Общая характеристика семейства фторопластов
Фторопласты (фторлоны) - техническое название фторсодержащих полимеров и пластических масс на их основе. Наибольшее развитие промышленного производства и применение в технике получили полимеры фторпроизводных с различной степенью замещения этилена, пропилена, бутадиена, а также сополимеры фторпроизводных этилена с фторолефинами, олефинами и другими сомономерами.
В состав группы (семейства) входят поливинилфторид (фторопласт-1; Ф-1) ~CH2-CHF~, поливинилиденфторид (фторопласт-2; Ф-2) ~CH2-CF2~, политрифторхлорэтилен (фторопласт-3; Ф-3) ~CF2-CFCI~, политетрафторэтилен (фторопласт-4; Ф-4) ~СF2-CF2~, сополимер винилиденфторида с гексафторпропиленом, сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (тефлон ФЭП), сополимер тетрафторэтилена с этиленом (фторопласт-40) ~CF2-CF2-CH2-CH2~, сополимер тетрафторэтилена с винилиденфторидом (фторопласт-42) ~CF2-CF2-CH2-CF2~ и другие.
В аббревиатуре номенклатурного названия полимера буква Ф определяет принадлежность семейству фторопластов, а цифра указывает количество атомов фтора в составном повторяющемся звене.
Весь комплекс выдающихся свойств фторопластов связан с наличием, количеством и взаимным расположением в макромолекулах связей С-F. Дипольный момент связи С-F в 3,5 раза выше дипольного момента связи С-Н. При полном замещении в звене атомов водорода на атомы фтора перфторированный полимер при огромном количестве полярных связей С-F проявляет свойства неполярного материала. В частично замещенных фторпроизводных полимера межмолекулярное взаимодействие возрастает за счет образования водородных связей Н~~F. Таким образом, степень замещения (полное или частичное фторирование) определяет прочностные свойства (в том числе хладотекучесть), полярность и диэлектрические показатели, растворимость и химическую стойкость, фазовые и физические состояния полимера и способы его переработки в изделия.

Фторопласт-4
Фторопласт-4 (политетрафторэтилен, фторлон-4, тефлон) обладает всем комплексом выдающихся свойств семейства фторопластов и в зависимости от способа проведения полимеризации мономера тетрафторэтилена имеет различный марочный ассортимент: Ф-4 (рыхлый волокнистый материал марок А, Б, В, получаемый суспензионной полимеризацией в водной среде с выпадением полимера в осадок), Ф-4Д (белый тонкодисперсный порошок с размером частиц 0,1-0,3 мкм и водная дисперсия, содержащая 50-60% полимера, получаемые эмульсионной полимеризацией), Ф-4ДВ (суспензия, содержащая 58-65% полимера и предназначеная для формования волокна) с общей химической формулой ~СF2-CF2~.
Одной из разновидностей технического продукта является сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (тефлон ФЭП).
Полимер имеет строго линейное строение макромолекул со средней молекулярной массой промышленных марок 100000-500000 (максимальная молекулярная масса достигает 10000000). Полное замещение атомов водорода на атомы фтора (атомы фтора образуют плотную оболочку вокруг связей С-С) при симметричной структуре звена обусловило уникальное свойство полимера:
а) неполярность и гибкость,
б) высокая степень кристалличности (до 95%) и способность к закалке,
в) высокая температура плавления кристаллитов (315-327 °С) и негорючесть,
г) самая высокая плотность среди полимеров (2100-2300 кг/м3),
д) высокая химическая стойкость ("царь" пластмасс), превосходящая стойкость всех других синтетических полимеров, сплавов, благородных металлов, керамики; разрушение наблюдается только при воздействии расплавленных щелочных металлов, растворов щелочных металлов в жидком аммиаке, газообразного фтора,
е) абсолютно гидрофобен, вода не смачивает и не оказывает никакого воздействия, полимер набухает лишь во фторированном керосине,
ж) ультровысокочастотный диэлектрик, сохраняющий свойства в интервале температур -60...+200 °С,
з) антифрикционный материал (низкий и мало изменяющийся вплоть до температуры плавления коэффициент трения),
и) широкий температурный интервал эксплуатации (без нагрузки) - от - 269 °С до + 260 °С,
к) физиологическая безвредность и пригодность для протезирования органов человека.
К недостаткам фторопласта-4 относят низкие значения твердости и стойкости к истиранию, хладотекучесть, низкую радиационную стойкость.
Технология фторопласта-4Д отличается от технологии фторопласта-4 не только на стадии полимеризации (соответственно эмульсионная и растворная с выпадением полимера в осадок), но и на стадиях коагуляции латекса (при получении порошка) или концентрирования при получении суспензий. Коагуляцию водной дисперсии, содержащей порядка 20% полимера, вызывают введением в качестве коагулянтов электролитов и органических растворителей. При этом полимер выпадает в осадок в форме сферических частиц размером 0,1-0,3 мкм. В производстве же 50-60% суспензий с целью обеспечения их стабильности (предотвращения вероятной коагуляции) и технологичности при нанесении покрытий в состав рецептуры водной дисперсии включают около 10% ПАВ, а также при необходимости окрашивания термостойкие пигменты (оксиды железа, меди, титана, хрома, кадмия с дозировкой 0,2-1%).
При производстве прессовочных порошков из суспензий фторопласта-4 в последнюю с целью повышения твердости, жесткости пластмассы, стабильности размеров изделий и их устойчивости к ползучести вводят специальные наполнители: металлические порошки, асбест, стекло, глинозем, сульфид молибдена и другие.
До температуры термического разложения (415-425 °С) фторопласт-4 (в том числе и фторопласт-4Д) не переходит в вязкотекучее состояние (следствие высокой молекулярной массы полимера). Поэтому его перерабатывают в изделия методом так называемой порошковой металлургии, включающим процессы таблетирования (холодного прессования) и спекания заготовок в печах. Спекание заготовок фторопласта-4 проводят в температурном интервале между температурой плавления (327 °С - полное исчезновение кристаллической фазы) и температурой деструкции (415 °С). Оптимальным температурным интервалом термообработки является область 360-380 °С (выше 390 °С и при длительном нагревании наблюдается частичная деструкция, сопровождающаяся выделением газов, повышенной пористостью, ухудшением механических свойств изделия). По достижении полноты спекания (заготовка становится прозрачной вследствие аморфизации и монолитизации полимера) материал (изделия) охлаждают от 360-380 °С до 250 °С в печи, а затем на воздухе или погружением в воду, регулируя скоростью охлаждения степень кристалличности полимера. Изделия получают также горячей штамповкой и механическим резанием, намоткой на оправку пленки и пропиткой в суспензии полимера. Из фторопласта-4Д получают пасты в бензине, ксилоле и других растворителях, выполняющих функции смазки, которые перерабатывают в изделия методами литья под давлением и экструзии с последующим спеканием в печах при средней температуре 370 °С.
Фторопласт-4 применяют в производстве антифрикционных изделий (подшипники, втулки) и сухой смазки (при ММ = 20000-30000), уплотнительных материалов для работы в агрессивных средах (ленты, прокладки, сальниковые набивки), электро- и радиотехнических изделий (конденсаторная пленка, пластины, кольца, диски, лакоткань), покрытий по металлам и керамике, поропластов для фильтрования агрессивных жидкостей, арматуры, корпусов насосов, протезов органов человека.
Назад (Пластикат. Пластизоли)Далее (Фторопласт-3)