Фторопласт - техническое название термопластичного полимера, т. е. продукта полимеризации фторпроизводных олефинов.
Наибольшее применение в различных отраслях промышленности получил полимер тетрафторэтилена - политетрафторэтилен (ПТФЭ), известный как Тефлон™ *.
Химическая формула ПТФЭ - [CF2 - CF2]n (ГОСТ 10007-80).
Торговые названия ПТФЭ: фторопласт-4 (Россия); тефлон, галон (США); гостафлон TF (Германия); флуон (Англия); гафлон, сорефлон (Франция); алгофлон (Италия).
Фторопласт-4 (Ф-4) - высокомолекулярный кристаллический полимер с температурой плавления около +327°С.
Фторопласт-4 обладает уникальным сочетанием свойств, которое невозможно найти ни в каком другом материале, а именно:
- высокой химической стойкостью практически ко всем агрессивным средам - минеральным и органическим кислотам, щелочам, органическим растворителям, окислителям и газам. Разрушение полимера наблюдается лишь при действии расплавленных щелочных металлов, их растворов в аммиаке, элементарного фтора и трехфтористого хлора при повышенных температурах
- широким интервалом рабочих температур от -269° до +260°С
- исключительно высокими диэлектрическими показателями, такими как низким значением диэлектрической проницаемости, большой электрической прочностью и др.
- высокими антифрикционными свойствами, исключительно низким коэффициентом трения
- физиологической и биологической инертностью (разрешение РТМ 27-72-15-82 для контакта с пищевыми продуктами)
- способностью не смачиваться водой
Уникальные свойства фторопласта обеспечивают его применение в автомобилестроении, машиностроении, арматуростроении, химической, фармацевтической, энергетической, и других отраслях промышленности.
Фторопласт-4 с его низкими прочностью и теплопроводностью редко используется в чистом виде в антифрикционных изделиях, работающих под нагрузкой. Для этого создаются наполненные композиции на основе фторопласта-4, содержащие кокс (Ф4К20); стекло (Ф4С15); углеродное волокно (Ф4УВ15), а также дисульфид молибдена, или так называемые металлофторопластовые композиции (Ф4К15М5).
Наполненные композиционные материалы на основе фторопласта-4 обладают повышенной твердостью, механической прочностью, жесткостью, износостойкостью, электрической проводимостью, т.е. теми отличительными свойствами, которые у ненаполненного фторопласта-4 значительно ниже.
- Материал Ф4К20 (Ф4+20% коксовой муки) По сравнению с фторопластом-4 материал Ф4К20 имеет в 600 раз большую износостойкость и на 30% выше напряжение при 10%-ной деформации сжатия в диапазоне температур от -60 до +250°С.
- Материал Ф4К15М5 (Ф4+15% коксовой муки+5% дисульфида молибдена) Материал Ф4К15М5 имеет повышенную износостойкость (износостойкость Ф4К15М5 в 1000 раз выше износостойкости ненаполненного фторопласта и в 1,6 раза выше, чем у материала Ф4К20) и более низкий коэффициент трения. Материал Ф4К15М5 среди наполненных марок фторопласта-4 имеет наиболее благоприятные характеристики трения и износа.
- Материал Ф4С15 (Ф4+15% стекловолокна) При введение стекловолокна повышается износостойкость материала более чем в 250 раз, в 1,5 раза увеличивается сопротивление ползучести, при этом химические свойства не изменяются и мало изменяются электрические показатели. По сравнению с Ф4К20 материал Ф4С15 более эластичен. Как антифрикционный материал Ф4С15 применяется в тех случаях, когда другие наполненные материалы непригодны из-за химической нестойкости наполнителя. При наличии конденсата наблюдается повышенный износ.
- Материал Ф4УВ15 (Ф4+15% углеродного волокна) Углеродное волокно обладает рядом неоспоримых преимуществ перед другими наполнителями: низким коэффициентом трения, высокой прочностью и теплостойкостью, химической инертностью, теплопроводностью и электрической проводимостью.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФТОРОПЛАСТА-4 И КОМПОЗИЦИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ
| Наименование показателей | Ф-4 | Ф4К20 | Ф4К15М5 | Ф4УВ15 | Ф4С15 |
|---|---|---|---|---|---|
| Плотность, кг/м3 | 2120 - 2200 | 2050 - 2170 | 2100 - 2180 | 1900 - 2000 | 2170-2210 |
| Разрушающее напряжение при растяжении, МПа | 19,6 | 12,7 | 15,2 | 15 - 18 | 13,7 |
| Относительное удлинение при разрыве,% | 350 | 120 | 150 | 60 | 300 |
| Модуль упругости, МПа | |||||
| при сжатии | 686,5 | 805 | 800 | 520 | |
| при растяжении | 410 | 1500 | - | 480 | |
| Твердость по Бринеллю, МПа | 37,2 | 39,2 | 59,08 | 49,0 | |
| Деформация под нагрузкой 10 МПа через 24 часа при 22°С, % | 6,6 | 2,9 - 3,0 | 3,6 | 3,5 | |
| Напряжение при 10% деформации, МПа | - | 21,5 | 20 | 19,5-20,5 | |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/(МК) | 0,25 | 0,23 | 0,29 | 0,25 | |
| Удельная теплоемкость, Дж/(кг*К) | 1,04 | 0,71 | - | 0,9 | |
| Коэффициент линейного расширения, 10-5 °С –1 , от -60 до +20°С | 18 - 25 | 8 - 11 | - | 4,5-12,5 | |
| Теплостойкость по Вика,°С | 110 | 145 - 160 | - | 130-140 | |
| Водопоглащение через 24 часа, % | 0,00 | 0,03 | - | 0,01 | 0,04 |
| Предельное PV, кПа*м/с: | |||||
| при V=0,05 м/с | 44,2 | 490 | 588 | 343 | |
| при V=0,5 м/с | 63,7 | 687 | 687 | 442 | |
| при V=5 м/с | 88,0 | 1078 | 1078 | 540 | |
| Допустимое PV (износ 0,127 мм за 1000 ч), Па*м/с | 0,75-1,00 | 325 | 500 | 130 | |
| Коэффициент износа, см3*сек/кгс:см*ч*108 | 1800-2500 | 4 | 2,5 | 10 | |
| Относительная износостойкость | 1 | 625 | 1000 | 2000 | 250 |
| Интенсивность износа * 106, кг/ч | 62,5 | 2,0 | 0,8 | 1,5 | |
| Коэффициент трения по стали | 0,04 | 0,14 - 0,30 | 0,1 - 0,39 | 0,2 | 0,15-0,3 |
| Интервал рабочих температур, °С | от 269 до +260 | от 60 до +260 | от 60 до +260 | от 60 до +260 | от 60 до +260 |
* Тефлон™ (TEFLON™) является зарегистрированным товарным знаком фирмы Du Pont (США).