Фторопласт: применение, свойства, производство и цена
В наши дни, в течение последних нескольких десятилетий, материал под названием тефлон или фторопласт-4 стал чрезвычайно востребованным. Этот пластиковый материал, окрашенный в молочно-белый цвет, стал известен многим людям благодаря своему использованию в производстве антипригарной посуды (Tefal). Однако, это далеко не единственная область применения данного полимера.
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.
Характеристики фторопласта-4: термостойкость, адгезия, низкое поверхностное натяжение, устойчивость к ультрафиолетовым лучам, влаге, жирам и органическим растворителям, а также физиологическая и биологическая безопасность делают его популярным материалом.
Фторопласт-4 имеет мягкий и текучий вид, напоминающий полиэтилен или парафин, с плотностью 2,18-2,21 г/см3 (согласно ГОСТ 10007-80). Он сохраняет свою эластичность и гибкость в температурном диапазоне от -70 до +270 °C.
Химические свойства фторопласта не менее впечатляющи: он стойкий к воздействию агрессивных кислот и щелочей, а также обладает высокой степенью невосприимчивости к разрушению, за исключением трифторида хлора и расплавов щелочных металлов. К тому же, материал поддается обработке фрезерованием, точением, шлифованием и сверлением.
В настоящее время существует 4 варианта фторопласта: политетрафторэтилен (Ф4), политрифторхлорэтилен (Ф3), поливинилиденфторид (Ф2) и их сополимеры. Фторопласт-4 является самым распространенным, благодаря своей высокой плотности, и является гомополимером, где в цепочках материала повторяется один мономер - этилен для Ф4 и Ф3 и винил для Ф2.
Сополимеры состоят из углеводородов, которые включают в себя Ф2, Ф3 и Ф4, или примеси пропилена. Они различаются степенью растворимости в кислотах и щелочах, плотностью, температурой эксплуатации, электро- и теплопроводностью (см. таблицу 1).
Производство фторопласта в России происходит на 3 этапах. На первом этапе по реакции Свартса получают хлордифторметан, затем пиролизом производят тетрафторэтилен и на 3-ем этапе - фторопластовый порошок путем полимеризации тетрафторэтилена.
Фторопласт-4 изготавливают методом прессования и запекают при температуре 360–370 °C. Можно также изготовить данный полимер методом экструзии, где порошок подается под высоким давлением в экструдер и запекается. Готовые заготовки имеют простую форму, такую как пластины, трубки, втулки и стержни, которые могут быть длиной до 5 метров. Производство продукции из заготовок осуществляется на металлорежущих станках.
Изделия из фторопласта-4, такие как стержни, пластины и трубки, изготавливаются методами вертикального и горизонтального прессования. При использовании вертикального прессования продукция обладает более высокими физико-механическими свойствами, но ее длина не превышает 110 мм, тогда как горизонтальное прессование может дополнительно производить изделия длиной до 500 мм. Кольца и втулки, имеющие внешний диаметр от 50 до 360 мм, используются для производства манжет, прокладок, оболочек и уплотнительных колец (см. также таблицу 1).
Таблица 1
| Характеристика | Фторопласт-2 | Фторопласт-3 | Фторопласт-4 | Сополимер |
|---|---|---|---|---|
| Плотность, г/см³ | 2,14 | 2,18 | 2,2 | 1,90-2,20 |
| Температура размягчения, °C | 240 | 250 | 267 | 240-267 |
| Температура плавления, °C | 327 | 348-360 | 332 | 245-268 |
| Температура разложения, °C | 420 | 458 | 435 | 350-420 |
| Удельная теплоемкость, Дж/кг·К | 1330 | 1225 | 1000-2200 | 1000-1400 |
| Температура эксплуатации, °C | -269..+200 | -269..+200 | -269..+260 | -100..+200 |
| Растворимость в кислотах и щелочах | Растворим в активной серной кислоте | Нерастворим во всех кислотах и щелочах, за исключением расплавленного аммиака | Нерастворим в кислотах, растворим в расплавленном литии, натрии, калии и в фторидной кислоте | Растворим во всех кислотах и щелочах |
Фторопласты широко используются в различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам. Цены на листовой фторопласт-4 за 1 кг определяются техническими характеристиками и марками материала, а также конкретным производителем, условиями поставок и размерами закупаемой партии товара. Оптовая стоимость Ф4 в стержнях и пластинах варьируется в диапазоне 600–750 рублей за кг. За вторичный сырье начальная цена составляет от 400 рублей за кг. Фторопласт с модификатором оценивается примерно в 700–800 рублей за кг.
Порошковый тефлон редко встречается в продаже, поэтому цены на него значительно различаются. В среднем стоимость подобного сырья составляет 1000–1100 рублей за кг. Фторопласты других типов стоят немного дешевле, чем Ф4. Около 500–700 рублей за кг можно купить Ф3, а Ф2 – за 500–550 рублей за кг. Оптовая стоимость почти во всех случаях ниже розничной, отличия могут составлять от 10 до 20% или даже больше.
Фторопласты – это заготовки, из которых изготавливают различные изделия. В производстве фторопластов участвуют отечественные и зарубежные компании.
Фото: freepik.com