлор при воздействии высоких температур, на расплавы щелочных металлов и их растворы.

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.

В электронной промышленности фторопласт-4 применяют для изоляции проводов, разъемов, высоковольтных кабелей и электрических машин, для изготовления печатных плат, тросов и компрессоров.
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.
В пищевой промышленности материал используют в качестве насосов, антипригарных покрытий, валиков для раскатки теста, фильтров и уплотнителей для техники.
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.
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.

Виды материала

Помимо чистого использования часто можно встретить добавки. Это позволяет усилить определенное свойство фторопласта и приспособить материал под конкретные запросы.

Ф-4С15: состоит из фторопласта-4 и 15% стекловолокна. Обладает повышенной износостойкостью (показатель увеличивается в 250 раз) и сопротивляемостью ползучести (усилен в 1,5 раза). Стойко выдерживает многие агрессивные среды, включая сухие газы, используется при температуре от -60С^о до +250С^о. Используется для производства уплотнений и как антифрикционный материал.
Ф-4К20: содержит 20% кокса. Это усиливает износостойкость пластмассы (показатель увеличивается в 600 раз) и увеличивает напряжение: оно повышается на 30% при 10%-ой деформации сжатия. Последний показатель верен при температуре от -60С^о до +250С^о. Применяется для производства уплотнительных изделий подвижных соединений и поршневых колес, для работы которых впоследствии не требуется смазка. Материал способен контактировать с нержавеющими сталями, сплавами алюминия и некоторыми сплавами титана.
Ф-4К15М5: смесь фторопласта-4, кокса (15%) и дисульфида молибдена (5%). Обладает повышенной износостойкостью — она выше в 1000 раз — и пониженным коэффициентом трения. Применяется при работе в условиях влажных газов в качестве накладных направляющих опор и подшипников скольжения.
Ф-4К15УВ5: состоит из пластмассы, 15% кокса и 5% углеродистого волокна. По сравнению с Ф-4К20, смесь обладает повышенной в 1,5 раза стойкостью к деформации, происходящей при нагрузках. Также обладает пониженным трением, повышенной стойкостью к химическим элементам и отсутствием накопления статического электричества.