Политетрафторэтилен (Тефлон): Свойства и Применение в Быту

Слово «Тефлон» является зарегистрированным товарным знаком компании Chemours. Непатентованное название вещества - «политетрафторэтилен» или «фторополимер».

Политетрафторэтилен был открыт в апреле 1938 года 27-летним учёным-химиком Роем Планкеттом из компании Kinetic Chemicals, который случайно обнаружил, что закачанный им в баллоны под давлением газообразный тетрафторэтилен спонтанно полимеризовался в белый парафиноподобный порошок. Сцена открытия тефлона в лаборатории DuPont. Рой Планкетт справа.

Основные Свойства Политетрафторэтилена

Тефлон - белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Плотность по ГОСТ 10007-80 от 2,18 до 2,21 г/см3. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остаётся гибким и эластичным при температурах от −70 до +270 °C, прекрасный изоляционный материал.

Фторопласт - мягкий и текучий материал, поэтому имеет ограниченное применение в нагруженных конструкциях. По своей химической стойкости превосходит все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот.

Как делают тефлон (политетрафторэтилен)

Химические и Физические Характеристики

Связь фтор-углерод во фторуглеродах является одной из самых прочных связей, которые могут быть известны для органических соединений. Политетрафторэтилен не подвергается действию ни одного известного растворителя. Растворение может произойти только при сильном взаимодействии, возникающем между полимерной молекулой и молекулой растворителя. Из-за плохой растворимости невозможно определить молекулярный вес политетрафторэтилена, поэтому его определяют по конечным группам с применением радиоактивных индикаторов.

Среди всех известных пластмасс и других материалов (например, стекла, золота, платины, сплавов) политетрафторэтилен является наиболее стойким материалом. Он устойчив к воздействию щелочей, органических и минеральных кислот, различных растворителей, окислителей и прочих агрессивных сред.

В состав политетрафторэтилена входит примерно 80 - 85% кристаллической фазы. Как правило, при обычных температурах полимер содержит аморфные участки совместно с кристаллической фазой. Аморфные участки обладают высокоэластичным состоянием, что обуславливает относительную мягкость материала.

Политетрафторэтилен допустимо эксплуатировать при температурах, достигающих примерно 250 °С. Важно то, что при нагревании ПТФЭ до 200 °С из полимера выделяется минимальное количество токсичных и опасных газов, что положительно сказывается на возможностях его применения. Если фторопласт-4 нагревается в вакууме при температуре 490 °С и выше, становится заметным его разложение.

Немаловажное отличие рассматриваемого материала от других термопластичных пластиков состоит в том, что он не течет при своей температуре плавления. Рассматриваемый полимер плохо устойчив к облучению. При воздействии гамма- и бетта-излучения его механические свойства значительно ухудшаются.

Политетрафторэтилен имеет низкий коэффициент трения, который не зависит от температуры до достижения температуры плавления кристаллической фазы. Как правило, политетрафторэтилен лучше применять в виде пленок, нанесенных на металл.

Применение Политетрафторэтилена

Фторполимеры применяют в химической, электротехнической и пищевой промышленности, для производства мембранной одежды, в медицине, в транспортных средствах, в военных целях, в основном в качестве покрытий. Из фторопласта марки Ф-4 можно изготовить: аппараты, ректификационные колонны, насосы, трубы, клапаны, сильфоны, облицовочные плитки, сальниковые набивки.

Как диэлектрик, политетрафторэтилен успешно применяется в технике высоких и ультравысоких частот. Прокатанная фторопластовая плёнка используется при изготовлении высококачественных кабелей, проводов, конденсаторов, для изоляции катушек, пазов электрических машин. В качестве конструкционного материала политетрафторэтилен применяется при изготовлении различных деталей машин и аппаратов.

Фторопласт-4 (тефлон) - великолепный антифрикционный материал с коэффициентом трения скольжения, наименьшим из известных доступных конструкционных материалов (даже меньше, чем у тающего льда). Из-за мягкости и текучести цельные подшипники скольжения из фторопласта используют редко. В высоконагруженных узлах применяют металлофторопластовые подшипники-вкладыши и металлофторопластовые опорные ленты. Такой элемент скольжения выдерживает десятки килограммов на квадратный миллиметр и состоит из металлической основы, на которую нанесено фторопластовое покрытие.

Известны смазочные материалы с введённым в их состав мелисперсным фторопластом. Тефлон широко используется в высокочастотной технике, так как, в отличие от близких по свойствам полиэтилена или полипропилена, имеет очень слабо меняющийся с температурой коэффициент диэлектрической проницаемости, высокое напряжение пробоя, а также крайне низкие диэлектрические потери. В электронной технике специального назначения широко используется проводка с изоляцией из фторопласта, стойкая к агрессивным средам и высокой температуре - провода марки МГТФ, МС и ряд других. Провод в тефлоновой изоляции невозможно проплавить паяльником.

Благодаря биологической совместимости с организмом человека политетрафторэтилен с успехом применяется для изготовления имплантатов для сердечно-сосудистой и общей хирургии, стоматологии, офтальмологии. В 2011 году впервые применён для пластики повреждённых носовой перегородки и стенок околоносовых пазух вместо титановых сеток. Из-за низкого трения и несмачиваемости насекомые не способны ползти по тефлоновой стене.

Политетрафторэтилен в быту

Тефлон также используется в производстве других бытовых приборов. Антипригарное покрытие, в быту называемое тефлон, по-научному называется политетрафторэтилен.

Для современного человека посуда с антипригарным покрытием - вещь очень удобная и практичная. Большинство из нас стараются следить за состоянием своего здоровья, ограничивать употребление в пищу жиров, которые при сильном нагреве выделяют канцерогены.

Наиболее широко распространены ПТФЭ коврики - это отрезки обработанной тефлоном стеклотканей. Многие предприимчивые бизнесмены наладили выпуск таких тефлоновых ковриков разного размера. Кроме того, многие хозяйки используют силиконовые коврики в качестве поверхности для раскатки теста.

Производство политетрафторэтилена

В реактор-полимеризатор 3 поступает сырье в виде тетрафторэтилена из мерника-испарителя 1. Реактор-полимеризатор предварительно заполняется водой, поступившей из мерника 2. Предварительно перед подачей ТФЭ в реакторе растворяют инициатор, в качестве которого выступает персульфат аммония. Реактор охлаждают до температуры около 4 °С и при давлении 1,47 - 1,96 МПа реакция начинается. Допустимо введение 1%-ой соляной кислоты в реактор при условии, что после загрузки тетрафторэтилена реакция не начинается. Соляная кислота в данном случае используется как активатор процесса. Как только температура в реакторе начинает повышаться, введение соляной кислоты прекращается.

Когда реакционная смесь нагревается до 70 °С, а давление снижается до атмосферного, реакцию полимеризации прекращают. Маточный раствор удаляется в приемнике суспензии 5, куда реакционная масса поступает самотеком. Перемешиваемая насосом суспензия политетрафторэтилена с частью маточника направляется в приемник пульпы 6. В системе репульпатор 7 - коллоидная мельница 8 осуществляется многократная отмывка и размол частиц полимера в суспензии. Твердая и жидкая фаза в репульпаторе соотносятся как 1:5. В пневматическую сушилку 9 поступает влажный продукт при температуре 120 °С. Далее сухой политетрафторэтилен разделяется на различные фракции в зависимости от степени дисперсности и отправляется в последующем на упаковочную ленту.

Дисперсный ПТФЭ получают путем проведения полимеризации в водной среде с добавлением солей перфторкарбоновых или моногидроперфторкабоновых кислот, исполняющих роль эмульгаторов. Инициатором процесса выступает пероксид янтарной. Условиями проведения процесса являются температура 55 - 70 °С и давление 0,34 - 2,45 МПа. В результате проведения процесса полимеризации получается продукт шарообразной формы. Из получившейся водной дисперсии концентрируют или выделяют порошкообразный продукт.

Порошкообразный фторопласт-4 засыпается в форму для прессования, распределяется по ней равномерно и уплотняется «на холоду» при удельном давлении, не превышающем 400 кгс/см2. Такой параметр давления обусловлен тем, что при более высоких давлениях ПТФЭ может растрескиваться, а при низких - материал дает усадку и получается довольно рыхлым.

Спекание рекомендовано проводить при температуре, приближенной к 370 °С от 2 до 50 часов. Если производить нагрев дольше рекомендуемого времени или при более высоких температурах, возможна частичная деструкция полимера: пористость, выделение газовых продуктов, ухудшение механических свойств изделий. Процесс проводят в специальной печи с электрообогревом и точной регулировкой температуры.

Охлаждение полученных изделий рекомендуется проводить медленно вместе с охлаждением печи. После охлаждения изделия извлекаются из печи и охлаждаются на открытом воздухе. Если процесс охлаждения проводить в воде, то с большой вероятностью изделие закалится. Закалка приведет к появлению трещин и к усадке внутри и снаружи.

С помощью механической обработки на станках из заготовок получают готовые изделия. Обработку производят на станках для холодной обработки. Также применяется горячее штампование для придания точных размеров и изменения формы полимера.

Разновидности и применение фторопластов

Нетрудно догадаться, что фторопласты-4 делятся не только в зависимости от методики их получения, но и от назначения и свойств. Белый однородный. Благодаря своим уникальным свойствам фторопласт-4 достаточно широко применяется в различных сферах деятельности человека.

Из политетрафторэтилена изготавливают колонны ректификации, трубы, сильфоны, клапаны, сальниковые набивки. Прокатная пленка используется в качестве кабелей, конденсаторов-изоляторов, пазов электромашин. Фторопласт-4 применим как смазочный материал в изготовлении металло фторопластовых опорных лент.

Не обошел стороной ПТФЭ и электротехническую сферу. В медицине благодаря совместимости политетрафторэтилена с организмом человека успешно применяются имплантаты для ССС (сердечно-сосудистой системы), общей хирургии, офтальмологии, стоматологии и т.д.

Свойства ПТФЭ

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) - это синтетический полимерный материал, который обладает уникальными свойствами.

• ПТФЭ обладает хорошей устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и коррозии.
• Этот материал широко используется в различных отраслях промышленности, включая авиацию, электронику, медицину и автомобильную промышленность.
• ПТФЭ экспандированный, в дополнение к обычному, приобретает стойкость к высоким давлениям - до 500 Атм.

Основные свойства ПТФЭ:

• Термостойкость: ПТФЭ способен выдерживать температуры до 260°C без изменения своих свойств.
• Химическая стойкость: материал устойчив к большинству химических реагентов, включая кислоты, щелочи и растворители.

ПТФЭ широко используется в различных промышленных отраслях благодаря своим уникальным свойствам и характеристикам.

Производство сальниковых набивок из ПТФЭ

Производство сальниковых набивок из ПТФЭ (политетрафторэтилена) - это высокотехнологичный процесс, направленный на создание материалов с уникальными эксплуатационными характеристиками. ПТФЭ, известный также как тефлон, обладает исключительной химической стойкостью, низким коэффициентом трения и способностью сохранять свои свойства в широком диапазоне температур от -200°C до +260°C.

Технология производства начинается с подготовки сырья. ПТФЭ в виде порошка или волокна подвергается специальной обработке, включающей прессование и спекание при высоких температурах. Это позволяет получить плотный, но гибкий материал, способный эффективно уплотнять зазоры в сальниковых устройствах.

Готовые сальниковые набивки из ПТФЭ отличаются долговечностью, устойчивостью к агрессивным средам и способностью работать под высоким давлением. Набивки из фторопласта обладают рядом преимуществ перед другими материалами, такими как устойчивость к агрессивным средам, высокая термостойкость, низкий коэффициент трения и высокая химическая стойкость.

Набивки из фторопласта могут использоваться в качестве уплотнительных материалов в насосах, клапанах, фильтрах и других устройствах.

Производство сальниковых набивок из политетрафторэтилена включает в себя несколько этапов. Сначала ПТФЭ необходимо очистить от примесей и обработать для повышения его прочности и устойчивости к химическим воздействиям. Затем ПТФЭ прессуют в форму нужного размера и конфигурации.

Готовые сальниковые набивки проходят испытания на прочность и устойчивость к давлению и температуре.

Особенности обработки и применения PTFE

Несмотря на то, что PTFE относится к термопластичным полимерам, данный материал невозможно перевести в состояние расплава.

PTFE обладает уникальным набором характеристик, которые делают его универсальным материалом для самых различных сфер применения - от кабельной изоляции до специальных видов тканей. Есть также специфические особенности данного материала, которые ограничивают его применение, в частности сравнительно низкие механические характеристики и невозможность склеивания, а также сварки.

Механические свойства данного материала могут быть значительно улучшены путем введения различных добавок (стекла, бронзы, нержавещющей стали и т.д.), а путем травления поверхности аммиаком натрия можно добиться склеиваемости.

Изделия из PTFE, как правило, производят посредством плунжерной экструзии (т.н. ram-extrusion), либо литья под давлением (которое часто называют прессованием). Другой метод экструзии, т.н. экструзия пасты, применяют для изготовления тонкостенных труб малого диаметра. С помощью данного метода можно производить трубочки с диаметром сравнимым с человеческим волосом.

Физические, и в особенности механические свойства PTFE могут в значительной степени меняться в зависимости от способа производства изделия, а также способа его механической обработки. При механической обработке большое значение имеет правильный выбор инструмента, а также рабочих скоростей.

Предложения от компании «Мир ремней»

Компания «Мир ремней» предлагает приобрести оптовыми партиями различные изделия и материалы с тефлоном. Мы можем предложить ленты и скотчи, которые имеют широкие возможности применения, в том числе в быту. Наш интернет магазин может отгрузить любыми количествами материалы и изделия по вашему адресу.

Компания «Мир ремней» находится в городе Минск и имеет большой склад готовой продукции. Мы являемся партнерами ведущих производителей тефлоновых материалов. Даем гарантии на продукт, работаем с различными странами. Наши клиенты могут оплатить любым удобным способом товар и мы вышлем его надежной транспортной компанией.

Таблица основных свойств политетрафторэтилена

Свойство	Значение
Плотность	2,18 - 2,21 г/см3
Теплостойкость	от −70 до +270 °C
Химическая стойкость	Устойчив к большинству кислот, щелочей и растворителей
Коэффициент трения	Низкий
Диэлектрические потери	Крайне низкие