Фторпласты — группа пластиков на основе фторсодержащих полимеров, для их производства используют десять фтормономеров (тстрафторэтилен, трифторхлорэтилен, винилфторид и прочие). Из всего многообразия фторопластов, наиболее ценным является политетрафторэтилен (ПТФЭ, фторпласт-4, 4Д, тефлон), он обладает целым рядом уникальных свойств. Переработка фторпласт-4 в связи с его тепловыми и реологическими свойствами достаточно специфична (например, спекание). Фторполимеры с меньшим, чем у ПТФЭ содержанием фтора (фторпласты-1, 2, 3, 30, 40) перерабатываются методами, традиционными для термопластов, с утратой определенной доли уникальных свойств ПТФЭ.
Полимеризацией индивидуальных фтормономеров получают:
- политетрафторэтилен (Ф- 4),
- политрифторхлорэтилен (Ф-3),
- поливинилфторид (Ф-1),
- поливинилиденфторид (Ф-2).
На основе фторсодержащих мономеров разработан большой ассортимент каучуков для резин специального назначения (в скобках — интервал рабочих температур, °С):
- фторуглеродные СКФ-26,260 НМ, ФТК, ТР (-40-5-400);
- перфторуглеродные СКФ-460 (-50-5-315);
- кар- боксинитрозофторуглеродные (-50-260);
- фтортриазиновые (-40-5-375);
- фторсилоксановые СКТВ-1, 2; СКТФВВ-83,803 (-90-400);
- СКТФТ-50, 100 (-50-250) на основе винилиденф- торида и гексафторпропилена ( Vikton A, Du Pont).
- Эластичный формующий элемент (термокомпрессионная технология) из резины ИРП-1338 (каучук СКТВ-1) можно использовать для двухсот шестичасовых циклов формования при 160-200 °С, до 15 циклов при 280-300 °С (формование изделий из имидопластов).
Типы, свойства и области применения фторпластов
| Материалы | Траб 0С | Области применения |
| ПТФЭ
Политетрафторэтилен, Фторпласт-4,-4Д, 4 ДПТ |
-97- 342
(-127 – 327) |
50 % — электротехника
80 % от 50 %— провода, кабели (до 260 °С), формованные изделия получают спеканием пленки,покрытия |
| ПТФХЭ
Политрихлорэтилен, Фторпласт-3, ЗБ (не обладает хладотскучестыо после 60 МПа), прозрачен в вид., ИК (80-90 %), УФ (40-50 %). ТПП 240-320 (при 265 °С прессование, экструзия) |
-50 — 210 | Прокладки, мембраны, электротехника и электроника, пленки, покрытия |
| ПВФ
Поливинилфторид, Фторпласт-1 |
-180 — 190 | Пленки, порошки для покрытий Прессование, литье иод давлением (ЛПД), экструзия |
| ПВДФ
Поливинилидспфторид, Фторпласт-2, -2М |
-33 — 170 | Конструкции,трубопроводы, покрытия, волокна, пленки |
| ПФЭП
Фторпласт-4М, 4МБ |
-90 — 270 | 4МБ-плепки, изоляция, ЛПД, 4МБ2 для ВЧ и СВЧ; 4МБВ-волокпа Фторип-4МБ; 4МД — 50-60 % суспензия, порошки для напыления (ЧМБП) |
| ПЭТФЭ
Фторпласт-40, 40П (прессования); 40Ш (экструзия); 40ШБ (экструзия); 40ЛД; 40Д (покрытия из суспензий); 40ДП (порошок) |
-100 — 265 | Формованные изделия (экструзия, ЛПД), порошки для напыления (Ф-40ДП) |
| ПТФЭ
Фторнласт-42 (В, П, Л, ЛД) |
— | 42В, 42Л, 42ЛД, 42П, 42А (ориентированные пленки), 42Б (экструзия, ЛПД) |
| ПВДФ
Фторнласт-4НА |
— | Пленки, волокна |
| ПЭТФХЭ
Фторпласт-30, ЗОП, ЗОА |
35 — 215 | ЗОАТПП 230-250 (экструзия)
ЗОП ТПП 226-237 (порошок) |
Формование
Разработаны и широко используются в технике большая группа фторосодержащих линейных полимеров и фторпластов на их основе, переработка которых (с учетом специфики полимеров, в которых присутствуют фторсодержащие боковые атомы и группы) позволяет использовать традиционные для термопластов технологические способы — литье под давлением, экструзию, получение пленок, покрытий, в том числе на основе наполненных композиций.
Для ТФП, которые формуются при относительно низких температурах (200-250 °С), например ПВДФ (фторпласт-2 и 2М), сополимер ТФХЭ-Э, детали из них могут изготавливаться и на обычном оборудовании, которое используют для формовки поливинилхлорида, полиэтилена и д.р. Для изделий из полиолефинов, поливинилхлорида и других термопластов, формование обычным способом допускается при условии недлительной эксплуатации оборудования.
Контактирующие части с фторпластами формовочного оборудования (шнеки, цилиндры, головки, решетки, сопла, сетки и др.), изготовляются из коррозионностойких легированных сплавов типа ХН77ТЮР (ЭИ-437Б) или 47НХМ. Зарубежные аналоши данных сталей используемые для тех же целей — хастеллой, дюраникель, монель-400. Формы могут быть выполнены из сталей с хромовым или никелевым покрытием.
Ротационным формованием получают изделия из сополимеров ТФЭ-Э и ТФХЭ-Э. Ротационное формование осуществляется в обычных формах, например, из алюминия со стальными вкладышами, но с радиусом изгибов более 12-13 мм для получения равнотолщинных изделий с гладкой поверхностью.
Термоусадочные изделия из термопластичных фторопластов получают из экструзионных, выдувных или литьевых изделий (заготовок). С дальнейшем растягивают или раздувают на 50-100 % этой заготовки. Такое изделие при следующей термической обработки восстанавливает свои первичные размеры и форму, если в такое изделие поместить какую либо деталь, то термоусадочное изделие из ТФП обожмет эту деталь, при условии, что деталь больших размаров, чем была заготовка из термоусадочного ТФП.
Для изготовления термоусадочных изделий применяют:
- сополимер ТФЭ-ГФП (фторпласт-4МБ),
- сополимер ТФЭ-Э (фторпласт-40),
- ПВВДФ (фторпласт-2 и 2М).
Эти ТФП (за исключением фторпласта-4МБ) перед вытяжкой подвергают радиационному облучению, что увеличивает их способность к термоусадке и повышает прочность термоусадочных изделий.
Литьевое прессование ТФП используют для получения деталей значительной массы (5 кг и более) и габаритов, а также для футерования вентилей, трубной арматуры и футеровки труб и других изделий. Формой служит футеруемая деталь. Расплав в нее может подаваться из тигеля, экструдера или литьевого агрегата. Для регулировки скорости кристаллизации применяют охлаждение воздухом или водой под давлением.
Наполнение ТФП (например, сополимеров из ТФЭ, ТФЭ-ТФП и поливинилиденфто- рида) позволяет получить фторпласты с высокой устойчивостью к ползучести, абразивостойкие, с высокой жесткостью и др.
Свойства
Фторпласты (особенно ПТФЭ, Ф-4) имеют уникальный комплекс эксплуатационных свойств. Разрушение ПТФЭ наблюдается только при контакте с расплавами и растворами в аммиаке щелочных металлов. ПТФЭ можно длительно использовать на воздухе при 250 °С. В вакууме деструкция начинается при 490 °С, почти до 300 °С сохраняются механические свойства (после месяца при 300 °С о+ снижается на 10-20 %). Коэффициент трения вплоть до 320 °С остается на уровне 0,02 Диэлектрические свойства стабильны в диапазоне 100-500 ТГц.
Свойства термопластичных фторпластов определяются содержанием фтора в их составе. Особой группой фторсодержащих полимеров являются эластичные сополимеры и каучуки, которые используют для изготовления покрытий и резин.
Свойства фторпласта-ЗМ мало зависят от условий термообработки и охлаждения, что особенно характерно для высокомолекулярного продукта с показателем ТПП выше 260 °С. Поэтому когда от изделия требуется длительное сохранение эластичности, сополимер можно применять при более высокой температуре (150-175 °С), чем ПТФХЭ. Отпадает также необходимость в закалке для получения качественных покрытий и изделий с высокой ударной вязкостью.
Выпускаемые марки фторпласта-ЗМ различаются в зависимости от молекулярной массы, способа переработки и назначения. Марка А предназначена для изготовления оптических изделий, суспензий. Марка Б — для экструзии пленок, литья под давлением.
Фторпласт-26 — пластик, сочетающий эластичность пластифицированного материала с высокой прочностью. Сополимер стоек к концентрированным кислотам (серной, соляной), 30 %-ной перекиси водорода, концентрированным растворам щелочей. Степень набухания в 98 %-ной азотной кислоте после выдержки в течение 30 сут составляет 10 %. Он стоек также к этиловому спирту, четыреххлористому углероду, бензину, незначительно набухает в ароматических углеводородах. В отличие от ПВДФ фторпласт-26 растворяется при комнатной температуре в сложных эфирах и кетонах. Фторпласт стоек к действию морской воды, условиям тропического климата.
Сополимер выпускают двух марок: фторпласт-26 — для получения пленок методом полива и прессования изделий; фторпласт-26Л — для термостойких антикоррозионных и электроизоляционных покрытий.
Ниже приведена таблица свойств некоторых часто используемых фторопластов.
| Свойства | ФЭП Ф-4М |
ХТФЭ Ф-3 |
Найлон | Делрин |
| Плотность, г/см3 | 2,1-2,2 | 2,1-2,13 | 1,12-1,14 | 1,425 |
| Водопоглощение, % При 23 °С и 50 %-ной влажности воздуха. |
0 | 0 | 2,5-3 | 2,5-3 |
| Область рабочих температур,°С: | ||||
| максимальная | 200 | 200 | 85 | 85 |
| минимальная | -190 | -190 | -40 | -40 |
| Удельная теплоемкость, ккал/кг•град | 0,26 | 0,22 | 0,3-0,5 | 0,35 |
| Коэффициент линейного теплового расширения, град-1 | 9,5•10-5 | 9•10-5 | 10•10-5 | 8•10-5 |
| Теплопроводность, ккал/(ч • м • град) | 0,17 | 0,22 | 0,21 | 0,20 |
| σ+, МПа | 19-21 | 34-39 | 80-100 | 70 |
| ε, % | 250-330 | 105-190 | 225-300 | 15-75 |
| Твердость по Роквеллу | R 25 | R 60 -119 | R 108 -119 | М94, R 120 |
| Твердость по Шору | D57-60 | |||
| НДТ/С, °С | 70 | 75 | 180 | 170 |
| Электрическая прочность кратковременная (толщина пленки 1,6 мм), кВ/мм | 20-40 | 20 | 15-18 | 20 |
| Дугостойкость, с | 165 | 360 | 129, горит | |
| ps, Ом | 1016 | 5•1015 | 2•1014 | |
| pv, Ом • см | 1018 | 2,5•4•1013 | 4•1013 | 6•1014 |
| Диэлектрическая проницаемость при частоте, Гц: | ||||
| 50 | 2,1 | 2,6 | 4,0 | 3,7 |
| 103 | 2,1 | 2,5 | 3,9 | 3,7 |
| 105 | 2,1 | 2,4 | 3,6 | 3,7 |
| 106 | 2,1 | 2,2 | 3,6 | 3,7 |
Покрытия на основе тефлона
Фторпласты широко используются для нанесения покрытий. Суспензию фторлона-4Д наносят на очищенную поверхность напылением, поливом, окунанием, затем сушат и спекают. Технологические режимы нанесения и формирования фторпластовых покрытий приведены в таблице представленной ниже.
| Суспензии на основе фторпласта | |||||||
| Показатели | 4Д; 4ДП |
4МД | 40Д | ЗСК; ЗМСК |
30 | 2-СД; 2-МСД |
1 |
| Дисперсионная среда |
Вода | Вода | Вода | Спирт + кислота | Спирт | Спирт + ДМФА | Ацетон + диметил- фталат + этилцелло- зольв |
| Концентрация, | 50-60 | 50-60 | 50-60 | 22-33; 26-36 | 20-25 | Не менее 14 | 14-16 |
| Температура сушки, °С | Не более 100 | Не более 100 | 20-120 | 20-80 | 20-80 | 18-25 | 18-25; затем 125 |
| Температура сплавления, °С | 360-380 | 250-280 | 260-280 | 250-275 | 220-240 | 250±20 и 80-90 | 230-270 |
| Толщина одного слоя, мкм | 10-20 | 10-20 | 10-12 | 10-55 | 10-20 | 10-80 | 20 |
| толщина покрытия, мкм | 20-100 | 100 | 100-200 | 100-400 | 100 | 20-400 | 20-200 |
| Охлаждение после нанесения покрытия | Воздушное | Воздушное | Воздушное или закалка | Быстрая закалка3* | Воздушное или закалка | Воздушное или закалка | Быстрая закалка |
Способом электрофорезного осаждения получают покрытия зеркального качества из дисперсионного ПТФЭ, оно не имеет трещин, толщина такого покрытия составляет 127-635 мкм с адгезионной прочностью, превышающей 3,5 МПа. Для более стойкого покрытия к истиранию, перед нанесением суспензии ПТФЭ, поверхность металла покрывают порошком этого же металла.
Для повышения адгезии фторпластов к поверхности, используют фторопластовые суспензии, содержащие в своем составе легколетучий растворитель и пленкообразующий компонент. Композицию наносят в один слой, без грунта, перед нанесением состава, поверхность подготавливают, как к покраске. Суспензия на основе ПТФЭ с добавками, обладают хорошими противокоррозионными свойствами (благодаря меньшей микропористости), высокой износостойкостью и стойкостью к абразивным материалам. Композицию на основе раствора ПТФХЭ наносят в несколько слоев, чем больше слоев, тем меньше проницаемость у покрытия. При этом продолжительность нанесения сокращается на 70%, а время спекания сокращается 60 %.
Антифрикционные лаковые покрытия
Антифрикционные фторопластовая суспензии на основе фторпласта-4Д марок ФБФ-48Д, ФБФ-74Д, ВАФ-31 получают из растворов полимерных связующих (типа клея БФ), наполненных тонкодисперсным фторпластом-4Д. Лаки наносятся в 2-3 слоя (общая толщина 15-30 мкм). Покрытия из ФБФ-48Д и ФБФ-74Д сушат в течение 2-2,5 ч при 20 °С или 1-1,5 ч при 50- 60 °С, отверждают при 150 °С. Покрытие из лака ВАФ-31 сушат при комнатной температуре. Сравнительно низкая температура сушки этих лаков позволяет наносить их не только на металлы, но и на дерево, пластик, ткань. По антифрикционным свойствам покрытия из лаков практически не уступают покрытиям из чистого ПТФЭ, но значительно превосходят их по адгезии и износостойкости (в 5-50 раз). Высокой износостойкостью обладает покрытие ВАФ-31. Лаки ФБФ-48Д и ФБФ-74Д можно также применяют и для пропитки тканей, получения антифрикционных текстолитов.
Лаки, используемые в качестве высокоэффективных защитных покрытий, изготовляют из фторпластов-42Л, 32Л, 23, 26 и 4Н. Для получения лаков применяют смесь растворителей (кетонов и сложных эфиров) с нерастворителями (спиртами, ароматическими углеводородами). Последние вводят в количестве, не препятствующем достаточной адгезии.
