Список тематических статей

Фторопласты

О фторопластах

Фторопласты (фторпопимеры, фторлоны) — это общее техническое наименование фторсодержащих полимеров. Такие пластики являются одними из самых уникальных полимерных материалов, изделия из которых встречаются и в промышленности, и в быту, и в других самых неожиданных местах. Фторсодержащих полимеров существует большое разнообразие, однако для простоты употребляют общее наименование «фторопласт». Чаще всего эту группу полимеров, ввиду их некоторых ценных свойств, применяют в качестве уплотнительного материала, сырья для изготовления конструкционных деталей, а также для получения антипригарного покрытия.

Фторопласты, как правило, обладают широким диапазоном эксплуатационных температур, некоторые марки можно применять от минус 269 градусов С до 260 градусов С, то есть диапазон применения превышает 500 градусов. В зависимости от марки фторопласты обладают плотностью от чуть ниже 2000 кг/куб.м до 2400 кг/куб.м, что является достаточно высокими значениями для пластмасс. 

Рис.1. Типичные фторопластовые изделия.

Физико-механические, химические и прочие характеристики рассматриваемого материала обычно гораздо более высокие, чем у крупнотоннажных полимеров. Этот факт позволяет применять фторопласты в химической, медицинской и прочих высокоответственных областях знаний и индустрии. Переработка таких полимеров обычно производится либо механически на различном обрабатывающем оборудовании, либо путем прессования. Наиболее используемые для прочих полимеров методы переработки, такие как литье под давлением, экструзия или выдувное формование, для фторопластов из-за их специальных свойств применяется крайне редко, лишь для отдельных подходящих марок.

Из фторопластов производят совершенно различные по внешнему виду и свойствам изделия и полуфабрикаты. Сам материал может предстать в виде обычной на вид пластмассы, жесткого пластика, резиноподобного эластомера и тд.  

История

Считается, что первый фторопласт был получен в начале 20 века в США, однако достоверных сведений о методе производства, химической формулы и свойствах этого вещества в литературе не приводится. В СССР фторполимеры впервые поступили из-за рубежа в период второй мировой войны. После нее было оборудовано первое отечественное производство этого полимера.

На сегодняшний день различные фторопласты в больших количествах используются в химической и строительной индустриях, машиностроении, медицинской отрасли. Также фторсодержащие полимеры применяют для выпуска высокотехнологичных волокон и специальных тканей. Наиболее часто используемым типов фторопласта считается политетрафторэтилен (ПТФЭ) или фторопласт-4, который также называют коммерческими марками: тефлон, галлон, гостафлон, флюон и т.д.

Виды фторопластов

Применяется несколько основных марок фторполимеров, отличающихся по химическому строению макромолекул полимера и по свойствам. Ниже представлены самые популярные виды фторопластов и их основные особенности.

Фторопласт-2 (PVDF, химическое наименование - поливиниленфторид). Обладает хорошей прочностью, упругостью и высокой химической стойкостью. Кристаллизующийся материал с температурой плавления от 135 до 180 градусов С и температурой стеклования от минус 42 до минус 25 градусов С.

Фторопласт-3 (химическое наименование - политрифторхлорэтилен). Обладает хорошей прочностью и твердостью, имеет основные характеристики термопласта – довольно легко переходит в высокоэластическое состояние, плавится и формуется при нагревании. При этом обладает хорошей стойкостью к низким температурам.

Фторопласт-4 (химическое наименование - политетрафторэтилен). Наиболее известный из фторопластов. Обладает самой высокой плотностью среди рассматриваемой группы фторполимеров. Ф-4 стоек к воздействию высоких температур вплоть до 260 градусов С. Также фторопаст-4 и его модификации Ф-4ПН, Ф-4О, Ф-4Д и т.д. обладают отличной гидрофобностью и низкой пористостью.

Фторопласт-30 (ECTFE, PE-CTFE, E-CTFE, E/CTFE, сополимер трифторэтилена и этилена). Кристаллизующийся материал с температурой плавления около 240 градусов С. По характеристикам напоминает Ф-3.

Фторопласт-40 (ETFE, E/TFE, сополимер тетрафторэтилена и этилена). По своим данным похож на фторопласт-4. Материал стоек к действию химикатов, в том числе сильных, устойчив к ультрафиолету, непожароопасен.

Свойства фторопластов

Фторопласты, как было сказано выше, могут обладать широкой гаммой различных особенностей и предстать как в виде пластмасс различного вида, так и в виде термоэластопластов. По отношению к растворителям они могут быть как растворимыми, так и нерастворимыми, набухающими или ненабухающими полимерами.

Применение рассматриваемых материалов обусловлено комплексом ценным свойств, которым обладают те или иные марки. Среди таких полезных особенностей фторопластов нужно отметить крайне высокую химическую стойкость, теплостойкость и морозостойкость. Кроме того, многие фторполимеры обладают очень низким коэффициентам трения, что незаменимо при применении в узлах и механизмах, а также отличные диэлектрические характеристики при различных условиях и совсем небольшое водопоглощение.

Фторопласты также обладают рядом недостатков, среди которых невысокая прочность в сравнении с инженерными или конструкционными термопластичными полимерами, высокую степень ползучести этих материалов. Кроме того, не нужно забывать, что подавляющее число фторполимеров очень дороги. 

Применение

Описанные выше свойства фторопластов сделали их незаменимыми материалами для многих индустрий и применений. Мировой выпуск и использование фторсодержащих пластиков, полуфабрикатов и изделий из них постоянно растет, а количество типов применений увеличивается.

Из фторопластов производят, в том числе, широкий ассортимент продуктов со специальными свойствами, например:

- изделия, способные выдержать радиационное облучение в течение долгого времени; 

- особопрочные волокна, по некоторым характеристикам превосходящие прочностные качества аналогов из высоколегированных сталей; 

- покрытия с высокой стойкостью к коррозии почти непроницаемые для воды и прочих коррозионных агентов и действию атмосферных факторов; 

- пленки с недостижимыми для других пластмасс и неполимерных материалов показателями морозостойкости и диэлектрическими характеристиками; 

- каучуки для использования в критических условиях.

Рис.2. ФУМ-лента и нить – популярнейшие уплотнительные материалы

Наиболее распространенные фторопластики применяются следующим образом:

Фторопласт-2 применяется, в частности, для производства трубопроводов и сосудов для хранения химикатов. Свойства фторопласта-3 дают возможность использовать его как компонент антикоррозийных покрытий. Самый распространенный материал фторопласт-4 используют в уплотнениях, в том числе строительных, фрикционных деталях, а также в медицине, фармацевтике, энергетике, станко-, автомобиле- и самолетостроении. Знамениты антипригарные покрытия из Ф-4 под названием «тефлон» в пищевой промышленности (на сковородах и прочей посуде), кроме того в той же индустрии он используется для нанесения на трубы и насосов по транспортировке пищевых жидкостей.

Экология и воздействие на здоровье

Все наиболее употребляемые марки фторопласты полностью безопасны для человека и других живых организмов. Помимо этого, известны свойства фтополимеров превосходно совмещаться с живыми тканями, в том числе не давать иммунологических реакций у человека. Такие характеристики фторопластов открывает им дорогу как материалам, пригодным для изготовления медицинских протезов и имплантов. 

Также фторопласты, особенно Ф-4, активно применяются в стоматологии, сердечно-сосудистой хирургии и прочих направлениях медицины. Из них изготавливают искусственные клапаны сердца и кровеносные сосуды. Всё больше полимер замещает дорогостоящий титан, использующийся ранее для производства протезов в большинстве случаев. Применения фторопласта в медицине все время расширяются.

С точки зрения экологии рассматриваемые пластики не очень отличаются от прочих полимеров. Химические свойства фторопластов говорят об их еще большей инертности, чем, например, у полиолефинов. С точки зрения химического загрязнения, они не приносят окружающей среде никакого вреда. Проблема загрязнения природы и прежде всего водных ресурсов фторполимерами также остро не стоит, ввиду небольшого объема производства фторопластов по сравнению с крупнотоннажными полимерами. 

Вторичная переработка таких полимеров также затруднена не только по причине их трудной перерабатываемости, но и из-за фактора, описанного выше. Затруднительно собрать и отсортировать достаточное большое для вторичной переработки количество фторопласта, однако работы в этом направлении ведутся и на рынке уже присутствуют различные марки вторичных фторопластов и изделия из них.