Фторопласт: применение, свойства, производство и цена
За последние десятилетия тефлон, также известный как фторопласт-4, стал очень популярен. Этот пластик молочно-белого цвета стал известен широкой публике благодаря своему применению для производства посуды с антипригарным покрытием, такой как Tefal. Однако, этот полимер нашел применение не только в кулинарии.
Фторопласты - это полимеры, содержащие фтор, которые используются в качестве конструкционных пластиков. Существует несколько видов фторопластов, среди которых наиболее известны: политетрафторэтилен (Teflon, Hostaflon TF, Fluon G, Algoflon F, Polyflon M), политрихлорфторэтилен (Dyflon, KEL-F, Voltalef, Neoflon CTFE), поливинилиденфторид (Kynar, Solef, Neoflon VDF) и сополимер тетрафторэтилена (Tefzel, Hostaflon ET, Neoflon ETFE).
Несмотря на то, что фторопласты имеют самый низкий коэффициент сухого трения среди полимеров, они не являются взаимозаменяемыми материалами, так как они отличаются по ряду технических характеристик.
Фторопласт-4, или тефлон, наиболее распространен и используется во многих областях, включая:
- Машиностроение: благодаря устойчивости к трению и агрессивным средам, из тефлона изготавливают сальники, подшипники, поршневые кольца, пыльники, автомобильные шины и детали мотора.
- Электро- и радиотехника: тефлон может быть использован как изолятор или проводник тока (при модификациях его молекулярной структуры). Печатные платы, кабели, элементы реле и выключатели изготавливаются из политетрафторэтилена.
- Легкая промышленность: обработка изделий из тефлона делает их водостойкими, поэтому он используется в этом секторе.
- Химическая промышленность и медицина: тефлон используется для производства лабораторной посуды, включая антикоррозионные трубки для хроматографов. Также протезы сосудов и внутренних органов могут быть сделаны из фторопласта, так как он не вызывает иммунологических реакций.
- Пищевая промышленность: тефлон используется при производстве сковород и форм для выпечки с антипригарным покрытием, шприцов для кремов, контейнеров для скоропортящихся продуктов, раскатывающих механизмов для теста.
Фактически, первый фторопласт, тефлон, был создан в 1938 году Роем Планкеттом, который работал в американской компании Kinetic Chemicals. Он случайно обнаружил, что газообразный тетрафторэтилен, закачиваемый в баллоны, полимеризуется в порошок с уникальными свойствами. Политетрафторэтилен стал патентованным материалом в 1941 году. В 1949 году Kinetic Chemicals стала подразделением DuPont, крупнейшего мирового химического производителя. В СССР фторопласты появились во время Второй мировой войны, когда советские техники нашли большое белое кольцо из тефлона в башенном механизме американского танка.
Фторопласт-4 становится все более популярным, благодаря его уникальным техническим характеристикам. Внешне он напоминает парафин или полиэтилен и отличается мягкостью и текучестью. Его плотность, определяемая стандартом ГОСТ 10007-80, составляет между 2,18 и 2,21 г/см³.
Фторопласт-4 известен своей высокой термостойкостью - он гибок и эластичен в диапазоне температур от -70 до +270 ?C, а также обладает низким поверхностным натяжением, адгезией и устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых лучей, влаги, жиров и органических растворителей. Он является безвредным для организма и не представляет опасности для здоровья.
Помимо этого, фторопласт-4 обладает химической стойкостью, которая даже выше, чем у благородных металлов и всех известных синтетических материалов. Он не подвержен разрушению при воздействии агрессивных кислот и щелочей, за исключением трехфторида хлора и расплавов щелочных металлов, которые могут вызвать растворение полимера. Материал прекрасно поддается обработке, включая фрезерование, точение, шлифование и сверление.
Фторопласты уже давно занимают свое почетное место в индустрии благодаря своим полезным свойствам. В данное время существует четыре основных типа материала: политетрафторэтилен (Ф4), политрифторхлорэтилен (Ф3), поливинилиденфторид (Ф2) и их сополимеры. Наиболее часто используемый тип материала – это Ф4, который из пятидесяти мономеров содержит два этиленовых мономера. Другие два типа материала также являются гомополимерами и содержат один повторяющийся мономер в цепочке.
Сополимеры получаются путем сочетания углеводородов Ф2, Ф3 и Ф4 или добавлением фторопласта в пропилен. Каждая марка материала имеет свою степень растворимости в щелочах и кислотах, рекомендуемую температуру эксплуатации, плотность, теплопроводность, а также электропроводность по умолчанию.
Производство фторопласта включает три этапа. На первом этапе по реакции Свартса получают хлордифторметан, затем из него пиролизом получают тетрафторэтилен. Наконец, путем полимеризации тетрафторэтилена образуется фторопластовый порошок.
Каждая марка полученного порошка помечается средним размером частиц. Он может быть 6-20, 21-45, 46-135 или 100-180 мкм. Если для производства марки используется дополнительное соединение, в маркировка добавляется буква "М", означающая модификатор (например, кобальт, кокс, стекловолокно). Затем указывается количество добавленного соединения в отношении к основному соединению.
Изделия из фторопласта-4 изготавливаются методом прессования, а затем, при температуре 360-370°C, выпекаются. Экструзионный метод производства также применяют для производства фторопластов, во время которого порошок подается в экструдер под высоким давлением, полученная масса затем твердится. Производство предоставляет возможность изготавливать изделия длиной до 5 метров с заготовок простейших форм, таких как трубки, стержни, втулки и пластины. Заготовки потом подвергаются механической обработке на металлорежущих станках.
Существует много форм и размеров изделий из фторопласта, среди которых квадратные пластины с типоразмерами 250х250, 300х300 и 500х500 мм, стержни, производимые методами вертикального или горизонтального прессования. Первые отличаются более высокими физико-механическими свойствами, но их длина не превышает 110мм (вторые могут достигать 500 мм). Кольца и втулки с внешним диаметром от 50 до 360 мм также используются для производства манжет, прокладок, оболочек и уплотнительных колец.
| Марка | Плотность (г/см³) | Разрушающее напряжение (МПа) | Температура плавления (°C) | Температура стеклования (°C) | Температура разложения (°C) | Рекомендуемая температура эксплуатации (°C) | Удельное сопротивление (Ом·см) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ф4 | 2,1-2,3 | ≥25 | 327 | с отсутствием | 410 | -200 - +260 | 1014 |
| Ф3 | 2,1-2,2 | ≥22 | 290 | с отсутствием | 370 | -200 - +200 | 1014 |
| Ф2 | 1,7-1,8 | - | 175 | с отсутствием | 350 | -200 - +160 | 10^16 - 10^18 |
| Ф40 | 2,1-2,2 | - | 320 | с отсутствием | 400 | -200 - +250 | 10^16 - 10^17 |
Фторопласт становится все более популярным в различных отраслях промышленности. Он обладает уникальными физико-химическими свойствами, которые позволяют использовать его для различных целей. Цена на листовой фторопласт-4 зависит от технических характеристик и марки материала, производителя, условий поставки и размеров партии товара. Оптовая стоимость Ф4 в пластинах и стержнях составляет от 600 до 750 рублей за кг, а цена вторичного сырья начинается от 400 рублей за кг. Сплав с модификатором оценивается дороже - примерно 700-800 рублей за кг.
Порошковый тефлон встречается нечасто на рынке, поэтому на него отмечается значительный разброс цен, составляющий в среднем от 1000 до 1100 рублей за кг. Цена на другие виды фторопласта ниже, чем на Ф4. Например, Ф3 можно приобрести за 500-700 рублей за кг, а Ф2 - за 500-550 рублей за кг. В большинстве случаев оптовая цена на товары ниже, чем розничная, причем разница может составлять до 20%.
Фторопласт доступен отечественного и зарубежного производства. Его поставляют в заготовках, из которых путем механической обработки можно изготовить различные виды изделий.
Фото: freepik.com