Фторопласт - это что такое? Технические характеристики, свойства материала

Фторопласт – это такой изготовленный промышленно материал, который содержит фтор. Классические представители этой группы соединений – тефлон и ПТФЕ. Высоко ценится фторопласт за свои физические, химические особенности. Фторопласт – это светлое бежевое вещество, по цвету близкое к белому. Довольно широко используется материал в повседневности, в бытовой сфере. В то же время фторопласт – это незаменимое соединение для промышленности. Процесс производства предполагает использование мономеров, поляризуемых применением специализированного оборудования.

Откуда взялось?

Фторопласт – это соединение, которое впервые удалось изготовить в далеком 1938 году. Автором изобретения считается Рем Планкетт. В настоящее время слова «фторопласт» и «тефлон» используются как синонимы. Инженеры Советского Союза смогли создать такое же соединение в период Второй мировой войны. В то время трубка из фторопласта была большой ценностью: материал выдавали на строго ограниченные цели и только в небольших количествах. Каждая такая процедура требовала подтверждения со стороны представителей специальной службы безопасности.

В наши дни фторопласт листовой (а также в иных формах) представляет собой очень распространённый материал, обширно применяемый для достижения самых разных целей. Доступ к нему больше ничем не ограничен (кроме, конечно, цены).

Фторопласт: технические характеристики

Визуально материал похож на парафин, а также напоминает полиэтилен. Физические параметры, свойственные ему:

• плотность в границах 2,18-2,21 г/м³;
• эластичность, гибкость;
• стойкость к замерзанию, нагреву;
• неспособность проводить ток;
• неспособность впитывать воду.

Фторопласт – это хороший изолирующий материал. Характеристики фторопласта таковы, что соединение показывает стойкость на трение, деформирование, ему свойственна повышенная прочность. В то же время фторопласт отличается слабой восприимчивостью к ультрафиолету, что делает его стойким к излучению этого спектра.

Химические особенности

Изготовленный по ГОСТу фторопласт (ГОСТ 10007-80) отличается рядом положительных особенностей на фоне большей части материалов со сходными свойствами. Как показывают многочисленные работы по сравнительному анализу, фторопласт по своим химическим параметрам предпочтительнее многих металлов, широко используемых в промышленности в наши дни. Его отличительные особенности:

• стойкость к кислотам, щелочам;
• невосприимчивость к агрессивным азотным соединениям;
• способность сопротивляться соляной кислоте.

Как производится?

Чтобы фторопласт листовой (трубы, в любой другой форме) обладал всеми положенными ему по принятым стандартам качествами, необходимо тщательно соблюсти технологию производства этого материала. Для этого сперва в специальной установке обеспечиваются все условия для обмена атомов галогенов на фтор, затем начинается пиролиз, в результате которого формируется тетрафторэтилен. Такой порошок необходимо полимеризовать, только после этого приобретает готовый фторопласт свойства, положенные ему по спецификации.

Особенности применения

В наши дни фторопласт активно используется в самых разных отраслях и сферах человеческой жизни. Как показали проведенные несколько лет тому назад исследования, практически половина всего произведённого промышленностью фторопласта расходуется в пищевой и химической отраслях. Порядка 15 % применяются на изготовление электротехнических товаров, еще пять процентов уходят в медицинскую область. До четверти всего производимого фторопласта применяется для конструирования транспорта, военных и атомных объектов, а на бытовое использование уходит около 10 % продуцируемого соединения.

Как удалось выяснить в ходе многочисленных испытаний, фторопласт безопасен для живых организмов, поэтому можно смело допускать контакт этого соединения и пищи, воды, предназначенной для питья. Фторопласт не является источником вреда. Даже если это соединение окажется в человеческом организме, серьёзного вреда в общем случае не будет, хотя, конечно, есть и такие ситуации, когда работа с фторопластом сопряжена с повышенной опасностью. Как правило, это характеризует ситуации, когда превышается температура плавления фторопласта и соединение переходит в раскаленную жидкую форму. Впрочем, это свойственно только производственным процессам, сопровождающимся применением специализированного оборудования, а к работе с фторопластом допускается только прошедший специальное обучение персонал.

Прогресс и промышленность

В настоящее время плотность, вес фторопласта, его стойкость к агрессивным факторам, безопасность для человека сделали этот материал совершенно незаменимым для промышленности и быта. Обыватель редко задумывается, из чего изготовлена большая часть окружающей его техники, а ведь сырьем послужил именно тефлон. Так, в электронике плотность фторопласта сделала его оптимальным материалом для конструирования высококачественного оборудования. Кроме того, этот материал обладает способностью блокировать ток, что делает его область применения еще более широкой. Можно применять тефлон в работах над проводкой, при конструировании конденсаторов и иных деталей электронных систем, в том числе очень высокой сложности, а также тех, где нужна повышенная стойкость и надежность.

Если обратить внимание на современные медицинские приборы, то можно заметить, что и тут фторопласт применяется очень активно. В частности, он служит материалом для производства имплантатов и обширно эксплуатируется стоматологами. Незаменим фторопласт и для офтальмологов. Именно это вещество применяют в процессе изготовления кардиостимуляторов и кровеносных сосудов для имплантации в человеческий организм. Фторопласт совершенно безопасен для человека, что и делает возможности по его применению столь широкими.

Серьезная промышленность и серьёзные материалы

Фторопласт активно используется в авиации. Именно из него можно создавать авиационные трубопроводы, сталкивающиеся во время своей работы с повышенными нагрузками. По таким трубам жидкость прокачивается в условиях очень высокого давления, а также при повышенной температуре. Благодаря плотности и высокой температуре плавления фторопласт оптимально подходит для конструирования подобных систем.

Не менее важен фторопласт и для моторостроения, так как служит исходным сырьем для производства многочисленных расходных частей и запасных деталей. Именно из него делают, к примеру, пластины скольжения, монтируемые для опор. Незаменим фторопласт и при производстве подшипников. Материал зачастую применяют в качестве уплотнения, работая над стыками. Тефлон оптимален и как средство для устранения фрикций, способных разрушить машину. Колебательные движения сглаживаются, и материал основной конструкции не сталкивается с нагрузками – их полностью поглощает фторопласт.

Слабые стороны

Как и любой другой материал, фторопласт имеет некоторые особенности, ограничивающие его применение и создающие сложности в работе с ним. В частности, известно, что стойкость к износу тефлону свойственна относительно невысокая. Если соединение нагревают до температуры 300 градусов по школе Цельсия и выше, из него выделяются летучие компоненты, негативно влияющие на живые организмы. Также фторопласт характеризуется повышенными показателями холодной текучести и плотности, из-за чего относится к категории тяжелых полимеров.

Фторопласт был изобретен относительно недавно, но, несмотря на свои недостатки, стал совершенно незаменимым сырьем для самых отраслей промышленности. Невозможно представить себе развитие цивилизации до текущего уровня без использования тефлона. Ряд отраслей просто не имеют альтернативного фторопласту материала.

Фторопласт: виды

В настоящее время фторопласт – это термин, применяемый к группе материалов, несколько отличающихся друг от друга. Каждая разновидность свойственна какой-либо стране, где она преимущественно производится и применяется, имеет специфическое наименование. Например, в Америке широкое распространение получил тефлон – это так называемый четвертый фторопласт, а вот японский вариант – это полифон. Итальянская промышленность построена с использованием алгофона, английская прибегает к флюону, а французская – к сорефлону. В Германии материал, наиболее активно используемый в промышленных процессах, носит название гостафлон ТР.

Есть также третий фторопласт, который в разных странах представлен под разными наименованиями: в Японии его знают как дайфлон, а во Франции как волталеф. Американская промышленность применяет кель Ф. Также существует второй фторопласт, фторопласт-40 и сополимер, построенный на совмещении винилиденфторида и тетрафторэтилена. В продаже он обычно обозначается как фторопласт-42.

Фторопласт: сочетая и разделяя

Довольно обширное применение в промышленных процессах получили разнообразные соединения, построенные на фторопласте. Большинство из них производится следующим образом: в качестве основы берут полимер на базе фтора, в него добавляют специальные компоненты, корректирующие необходимые качества. Таким образом можно повысить плотность или стойкость к износу, увеличить сопротивление высоким и низким температурам, откорректировать параметры упругости и твердости конечного продукта.

Наполнителями могут быть самые разные компоненты, основное условие – способность выдержать ту температуру, при которой спекают фторопласт. В настоящее время принято разделять возможные наполнители на несколько групп. Широко используются металлы (медь, никель, благородное серебро и ряд других соединений). Можно вводить во фторопласт минералы – каолин, кварц или керамическую крошку. Довольно хороший результат может дать добавление органических соединений – сажи, угля, кокса, графита. Армирующий эффект могут придать наполнители в виде каркаса или волокон. Первые обычно представляют собой мятые сетки из металла или фольгу, а вторые представлены неткаными и ткаными материалами. Нетканые – усы из металла, волокна базальта, кварца, асбеста. Тканые наполнители фторопласта – стеклоткань, ткань базальта, асбеста, графита.

Особенности комбинирования

В настоящее время разработано несколько методик введения наполнителя во фторопласт. Довольно часто каждый из компонентов в полимерную смесь вводят по отдельности, формируя различные сочетания для достижения таких параметров, которые должны быть у конечного объекта. Эта методика носит наименование комбинированных наполнителей. Особенности такой композиции будут определять специфику конечного продукта. Но возможен производственный процесс, в рамках которого во фторопласт добавляют только один наполнитель.

Если было решено улучшить исходный состав применением графита, бронзы, стеклянного волокна, муки кокса или металлическими силицидами, изнашиваемость возрастает в сотни и даже тысячи раз в сравнении с классическим рецептом фторопласта. Кроме того, растёт теплопроводность, способность сопротивляться сжатию (увеличивается в десятки раз). Также сокращаются показатели трения, одновременно с чем улучшается параметр твердости.

Что и когда добавить?

Если конечный продукт должен обладать качествами фторопласта, в то же время быть более прочным и стойким, тогда в производственном процессе в смесь вводят графит. При необходимости улучшения показателей проводимости тепла, стабильности и твердости нужно добавить к полимерам фтора бронзу. Это позволяет повысить стойкость конечного продукта приблизительно в пять сотен раз. Для повышения прочности, твердости при одновременном снижении трения нужно ввести к полимерам фтора дисульфид молибдена.

Хорошие результаты дает добавление стеклянного волокна: стойкость на износ повышается, размеры предмета будут сохранять стабильность вне зависимости от уровня влажности, предмет становится стойким к усадке, температурному влиянию. Снижается холодная текучесть.