Фторопласт: виды, технические характеристики и применение

Фторопласт — это общее название фторсодержащих пластмасс, получаемых при полимеризации тетрафторэтилена. Синтезируется он в виде белого, легко образующего комки порошка, а затем прессуется и спекается при высокой температуре. В своем составе может содержать от одного до четырех атомов фтора, что отражается в названии его типов.

К наиболее распространенным фторопластам относится политетрафторэтилен, известный в России как фторопласт-4. В США он продается под торговой маркой «тефлон» и «галон», в Германии — «гостафлон», в Великобритании — «флюон», во Франции — «гафлон» или «сорефлон».

Марки и технические характеристики фторопластов

В настоящее время производится несколько марок фторопластов, отличающихся по физическим и химическим свойствам. При этом все они востребованы в промышленности, поскольку имеют уникальные технические характеристики:

1. Устойчивость практически к любому химическому воздействию.
2. Низкий коэффициент трения.
3. Устойчивость к сцеплению с другими поверхностями.
4. Термостойкость — гибкость и эластичность материала сохраняются при температурах в диапазоне от -70° до +270°С.
5. Минимальное поверхностное натяжение.
6. Устойчивость к воздействию электротока и высоким температурам. Фторопласт практически не горит, в пламени он только обугливается, а при извлечении его из открытого огня полностью прекращается и обугливание.
7. Стабильность в пищевой среде.
8. Способность изделий из фторопласта не изменять свою длину даже под воздействием температуры.

Фторопласт отлично поддается обработке, его можно сверлить, шлифовать, фрезеровать и обтачивать.

Существует четыре основных марки фторопласта в зависимости от размера молекул и их количества в составе цепи. Чем выше это показатель, тем больше удельный вес вещества.

• Ф-2 или поливиниленфторид (ТУ 6-05-646-77). Может также выпускаться с добавлением модификатора — кобальта, стекловолокна, кокса. В этом случае к маркировке добавляется буква «М». Отличается высокой прочностью, упругостью, не содержит пластификаторов, стабилизаторов и катализаторов. За счет этого применяется в трубопроводных системах и производстве емкостей для агрессивных жидкостей. Ф-2 легко перерабатывается и способен растворяться в апротонных (нейтральных) растворителях.
• Ф-3 или политрифторхлоридэтилен (ГОСТ 13744-76). Разновидностью является модифицированный вариант Ф-3М (ТУ 6-05-1812-77). Твердый и прочный материал, способный плавиться, размягчаться и изменять форму в процессе прессования и литься. Устойчив к низким температурам. Имеет хорошую адгезию к металлам и используется в антикоррозийных покрытиях.
• Ф-4 или политетрафторэтилен (ГОСТ 10007-80). Трудногорючий материал с самой высокой плотностью среди всех фторопластов. Имеет малую пористость, высокую гидрофобность, устойчивость к воздействию температур. Способен выдержать нагревание до 260°С без изменения свойств.

На сегодня выпускается несколько разновидностей Ф-4:

1. Ф-4ПН — используется для изготовления изделий повышенной надежности. В зависимости от среднего размера частиц может иметь дополнительную маркировку: Ф-4 (100–180 мкм), Ф-4ПН-90 (46–135 мкм), Ф-4ПН-40 (21–45 мкм), Ф-4ПН-20 (6–20 мкм).
2. Ф-4О — применяется для изготовления изделий общего назначения (втулок, прокладок, деталей трубопроводов и насосов).
3. Ф-4Д — тонкодисперсная модификация с меньшим молекулярным весом. В отличие от Ф-4 его можно перерабатывать с помощью экструзии и готовить из него суспензии. Применяется для изготовления пленок, покрытий, волокон.
4. Ф-4А — свободносыпучий фторопласт. Обладает всеми свойствами Ф-4, но при этом более технологичен. Используется для получения изделий точного размера методами автоматического, изостатического, компрессионного прессования и поршневой экструзии.
5. Ф-4HTD — тонкодисперсный фторопласт с размером частиц 5–30 мкм. Используется в качестве сухой смазки в узлах трения различных механизмов, загустителя для масел и пластичных смазок.

В маркировке фторопласта Ф-4 также встречается буква «М», что означает его модификацию с помощью различных добавок. Фторопласты всех марок находят свое применение в промышленности.

• Ф-40. Это сополимер тетрафторэтилена и этилена (ОСТ 6-05-402-47). Может выпускаться в двух видах:
  
  • Ф-40П — для изготовления изделий под давлением путем прессования и литья;
  • Ф-40Ш — для изготовления изделий путем экструзии.

Химические свойства Ф-40 близки к фторопласту Ф-4 (см. табл.). Он устойчив к воздействию концентрированных кислот и растворителей, не горит, не пропускает ультрафиолетовые лучи.

Таблица 1. Основные технические характеристики различных фторопластов

Наименование	Плотность, кг/м3	Температура эксплуатации, °С	Удельное сопротивление, Ом*м	Разрушающее напряжение (растяжение), МПа
Ф-2	1780	-45/ +150	1010–1013	44–55
Ф-3	2090–2160	-195/ +190	1015–1017	35–43
Ф-4	2150–2240	-260/ +160	1017–1018	16–35
Ф-40	1700	-200/ +200	1016	27–50

Сферы применения фторопласта

Наиболее востребован в промышленности именно фторопласт-4. Неспециалистам он известен как тефлон. Это тот самый материал, который используется в производстве посуды с антипригарными покрытием. Однако этой сферой его применение не ограничивается. Фторопластовые материалы незаменимы в самых разных отраслях.

1. Машиностроение. Благодаря устойчивости к трению, из него и композиций на его основе изготавливают подшипники, сальники, пыльники, поршневые кольца и даже автомобильные шины. Детали из фторопласта обеспечивают стабильную эксплуатацию в условиях агрессивных сред, вакуума и при сверхнизких температурах. Кроме того, из-за уникальной термостойкости фторопласт вполне подходит для изготовления деталей для двигателей.
2. Легкая промышленность. Обработка фторопластом позволяет повысить водостойкость изделий, например, обуви. Практически вся одежда для спорта и активного отдыха имеет тонкое тефлоновое покрытие.
3. Медицина. Поскольку фторопласт не вызывает иммунологических реакций, биологически и физиологически безвреден, из него возможно изготовление протезов кровеносных сосудов, сердечных клапанов, емкостей для хранения крови и сыворотки, упаковки для лекарств. Применяется фторопласт и в стоматологии.
4. Радиотехника и электротехника. Фторопласт используется как изолятор или проводник тока, а также для изготовления выключателей, элементов реле, кабелей, печатных плат.
5. Химическая промышленость. Благодаря исключительной инертности по отношению ко всем кислотам и щелочам, фторопласт применяется в изготовлении лабораторной посуды различного назначения, для транспортировки и хранения химически агрессивных сред в трубопроводах, в аппаратах колонного типа, в качестве прокладок, контактирующих с агрессивными средами и для футеровки реакторов.
6. Пищевая промышленность. Для изготовления антипригарного покрытия для сковородок и кастрюль, форм для выпечки, раскатывающих механизмов для теста, контейнеров для хранения.

Фторопласт может выпускаться в нескольких формах — листовой, в виде стержней, трубок или втулок.

Типы заготовок из полимера

Существует два вида изделий из фторопласта — заготовки и готовые изделия. Первая группа — это практически полуфабрикаты, используемые в дальнейших технологических процессах. Заготовки изготавливаются в соответствии с требованиями ТУ 6-05-810-88 по утвержденному техническому регламенту предприятия-изготовителя. Размеры заготовок должны соответствовать либо номенклатурному перечню предприятия-изготовителя, либо спецификациям, согласованным между изготовителем и заказчиком. Предельные отклонения от номинальных размеров регламентируются требованиями ОСТ 6-05-322-74, исключая листы и стержни, прессуемые в горизонтальном виде. В зависимости от показателей качества заготовки могут выпускаться двух сортов — высшего и первого.

1. Листы и пластины. Они имеют прямоугольную или квадратную форму, размер от 100x100 мм или 1000x1000 мм. Толщина листов фторопласта от 1 до 60 мм. При изготовлении деталей листы подвергают механической обработке.
2. Пленки. Используются для изготовления конденсаторов, изолирования проводов, кабелей, производства уплотнителей для вкладышей, подшипников, фильтров, мембран. Толщина пленок может быть от 10 до 100 мкм, ширина — до 300 мм.
3. Стержни и диски. Диаметр стержней из фторопласта — от 10 до 300 мм, высота — от 50 до 2000 мм. Заготовки с круглым сечением используются для изготовления уплотнительных, антифрикционных и электроизоляционных деталей для различного технологического оборудования. Существуют также стержни с прямоугольным и квадратным сечением.
4. Бруски из фторопласта-4 имеют длину 70–300 мм, ширину — 40–200 мм и толщину — 2–200 мм.
5. Стружка или порошок.

Вторая группа — это готовые изделия. К ним относятся диски, трубки, ленты, жгуты, шарики. Они полностью готовы к применению в качестве комплектующих различных механизмов, оборудования, узлов арматуры. Могут производится как по типовым размерам, так и по чертежам заказчика.

Заготовки и изделия изготавливают из вторичных фторопластов или композиций по ТУ 6-05-1947-83 или из фторопластовых порошков, обработанных термически по ТУ 301-05-25-89 методом прессования или экструзии с последующим спеканием в формах. Спекание может проводиться под давлением или в свободном состоянии. Гарантийный срок на все изделия и заготовки — 5 лет со дня изготовления.

Цены на материал

На формирование цены на фторопласт оказывает влияние несколько общих факторов:

• производитель (отечественный, иностранный);
• объем партии (крупный опт, мелкий опт, розница);
• марка.

Цену листового фторопласта Ф-4 указывают за 1 кг, в зависимости от толщины листа она варьируется примерно от 400 до 700 рублей.

Стоимость пленки также указывается за 1 кг и составляет в среднем около 1700 рублей. Цена на стержни, диски и прутки из фторопласта зависит от диаметра и способа производства (прессованный или вторичный), купить их можно примерно за 400–700 рублей за один кг.

Порошковый фторопласт практически не встречается в свободной продаже, цена на него составляет около 1000–1100 рублей за кг.

Заготовки из фторопластов других типов несколько дешевле, чем из Ф-4. Например, один килограмм Ф-3 можно приобрести по цене около 500–700 рублей, а Ф-2 — около 500–550 рублей.

Стоимость готовых изделий зависит не только от веса, но и от сложности самой детали. Например, цена защитного кольца из фторопласта для грузового автомобиля БелАЗ около 16,5 рублей за одну штуку. Типовые изделия имеют более низкую стоимость, чем изготовленные по специально разработанным чертежам. В этом случае цена может быть назначена индивидуально для каждого конкретного случая.