Политетрафторэтилен: свойства и применение

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) – полимер, получаемый в процессе полимеризации тетрафторэтилена. Продукт характеризуется уникальными химическими и антифрикционными свойствами, особым сочетанием свойств электрических и физических. ПТФЭ способен сохранять свои свойства при температурах от -269 до + 260 градусов по Цельсию.

Материал был открыт в конце 30-х годов прошлого века в процессе исследования фреонов. «Авторство» открытия принадлежит Рою Планкетту – одному из сотрудников небезызвестной компании DuPont. Исследователь заметил образование белого порошкового налета на стенках сосуда, где в газообразном состоянии содержался тетрафторэтилен. Последующие анализы показали, что порошок представляет собой продукт полимеризации вещества.

Уже в начале 40-х годов ХХ века политетрафторэтилен стали производить в промышленных масштабах. Компания DuPont запатентовала полимер и дала ему торговое название «Тефлон». В тогда еще Советском Союзе этот материал появился в процессе поставок военной техники из-за рубежа. Уникальные свойства материала недооценить советское правительство не смогло. Было принято решение разработать политетрафторэтилен самостоятельно – этим занимались несколько научных организаций, включая НИИПП и НИИ-42. В стране полученный ПТФЭ получил отличное от запатентованного в DuPont название – фторопласт-4.

Первое промышленное производство тефлона в России было запущено только в 1956 году. Специально для него на Кирово-Чепецком химическом комбинате открыли отдельный цех. Спустя пять лет здесь же стали производить иные полимеры и сополимерные продукты, содержащие фтор.

Дополнительные производственные мощности, специализирующиеся на выпуске фторопластов, с 1963 года были введены в эксплуатацию и на крупном химическом заводе Урала.

Особые термопластичные фторполимеры с рабочими названиями «фтороплат-40» и «фторопласт-42» запустили в производство в 1961 году. Освоение новых марок политетрафторэтилена, а также разных типов термопластичных фторполимеров осуществляется и сегодня.

Уникальные свойства политетрафторэтилена

Политетрафторэтилен (тефлон) представляет собой кристаллический полимер с высокомолекулярной организацией. Плавиться подобный продукт начинает только при достижении температуры в 327 градусов по Цельсию. В этот момент кристаллическая структура порошкообразного материала исчезает, а сам продукт принимает аморфное состояние (при высоких температурах становится полностью прозрачным).

Даже в процессе разложения при температуре свыше 415 градусов полимер не переходит в вязкотекучее состояние. По этой причине его невозможно перерабатывать с использованием традиционных для работы с другими термопластами методов. Для переработки фторопласта-4 создаются специальные заготовленные заранее формы.

Политетрафторэтилен характеризуется:

  1. Возможностью использования в качестве диэлектрика. Этот полимер не имеет полярности – его диэлектрические показатели очень высоки.
  2. Вне зависимости от температурных показателей и частоты диэлектрические потери, а также диэлектрическая проницаемость материала минимальна – тангенс угла потерь стремится к нулю.
  3. Полимер устойчив к воздействию вольтовой дуги.
  4. Электрическая плотность материала составляет порядка 300МВ/м при толщине пленки всего в 5-20 мкм. Это обуславливает электрическую прочность тефлона.
  5. Полимер обладает отменными показателями химической стойкости. Ее обеспечивает значительный экранирующий эффект, который могут создать отрицательно заряженные атому фтора.
  6. Политетрафторэтилен устойчив к воздействию кислот органического и минерального происхождения. Не изменяет своих свойств при контакте с органическими растворителями и щелочами. Стоек к воздействию иных агрессивных сред. Единственное, что может привести к разрушению тефлона – прямое воздействие расплавленных щелочных металлов.
  7. Материал может разрушаться при воздействии раствора щелочного металла в аммиаке. Нежелателен контакт тефлона с трехфтористым хлором и элементарным фтором в условиях воздействия высокой температуры.
  8. На полимер не оказывает никакого влияния высокая влажность и прямой контакт с водой. Он отлично показал себя в эксплуатации в сложных тропических условиях. Политетрафторэтилен не подвержен воздействия грибков и других видов биологического поражения.
  9. Фторопласт-4 имеет незначительный коэффициент трения, что гарантирует материалу отменные антифрикционные свойства.

Сферы применения политетрафторэтилена и особенности его эксплуатации

Поскольку тефлон отличает незначительная теплопроводность и небольшие показатели прочности, в чистом виде при производстве антифрикционных элементов этот продукт используется крайне редко. К примеру, в процессе разработки подшипников, содержащих фторопласт, дополнительно применяются: стекловолоконные материалы, металлофторопластовые композиции, кокс, графитовый уголь и пр. Другими словами, делается все для получения высокопрочных, стойких к истиранию и выходу из строя деталей.

Готовая продукция с использованием фторопласта-4 хороша тем, что пользоваться ею можно в значительном интервале температур. Важно понимать, что перепад температуры может отразиться на механических свойствах изделия. С повышением температуры важно «убрать» закалку, при низких, наоборот, увеличить закаливание.

Современный политетрафторэтилен активно используется:

  1. В качестве антикоррозионного продукта. С его использованием в сфере химической промышленности готовят теплообменники, тефлоновые трубы, всевозможные клапаны и ретификационные колоны. Полимер применяют в качестве прокладок и уплотнителей в целях получения продуктов с наивысшими показателями чистоты.
  2. В машиностроительной сфере. Фторопласт-4 в этом сегменте производства востребован в наполненном и чистом виде. Тефлон может задействоваться для изготовления деталей, узлов, подшипников, эксплуатируемых в коррозионной среде.
  3. В пищевой промышленности. Тефлон нашел свое применение в производстве сковород, форм для выпечки, облицовки валов, применяемых в раскатке теста и пр.
  4. В изготовлении ЛКМ и клеев.
  5. В сфере производства электроники и электротехники. Тефлон нашел свое применение в аппаратах, функционирующих на ультравысокой и высокой частоте. Примеров такой продукции стала ориентированная политетрафторэтиленовая пленка. Ее задействуют в изготовлении изоляции для электромагнитных катушек, различных конденсаторов, специального назначения проводов, кабелей, используемых на высокой частоте и пр.
  6. В производстве бытовой техники: пароконвектоматов, печей, духовок и пр.
  7. В медицинской промышленности. Материал активно задействуется в изготовлении трансплатанционных изделий, протезов, производимых на основе фторопластовых волокон. Нити полимера применяются в изготовлении шовных материалов, протезов для кровеносных сосудов и не только.

Отдельные виды политетрафторэтиленов, характеризующиеся сыпучими свойствами, задействуют в производстве фасонной продукции. Применение методики изостатического прессования существенно упрощает процедуру наполнения пресс-форм.