Фторопласт: применение, свойства, производство и цена
В настоящее время тефлон или фторопласт-4 занимает заслуженное место среди популярных материалов. Этот пластик, который имеет молочно-белый цвет, стал известен широкой общественности благодаря использованию в производстве посуды с антипригарным покрытием известного бренда Tefal. Но применение тефлона не ограничивается только этой сферой.
Фторопласты – это класс полимеров, содержащих фтор и используемых в производстве конструкционных пластиков. Существует несколько разновидностей данного полимера, самыми популярными из которых являются фторопласт-4, фторопласт-3, фторопласт-2 и фторопласт-40.
Хотя фторопласты имеют самый низкий коэффициент сухого трения среди полимеров, они не являются взаимозаменяемыми, так как их молекулы имеют различные технические характеристики.
Фторопласт-4, также известный как тефлон, широко применяется в различных отраслях:
- В машиностроении. Благодаря своей устойчивости к трению и агрессивным средам, тефлон используется в изготовлении сальников, подшипников, поршневых колец, пыльников, автомобильных шин и других деталей для моторов.
- В электро- и радиотехнике. Тефлон может использоваться в качестве изолятора или проводника тока (при модифицировании его молекулярной структуры). Этот полимер применяется для изготовления печатных плат, кабелей, реле и выключателей.
- В легкой промышленности. Обработка изделий тефлоном позволяет сделать их водонепроницаемыми.
- В химической промышленности. Тефлон используется для производства лабораторной посуды, включая антикоррозионные трубки для хроматографов.
- В медицине. Этот полимер применяется для создания протезов сосудов и внутренних органов, так как не вызывает иммунологических реакций.
- В пищевой промышленности. Тефлон используется для изготовления сковородок и форм для выпечки с антипригарным покрытием, шприцов для кремов, контейнеров для скоропортящихся продуктов и раскатывающих механизмов для теста.
Интересный факт: тефлон был открыт в 1938 году химиком Роем Планкеттом в компании Kinetic Chemicals. Он случайно обнаружил, что газообразный тетрафторэтилен, закачиваемый в баллоны под давлением, полимеризовался в порошок с уникальными свойствам. Патент на этот полимер был выдан в 1941 году. В 1949 году компания 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 кольцо из фторопласта.
Популярность фторопласта-4 среди производителей обусловлена его высокими техническими характеристиками. Внешне это вещество напоминает полиэтилен или парафин и отличается мягкостью и текучестью. Согласно ГОСТ 10007–80, плотность фторопласта-4 составляет 2,18–2,21 г/см3.
Одним из главных преимуществ этого материала является термостойкость: он остается гибким и эластичным в диапазоне температур от -70 до +270 ?C. Кроме того, фторопласт-4 обладает значительной адгезией, минимальным поверхностным натяжением и стойкостью к ультрафиолетовым лучам, влаге, жирам и органическим растворителям. Материал является физиологически и биологически безопасным.
Химические свойства фторопласта-4 также не вызывают сомнений. Материал отличается невероятной стойкостью, даже выше, чем у благородных металлов и всех существующих синтетических материалов, и не подвержен агрессивным кислотам и щелочам. Фторопласт-4 можно разрушить только с помощью трехфторида хлора или расплавленных щелочных металлов. Процесс обработки материала, в свою очередь, осуществляется фрезерованием, точением, шлифованием и сверлением.
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 |
Цены на фторопласт: как они формируются
Листовой фторопласт-4 – это уникальный материал, цена на который зависит от многих факторов. Прежде всего, это характеристики и марка материала, а также производитель и размер закупаемой партии товара.
Если говорить о ценах на оптовую покупку фторопласта-4 в пластинах и стержнях, то диапазон стоимости варьирует в пределах 600-750 рублей за килограмм.
Вторичное сырье стоит от 400 рублей за килограмм, а сплав с модификатором оценивается в 700-800 рублей за килограмм.
Порошковый тефлон, по сравнению с другими типами фторопласта, встречается реже, что отражается на разбросе цен. Стоимость такого сырья в среднем составляет 1000-1100 рублей за килограмм. Фторопласты других типов немного дешевле. Например, Ф3 можно приобрести по цене 500-700 рублей за килограмм, а Ф2 – за 500-550 рублей за килограмм.
Важно отметить, что у большинства поставщиков и заводов-изготовителей оптовая стоимость товаров ниже, чем розничная. Разница может составлять от 10 до 20% и даже больше.
Фторопласт обладает уникальными физико-химическими свойствами, что позволяет использовать его во множестве отраслей промышленности. В России и за рубежом этим материалом занимаются как отечественные, так и зарубежные производители. Фторопласт поставляется в заготовках, из которых путем механической обработки создаются различные изделия.
Фото: freepik.com