Фторопласт: применение, свойства, производство и цена
В наши дни, в течение последних нескольких десятилетий, материал под названием тефлон или фторопласт-4 стал чрезвычайно востребованным. Этот пластиковый материал, окрашенный в молочно-белый цвет, стал известен многим людям благодаря своему использованию в производстве антипригарной посуды (Tefal). Однако, это далеко не единственная область применения данного полимера.
Фторопласты - это полимеры, содержащие фтор, которые используются в качестве конструкционных пластиков. Существует несколько видов фторопластов, среди которых наиболее известны: политетрафторэтилен (Teflon, Hostaflon TF, Fluon G, Algoflon F, Polyflon M), политрихлорфторэтилен (Dyflon, KEL-F, Voltalef, Neoflon CTFE), поливинилиденфторид (Kynar, Solef, Neoflon VDF) и сополимер тетрафторэтилена (Tefzel, Hostaflon ET, Neoflon ETFE).
Несмотря на то, что фторопласты имеют самый низкий коэффициент сухого трения среди полимеров, они не являются взаимозаменяемыми материалами, так как они отличаются по ряду технических характеристик.
Фторопласт-4, или тефлон, наиболее распространен и используется во многих областях, включая:
- Машиностроение: благодаря устойчивости к трению и агрессивным средам, из тефлона изготавливают сальники, подшипники, поршневые кольца, пыльники, автомобильные шины и детали мотора.
- Электро- и радиотехника: тефлон может быть использован как изолятор или проводник тока (при модификациях его молекулярной структуры). Печатные платы, кабели, элементы реле и выключатели изготавливаются из политетрафторэтилена.
- Легкая промышленность: обработка изделий из тефлона делает их водостойкими, поэтому он используется в этом секторе.
- Химическая промышленность и медицина: тефлон используется для производства лабораторной посуды, включая антикоррозионные трубки для хроматографов. Также протезы сосудов и внутренних органов могут быть сделаны из фторопласта, так как он не вызывает иммунологических реакций.
- Пищевая промышленность: тефлон используется при производстве сковород и форм для выпечки с антипригарным покрытием, шприцов для кремов, контейнеров для скоропортящихся продуктов, раскатывающих механизмов для теста.
Фактически, первый фторопласт, тефлон, был создан в 1938 году Роем Планкеттом, который работал в американской компании Kinetic Chemicals. Он случайно обнаружил, что газообразный тетрафторэтилен, закачиваемый в баллоны, полимеризуется в порошок с уникальными свойствами. Политетрафторэтилен стал патентованным материалом в 1941 году. В 1949 году Kinetic Chemicals стала подразделением DuPont, крупнейшего мирового химического производителя. В СССР фторопласты появились во время Второй мировой войны, когда советские техники нашли большое белое кольцо из тефлона в башенном механизме американского танка.
Фторопласт-4 становится все более популярным, благодаря его уникальным техническим характеристикам. Внешне он напоминает парафин или полиэтилен и отличается мягкостью и текучестью. Его плотность, определяемая стандартом ГОСТ 10007-80, составляет между 2,18 и 2,21 г/см³.
Фторопласт-4 известен своей высокой термостойкостью - он гибок и эластичен в диапазоне температур от -70 до +270 ?C, а также обладает низким поверхностным натяжением, адгезией и устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых лучей, влаги, жиров и органических растворителей. Он является безвредным для организма и не представляет опасности для здоровья.
Помимо этого, фторопласт-4 обладает химической стойкостью, которая даже выше, чем у благородных металлов и всех известных синтетических материалов. Он не подвержен разрушению при воздействии агрессивных кислот и щелочей, за исключением трехфторида хлора и расплавов щелочных металлов, которые могут вызвать растворение полимера. Материал прекрасно поддается обработке, включая фрезерование, точение, шлифование и сверление.
В настоящее время существует 4 варианта фторопласта: политетрафторэтилен (Ф4), политрифторхлорэтилен (Ф3), поливинилиденфторид (Ф2) и их сополимеры. Фторопласт-4 является самым распространенным, благодаря своей высокой плотности, и является гомополимером, где в цепочках материала повторяется один мономер - этилен для Ф4 и Ф3 и винил для Ф2.
Сополимеры состоят из углеводородов, которые включают в себя Ф2, Ф3 и Ф4, или примеси пропилена. Они различаются степенью растворимости в кислотах и щелочах, плотностью, температурой эксплуатации, электро- и теплопроводностью (см. таблицу 1).
Производство фторопласта в России происходит на 3 этапах. На первом этапе по реакции Свартса получают хлордифторметан, затем пиролизом производят тетрафторэтилен и на 3-ем этапе - фторопластовый порошок путем полимеризации тетрафторэтилена.
Фторопласт-4 изготавливают методом прессования и запекают при температуре 360–370 °C. Можно также изготовить данный полимер методом экструзии, где порошок подается под высоким давлением в экструдер и запекается. Готовые заготовки имеют простую форму, такую как пластины, трубки, втулки и стержни, которые могут быть длиной до 5 метров. Производство продукции из заготовок осуществляется на металлорежущих станках.
Изделия из фторопласта-4, такие как стержни, пластины и трубки, изготавливаются методами вертикального и горизонтального прессования. При использовании вертикального прессования продукция обладает более высокими физико-механическими свойствами, но ее длина не превышает 110 мм, тогда как горизонтальное прессование может дополнительно производить изделия длиной до 500 мм. Кольца и втулки, имеющие внешний диаметр от 50 до 360 мм, используются для производства манжет, прокладок, оболочек и уплотнительных колец (см. также таблицу 1).
Таблица 1
| Характеристика | Фторопласт-2 | Фторопласт-3 | Фторопласт-4 | Сополимер |
|---|---|---|---|---|
| Плотность, г/см³ | 2,14 | 2,18 | 2,2 | 1,90-2,20 |
| Температура размягчения, °C | 240 | 250 | 267 | 240-267 |
| Температура плавления, °C | 327 | 348-360 | 332 | 245-268 |
| Температура разложения, °C | 420 | 458 | 435 | 350-420 |
| Удельная теплоемкость, Дж/кг·К | 1330 | 1225 | 1000-2200 | 1000-1400 |
| Температура эксплуатации, °C | -269..+200 | -269..+200 | -269..+260 | -100..+200 |
| Растворимость в кислотах и щелочах | Растворим в активной серной кислоте | Нерастворим во всех кислотах и щелочах, за исключением расплавленного аммиака | Нерастворим в кислотах, растворим в расплавленном литии, натрии, калии и в фторидной кислоте | Растворим во всех кислотах и щелочах |
Цены на фторопласт: как они формируются
Листовой фторопласт-4 – это уникальный материал, цена на который зависит от многих факторов. Прежде всего, это характеристики и марка материала, а также производитель и размер закупаемой партии товара.
Если говорить о ценах на оптовую покупку фторопласта-4 в пластинах и стержнях, то диапазон стоимости варьирует в пределах 600-750 рублей за килограмм.
Вторичное сырье стоит от 400 рублей за килограмм, а сплав с модификатором оценивается в 700-800 рублей за килограмм.
Порошковый тефлон, по сравнению с другими типами фторопласта, встречается реже, что отражается на разбросе цен. Стоимость такого сырья в среднем составляет 1000-1100 рублей за килограмм. Фторопласты других типов немного дешевле. Например, Ф3 можно приобрести по цене 500-700 рублей за килограмм, а Ф2 – за 500-550 рублей за килограмм.
Важно отметить, что у большинства поставщиков и заводов-изготовителей оптовая стоимость товаров ниже, чем розничная. Разница может составлять от 10 до 20% и даже больше.
Фторопласт обладает уникальными физико-химическими свойствами, что позволяет использовать его во множестве отраслей промышленности. В России и за рубежом этим материалом занимаются как отечественные, так и зарубежные производители. Фторопласт поставляется в заготовках, из которых путем механической обработки создаются различные изделия.
Фото: freepik.com