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 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.
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 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.
Фторопласт становится все более популярным в различных отраслях промышленности. Он обладает уникальными физико-химическими свойствами, которые позволяют использовать его для различных целей. Цена на листовой фторопласт-4 зависит от технических характеристик и марки материала, производителя, условий поставки и размеров партии товара. Оптовая стоимость Ф4 в пластинах и стержнях составляет от 600 до 750 рублей за кг, а цена вторичного сырья начинается от 400 рублей за кг. Сплав с модификатором оценивается дороже - примерно 700-800 рублей за кг.
Порошковый тефлон встречается нечасто на рынке, поэтому на него отмечается значительный разброс цен, составляющий в среднем от 1000 до 1100 рублей за кг. Цена на другие виды фторопласта ниже, чем на Ф4. Например, Ф3 можно приобрести за 500-700 рублей за кг, а Ф2 - за 500-550 рублей за кг. В большинстве случаев оптовая цена на товары ниже, чем розничная, причем разница может составлять до 20%.
Фторопласт доступен отечественного и зарубежного производства. Его поставляют в заготовках, из которых путем механической обработки можно изготовить различные виды изделий.
Фото: freepik.com