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 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.
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 |
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