Фторопласт Ф4: виды, свойства, технические характеристики

 фторопласт, рабочая температураНаряду с машиностроением и электроэнергетикой химическая промышленность играет огромную роль в хозяйстве страны. В России доля химической отрасли в общем объеме выпуска продукции составляет 9—10%, но в мировом объеме производства химической продукции Россия занимает только 11 место с долей 2,1%. При этом объем импорта химического сырья и товаров составляет около 17%, а объем экспорта ниже более чем в 2 раза — всего 7,4%.

Одним из основных секторов химической промышленности является производство полимеров, в значительной мере являющееся импортозависимым. Например, при годовом объеме производства полиэтилена около 1,8 млн тонн и полипропилена около 1,3 млн тонн объем импорта сырья по различным их видам составляет от 20 до 80%.

Несравнимый по объемам выпуска сектор производства фторсодержащих полимеров — всего 7—8 тыс. тонн в год — выгодно отличается экспортоориентированностью — до 73% сырья и готовой продукции. Причиной такого прорыва отечественных производителей фторопластов на мировом рынке является востребованность и растущая потребность рынка в этих материалах, а условием — лидирующие позиции российской науки и производства в секторе фторполимеров.

История открытия и развития

Одним из самых удивительных свойств фторопласта является его химическая инертность. По химической стойкости материал превосходит все благородные металлы и существующие синтетические материалы. Удивительным является то, что имя ему дал фтор — самый активный неметалл.

 фторопласт 4 характеристикиОткрытие полимеров на основе фтора в 1938 году относится к категории случайных — при закачке газообразного тетрафторэтилена произошел неожидаемый процесс полимеризации газа с образованием порошкообразного белого материала со специфическим набором химических и физических свойств. В ближайшие годы производство материала, запатентованного под маркой «тефлон», было освоено в США в промышленном масштабе.

Параллельно в научных лабораториях велась активная работа по изучению и получению химических соединений с использованием и других фторсодержащих органических соединений, относящихся к группе фторолефинов. В результате промышленность получила в свое распоряжение целую группу новых материалов, объединенных под общим названием фторопласты или фторлоны.

В СССР этот материал попал в годы Второй мировой войны в составе военной техники, поставляемой союзниками по ленд-Лизу. Период научного и промышленного освоения составил около 10 лет с 1947 по 1956 год.

Историю развития фторопластов нельзя считать законченной и сегодня. Все десятилетия ряд фторопластов и фторкаучуков дополнялся и продолжает пополняться за счет модификации различными добавками, присадками и совершенствования технологии производства.

Производство и основные виды фторполимеров

Фторопласт температура, эксплуатацииТехнология производства фторсодержащих полимеров состоит из нескольких этапов. На первом из хлорсодержащих органических соединений получают исходный фторсодержащий мономер. Порошкообразный или гранулированный материал получают из газообразного сырья в химических реакторах путем полимеризации или сополимеризации под давлением в присутствии эмульгаторов и инициаторов. Товарный фторопласт в виде готовых деталей или заготовок изготавливают методом холодного прессования с окончательным запеканием.

В настоящее время отсутствует единая международная система обозначения фторсодержащих полимеров, российскому обозначению класса — фторопласты — соответствуют «тефлон» (США), «гостафлон» (Германия), «сорефлон» (Франция), «алгофон» (Италия) и так далее. Общепринятым среди производителей является дополнительное к торговой марке указание, какой фтормономера использовался в качестве исходного сырья.

Отечественные марки фторопластов выпускаются как по государственным стандартам, так и по техническим условиям предприятий-изготовителей. Обозначение типа начинается с буквы Ф, дополнительные буквы указывают на назначение или технологию производства полимера. Первая цифра указывает число атомов фтора в исходном для синтеза соединении, комбинация цифр указывает на сополимер.

Для производства фторопластов в основном используют три исходных фторсодержащих соединения, соответственно весь многочисленный ряд полимеров представляет собой модификации или сополимеры трех основных типов:

  1. политетрафторэтилен Ф-4 (аббревиатура ПТФЭ или PTFE);
  2. политрифторхлорэтилен Ф-3 (PCTFE или ПТХФЭ);
  3. поливинилиденфторид Ф-2 (PVDF или ПВДФ).

По сравнению с металлами и многими пластиками фторопласты обладают меньшей механической прочностью и мягкостью, поэтому не предназначены для работы под нагрузкой. Их использование определяют другие качественные характеристики — низкий коэффициент трения, низкая электропроводность и адгезия, химическая инертность.

Универсальный композит Ф4

Благодаря совокупности технических характеристик фторопласт 4 получил наибольшее применение в промышленности и бытовом использовании.

Плотность фторопласта Ф 4 составляет 2,12—2,2 г/см. куб. Он обладает одним из самых низких коэффициентов трения — 0,04 по стали, однако он увеличивается при значительном сроке службы и с повышением температуры из-за низкой теплопроводности. В качестве самостоятельных опорных или подшипниковых узлов фторопласт не используется, его антифрикционные свойства находят применение в композитных металлофторопластовых материалах, из которых изготавливают антифрикционные вкладыши, втулки, ленты, или в смазочных материалах с добавлением мелкодисперсного фторопласта.

Ограничивают область применения фторопласта и его свойства термостойкости. Ф4 обладает наиболее широким диапазоном допустимой для фторопластов температуры эксплуатации — от -270°С до +260°С и максимальной температурой плавления +327°С.

Достоинством фторопласта являются его высокие диэлектрические свойства — удельное электрическое сопротивление, электрическая прочность и диэлектрическая проницаемость. В электротехнике и электронике из Ф4 изготавливают изоляцию проводов, подложки печатных плат, диэлектрические прокладки и изоляторы.

Наиболее широкую область применения обеспечивают фторопласту 4 характеристики химической стойкости и инертности. Он выдерживает действие любой агрессивной среды, кроме расплавов щелочных металлов, трехфтористого хлора и элементарного фтора

Для работы с химически агрессивными веществами используют изготовленные из фторопласта или футерованные трубопроводы, сосуды и резервуары любого объема, насосы и клапаны с рабочими деталями и узлами из фторопласта.

Благодаря совокупности свойств химстойкости, текучести и гидрофобности фторопласт применяют в качестве уплотнительного материала — прокладок, сальниковых, манжетных и сильфонных уплотнений. Для бытовых нужд многие вместо традиционной льняной пакли давно используют ленту ФУМ.

Хорошо знакомы с фторопластом и домохозяйки, зачастую и не догадываясь о его существовании. Для них более привычным материалом является тефлон в качестве антипригарного покрытия кастрюль, сковородок, утюгов, конфорок и рабочих столов кухонных плит. Использование тефлона в пищевой промышленности ограничено максимальной температурой 315 °C, поэтому ни в коем случае нельзя допускать перегрева посуды или приборов с тефлоновым покрытием. Кроме того, эти покрытия очень чувствительны к механическим воздействиям и требуют соблюдения предписанных производителем правил ухода и чистки.

Модификации Ф4

Наряду с Ф4 широко используются и его многочисленные модификации. В качестве примера можно взять некоторые из них:

  • Содержащий 20% кокса коксофторопласт Ф4К20 при меньшей плотности обладает большей твердостью, износостойкостью и механической прочностью на сжатие, что позволяет изготавливать из него поршневые кольца для компрессоров.
  • Коксофторопласт Ф4К15М5 с 5% добавкой дисульфида молибдена и повышенной износостойкостью пригоден для работы в узлах и опорах подшипников скольжения.
  • До 15% стекловолокна содержат модификации стеклофторопластов Ф4С15 и Ф4С15М5. Благодаря эластичности и износостойкости материалы используются в качестве уплотнений, а композиция Ф4С15М5 с добавкой 5% дисульфида молибдена и во влажной среде.
  • Самосмазывающаяся антифрикционная композиция Ф4КС2 с легирующей добавкой кобальта синего пригодна для работы в парах трения с бронзой, резиной и многими сплавами и в агрессивных средах.

Фторопласт обладает уникальными физико-химическими свойствами, позволяющими использовать его во множестве отраслей промышленности, а также в медицине и бытовом хозяйстве.

Фторопласт Ф4: виды, свойства, технические характеристики