Политетрафторэтилен, тефлон или фторопласт-4 (-C2F4-) - полимер тетрафторэтилена (ПТФЭ - PTFE), пластик, обладающий редкими физическими и химическими свойствами, кроме того широко применятся в разных областях техники и в быту.
Слово «Тефлон» - зарегистрированная торговая марка компании DuPont. Есть еще непатентованные названия вещества - «политетрафторэтилен» и «фторополимер». В СССР было распространено техническое название материала - фторопласт. В настоящее время оно по прежнему актуально.
Фторопласт 4 - фторуглеродный полимер, продукт полимеризации тетрафтрэтилена. Высокая прочность связи атомов фтора и углерода и специфичная структура молекул обуславливают хорошее сочетание химических, физических, электрических, антифрикационных и других свойст, которое невозможно найти ни в каком другом материале.
Фторопласт-4 - полукристалический перфторированный полимер этиленового ряда с температурой плавления около 327оС, выше которой исчезает кристалическая структура и он превращается в аморфный прозрачный материал, не переходящий из высокоэластичного в вазкотекучее состояние даже при температуре разложения (свыше 415оС).
В связи с этим фторопласт -4 перерабатывается в изделия методом предварительного формования заготовок на холоде с последующим спеканием.
Фторопласт -4 обладает:
Благодаря высокой тепло-, морозо-, и химической стойкости, антифрикационным, антиадгезионным и исключительным диэлектрическим свойствам фторопласт считают высокотехнологичным пластиком, который широко применяется:
- как антикоррозионный материал - фторопласт применяется в химической промышленности для изготовления аппаратов, теплообменников, насосов, труб, клапанов, облицовочной плитки, сальниковых набивок и др. Использование фторопласта-4 в химических аппаратах в качестве труб, уплотнений, прокладок способствует получению продуктов высокой степени чистоты;
- как диэлектрик - фторопласт применяется в электротехнике, электронике;
- как материал для изготовления уплотнителей и подшипников скольжения - в машиностроении в чистом и наполненном виде фторопласт применяется для изготовления деталей машин и аппаратов, подшипников, работающих без смазки в коррозионных средах, в виде уплотнений в компрессорах, кранах и др. оборудовании;
- в производстве клейких и красящих веществ - для защиты оборудования от загрязнений;
- фторопласт также применяется в пищевой промышленности (облицовка валов, покрытие форм, уплотнение оборудования);
- фторопласт также применяется в медицине * протезы и трансплантанты, емкости , держатели протезов и т.д.).
Описание свойств и показателей
Фторопласт -4 - кристаллический полимер, температурой плавления кристаллитов 327°С и температурой стеклования аморфных участков от -100 до -120°С. Даже при температуре выше температуры разложения (415°С) фторопласт-4 не переходит в вязкотекучее состояние (при 370°С вязкость его расплава равна ≈1011П, т.е. в 1000000 раз больше вязкости, (необходимой для литья под давлением), поэтому переработка его возможна только методом спекания отпрессованных таблеток.
В зависимости от скорости охлаждения (до температуры ниже 250°С) после спекания можно получить закаленные изделия со степенью кристалличности ≈50% и плотностью ≈2,15 г/см3 или незакаленные со степенью кристалличности более 65% плотностью выше 2,20 г/см3.
При температуре эксплуатации и от -269°С до +260°С степень кристалличности, достигнутая при данном режиме охлаждения, не меняется, при температуре выше 260°С степень кристалличности постепенно увеличивается, особенно быстро она вырастает при 310 - 315°С.
Об отсутствии же пористости свидетельствует полная прозрачность образца во время спекания при 370-390°С. Даже незначительная пористость вызывает мутность образца. Пористость, равная примерно 0,1-0,2%, заметно влияет на точность определения плотности.
· При нагревании от 19,6 до 22°C удлиненный объём увеличивается на 0,74% ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4
· В зависимости от того, как вырезан образец: поперек направления прессования – высокие значения, вдоль направления прессования - малые.
Данные о зависимости физико-механических свойств фторопласта-4 от температуры приведены ниже
* Разрушающее напряжение при сжатии равно напряжению, при котором деформация составляет 0,2%.
Одним из важнейших прочностных показателей является предел текучести при растяжении, т.е. то напряжение, при котором возникают остаточные деформации. Он зависит от степени кристалличности, скорости растяжения и температуры. При степени кристалличности 65% и скорости растяжения 100 мм/мин зависимость предела текучести от абсолютной температуры Т (в К) описывается эмпирической формулой (справедливой от 20 до 300°С):
При длительном воздействии нагрузок остаточные деформации возникают при меньших напряжениях (40-50% от рассчитанных по формуле). Ползучесть фторопласта-4
АНТИФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4Данные о зависимости коэффициента трения от нагрузки [статической и динамической (при малых скоростях) коэффициенты трения фторопласта-4 по стали без смазки одинаковы] приведены ниже:
При наличии смазки он примерно в 2 раза меньше.
В присутствии наполнителя при малых скоростях скольжения коэффициент трения несколько выше, а при больших скоростях - ниже, чем коэффициент трения чистого фторопласта-4 по стали. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4Неспеченный фторопласт-4 (в виде порошка) имеет степень кристалличности 95 - 98%, после спекания - от 50% (закаленный) до 68 - 70% (незакаленный). Ниже 19,6°С элементарная ячейка кристалла фторопласта-4 состоит из 13 групп CF2, выше 19,6°С - из 15 групп CF2. При 19,6°С триклиническая упаковка переходит в менее упорядоченную, гексагональную, что сопровождается увеличение объема кристаллитов на 0,0058 см3/г (1,2 объемн. %), или увеличением объема образца при степени кристалличности 68% на 0,74%. При наличии внешнего давления точка перехода понижается на 0,013°С на каждую атмосферу. При 30°С имеет место второй переход кристаллической структуры, но изменение объема составляет едва 1/10 часть изменения объема при 19,6°С. Под высоким давлением (4500 кгс/см2 при 70°С) возникает третий переход. Температура стеклования аморфных участков, определенная по температуре хрупкости, колеблется от -97 до -100°С, а по точке перегиба кривой зависимости модуля упругости составляет -120°С. Температура перехода аморфного твердого тела в переохлажденную жидкость равна 127°С. Точка плавления зависит от внешнего давления - на каждую атмосферу повышается на 0,154 °С. При остывании расплава ниже 327 °С образец мутнеет и становится непрозрачным - молочно-белым. Скорость кристаллизации зависит от температуры (максимальная скорость при 310-315 °С), от продолжительности выдержки в расплавленном состоянии при 370-390 °С (чем больше время спекания, тем быстрее кристаллизуется образец) и от среднего молекулярного веса полимера (чем ниже молекулярный вес полимера, тем быстрее он кристаллизуется). На этом основан метод косвенной оценки молекулярного веса фторопласта-4: образец в виде диска толщиной 2 мм спекают при 370 °С в течение 13 ч и охлаждают от 370 до 250 °С в течение 5 ч. По плотности полученного образца при 23 °С можно оценить молекулярный вес: 2,16-2,19 г/см3-для высокомолекулярного полимера, 2,20-2,22 г/см3-для низкомолекулярного. Ниже приведены некоторые теплофизические свойства фторопласта-4:
Термический коэффициент линейного расширения зависит от температуры:
На практике удобнее пользоваться средними значениями термического коэффициента линейного расширения для определенных интервалов температур. Следует также учитывать, что при нагревании изделий из фторопласта-4 в них часто возникают внутренние напряжения, вызывающие необратимое изменение размеров. Иногда вместо ожидаемого при нагревании удлинения образца он сокращается.
* От размера при 25°С. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙТСВА ФТОРОПЛАСТА-4Показатели электрических свойств фторопласта-4 приведены ниже:
Данные о зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от частоты приведены ниже:
Диэлектрическая проницаемость фторопласта-4 вплоть до 1010 Гц не зависит от частоты, а зависит от плотности: є=1+0,238*d ХИМИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4 Фторопласт-4 является самым стойким из всех известных металлов - пластмасс, металлов, стекол, эмалей, сплавов и т.п. На него совершенно не действуют кислоты, окислители, щелочи, растворители. На фторопласт-4 действуют только расплавленные щелочные металлы и их комплексные соединения с аммиаком, нафталином, пиридином, а также трехфтористых хлор и элементный фтор при повышенных температурах. При температурах выше 327оС фторопласт набухает в жидких фторуглеродах, например в перфторкеросине. При 20оС фторопласт-4 слегка набухает (3 - 9%) в фторхлорсодержащих газах (фреонах).
При наличии пористости проницаемость может увеличиваться до 1000 раз.
|
Фторопласт графитонаполненный
Фторопласт графитонаполненный черного цвета содержит добавки графита. Благодаря этому он обладает коэффициентом трения в 2-3 раза ниже по сравнению с обычным полиациталем и за счет этого превосходит его по износостойкости . Остальные физико-механические свойства графитонаполненного фторопласта практически не отличаются от обычного фторопласта , кроме незначительного изменения диэлектрических свойств.
Черный полиациталь выпускается в листах и стержнях.