Фторопласт: применение, свойства, производство и цена
В настоящее время тефлон или фторопласт-4 занимает заслуженное место среди популярных материалов. Этот пластик, который имеет молочно-белый цвет, стал известен широкой общественности благодаря использованию в производстве посуды с антипригарным покрытием известного бренда Tefal. Но применение тефлона не ограничивается только этой сферой.
Фторопласты - это группа конструкционных пластиков на основе фторсодержащих полимеров. Существует несколько разновидностей фторопластов, наиболее известные из которых - фторопласт-4, фторопласт-3, фторопласт-2 и фторопласт-40.
Хотя фторопласты имеют самый низкий коэффициент сухого трения среди полимеров, они не являются взаимозаменяемыми и отличаются целым рядом технических характеристик.
Наиболее активно используется фторопласт-4, который также известен под названием тефлон. Благодаря своей устойчивости к трению и воздействию агрессивных сред, он широко применяется в машиностроении для изготовления сальников, подшипников, поршневых колец, пыльников, автомобильных шин и деталей для моторов. Кроме того, тефлон используется в электро- и радиотехнике в качестве изолятора или проводника тока, а также в легкой промышленности для обработки изделий и их водостойкости. В химической промышленности тефлон используется для производства лабораторной посуды, в том числе антикоррозийных трубок для хроматографов. Сфера медицины также нашла применение в использовании фторопластов при производстве протезов сосудов и внутренних органов из-за их отсутствия иммунологических реакций. А в пищевой промышленности тефлон используется для производства сковород и форм для выпечки с антипригарным покрытием, шприцов для кремов, контейнеров для скоропортящихся продуктов, раскатывающих механизмов для теста.
Интересно, что тефлон был открыт в 1938 году химиком Роем Планкеттом, работающим в американской корпорации Kinetic Chemicals. Ученый случайно обнаружил, что газообразный тетрафторэтилен, закачанный в баллоны под давлением, полимеризовался в порошок, обладающий уникальными свойствами. Патент на этот полимер был выдан в 1941 году, а Kinetic Chemicals спустя 8 лет стала подразделением мирового химического гиганта DuPont. В СССР о политетрафторэтилене узнали во время Второй мировой войны, когда советские техники разобрали танк производства США и обнаружили в его башенном механизме большое белое кольцо из фторопласта.
Популярность фторопласта-4 среди производителей обусловлена его высокими техническими характеристиками. Внешне это вещество напоминает полиэтилен или парафин и отличается мягкостью и текучестью. Согласно ГОСТ 10007–80, плотность фторопласта-4 составляет 2,18–2,21 г/см3.
Одним из главных преимуществ этого материала является термостойкость: он остается гибким и эластичным в диапазоне температур от -70 до +270 ?C. Кроме того, фторопласт-4 обладает значительной адгезией, минимальным поверхностным натяжением и стойкостью к ультрафиолетовым лучам, влаге, жирам и органическим растворителям. Материал является физиологически и биологически безопасным.
Химические свойства фторопласта-4 также не вызывают сомнений. Материал отличается невероятной стойкостью, даже выше, чем у благородных металлов и всех существующих синтетических материалов, и не подвержен агрессивным кислотам и щелочам. Фторопласт-4 можно разрушить только с помощью трехфторида хлора или расплавленных щелочных металлов. Процесс обработки материала, в свою очередь, осуществляется фрезерованием, точением, шлифованием и сверлением.
В настоящее время существует четыре основных вида фторопласта. К ним относятся политетрафторэтилен (Ф4), политрифторхлорэтилен (Ф3), поливинилиденфторид (Ф2) и их сополимеры. Фторопласт-4 – самый распространенный из них, так как имеет наибольшую плотность в сравнении с другими видами фторопласта. Ф3, Ф4 и Ф2 – это гомополимеры, где происходит многократное повторение одного мономера, такого как этилен для Ф4 и Ф3, и винил для Ф2.
Сополимеры, с другой стороны, включают комбинацию углеводородов из Ф2, Ф3 и Ф4, а также могут содержать пропилен. Список полимеров различается по степени растворимости в щелочах и кислотах, плотности, температуре эксплуатации, а также электропроводности и теплопроводности. Производство фторопласта в России включает в себя три стадии. На первой стадии, происходит реакция Свартса, на которой получается хлордифторметан. Затем на второй стадии тетрафторэтилен производится из хлордифторметана при помощи пиролиза. На третьей стадии тетрафторэтилен полимеризуется, образуя фторопластовый порошок. Существует несколько марок порошка, каждая из которых выделена в зависимости от среднего размера его частиц и используемых при производстве дополнительных веществ. Стандартные размеры варьируются от 100 до 180, от 46 до 135, от 21 до 45 или от 6 до 20 мкм.
Изделия из фторопласта-4 производятся методом прессования, после чего они запекаются при температуре 360-370 °C. Помимо этого, можно также производить изделия из фторопласта методом экструзии – порошок подается в экструдер под высоким давлением и после выхода возникает новая масса, которую затем запекают. Оба метода гарантируют производство простых форм из заготовок из фторопласта, таких как пластины, трубки, втулки, стержни. Готовая продукция из заготовок производится на металлорежущих станках.
Согласно таблице 1, каждая марка фторопласта имеет свои свойства: плотность, разрушающее напряжение, температуру плавления, удельное сопротивление и другие физические свойства. По размерам, пластины из фторопласта имеют квадратную форму со стандартными типоразмерами 250х250, 300х300 и 500х500 мм. Стержни изготавливаются методами горизонтального и вертикального прессования. Также включаются кольца и втулки с диаметрами от 50 до 360 мм, которые широко используются для производства проводов, манжет, уплотнительных колец и прокладок, а также многих других изделий.
Фторопласты широко используются в различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам. Цены на листовой фторопласт-4 за 1 кг определяются техническими характеристиками и марками материала, а также конкретным производителем, условиями поставок и размерами закупаемой партии товара. Оптовая стоимость Ф4 в стержнях и пластинах варьируется в диапазоне 600–750 рублей за кг. За вторичный сырье начальная цена составляет от 400 рублей за кг. Фторопласт с модификатором оценивается примерно в 700–800 рублей за кг.
Порошковый тефлон редко встречается в продаже, поэтому цены на него значительно различаются. В среднем стоимость подобного сырья составляет 1000–1100 рублей за кг. Фторопласты других типов стоят немного дешевле, чем Ф4. Около 500–700 рублей за кг можно купить Ф3, а Ф2 – за 500–550 рублей за кг. Оптовая стоимость почти во всех случаях ниже розничной, отличия могут составлять от 10 до 20% или даже больше.
Фторопласты – это заготовки, из которых изготавливают различные изделия. В производстве фторопластов участвуют отечественные и зарубежные компании.
Фото: freepik.com