Що таке PTFE

У цій статті ми детально поговоримо про матеріал PTFE - що це, які властивості він має і де буде корисний. Розкажемо цікаву історію його створення та розглянемо процес виробництва. Поділимося практичними прикладами застосування фторопласту, зібраними за роки нашої роботи на ринку полімерних матеріалів. Отже, буде цікаво та корисно.

Що таке PTFE і чому він такий популярний: пояснення від ВКФ Електропласт

Політетрафторетилен або PTFE – це синтетичний полімер, що складається з вуглецевих та фторних атомів. Широко відомий під торговою маркою Teflon. А також, як фторопласт-4 – він отримав цю назву через структуру, що складається з молекул тетрафторетилену (хімічна формула (C₂F₄)n), які утворюють полімерні ланцюги.

Отже, ПТФЕ – це фторопласт. Мало того, це найвідоміший представник групи. Наприклад, якщо ви відкриєте сторінку “фторопласт стрижневий 1 сорт”, побачите, що йдеться саме про фторопласт-4.

PTFE практично не вступає в реакцію з більшістю хімічних речовин. Це означає, що його можна використовувати в агресивному хімічному середовищі без ризику руйнування матеріалу.

Важлива характеристика — коефіцієнт тертя фторопласту 4, найнижчий у групі (0.05-0.10). Це дозволяє використовувати його в механізмах, що вимагають мінімального опору руху. З нього роблять підшипники та напрямні, що працюють в умовах високого навантаження.

PTFE витримує екстремальні температури від -200 до +260 градусів за Цельсієм. Це робить його чудовим вибором для умов, де інші матеріали просто "не виживуть".

Пластик має високу електричну опірність і діелектричну міцність, тому його закуповують для виробництва фторопластової ізоляції проводів та кабелів, а також для компонентів високочастотної електроніки.

Висока міцність зв'язку атомів фтору та вуглецю та специфічна структура молекул обумовлює гарне поєднання хімічних, фізичних, електричних, антифрикційних та інших властивостей, які неможливо виявити в жодному іншому матеріалі. Наприклад, поліацеталь білий стрижневий також використовується в механізмах завдяки своїй високій міцності та зносостійкості, але не має такої хімічної стійкості та термостійкості, як PTFE.

Види фторопласту-4

Виробництво починається з полімеризації газу тетрафторетилену. Процес здійснюється у водній емульсії або під високим тиском. В результаті полімеризації утворюється біла воскоподібна речовина - PTFE.

Але PTFE - це не просто один матеріал, а цілий клас полімерів з різними модифікаціями, кожна з яких має свої особливості та сфери застосування залежно від складу тефлону та початкової сировини.

• Чистий фторопласт-4 – це базова форма цього полімеру. Його використовують як ущільнювальні та ізоляційні матеріали, підшипники та прокладки.
• Щоб поліпшити деякі властивості, додають наповнювачі. Наприклад, скловолокно, вуглець чи графіт. Вони значно підвищують механічну міцність та зносостійкість.
• Ще один цікавий різновид — модифікований PTFE. Матеріал має покращені механічні властивості та меншу пористість у порівнянні з чистим PTFE. Його часто використовують у медицині, наприклад в імплантах та хірургічних інструментах. Завдяки високій біосумісності та хімічній інертності модифікований фторопласт не викликає реакцій організму і не руйнується під впливом біологічних рідин.

У нас представлено PTFE двох сортів. Відмінності полягають у вихідній сировині. Якщо важлива гранична чистота та надійність матеріалу, радимо купувати стрижень або лист фторопласту 1 сорту, наприклад, якщо ви робите деталі для медичного обладнання або високоточних інструментів. Це стосується випадків, коли потрібна гарантія на роки, як, наприклад, для підшипників у складних пристроях.

Другий сорт, до якого додано до 30% вторинної сировини, відмінно підходить для менш вимогливих завдань. Якщо ви, наприклад, робите ущільнення, прокладки або підшипники для побутової техніки або ремонтуєте обладнання, де невеликі домішки не вплинуть на роботу, беріть фторопласт листовий 2 сорту — він дешевший, і із завданням чудово впорається.

Що роблять із фторопласту-4?

Вироби з PTFE виробляють з використанням різних технологій обробки, таких як екструзія, пресування та запікання.

Наприклад, стрічки фторопласту (ФУМ) виготовляють методом екструзії, коли розплавлений PTFE проштовхують через спеціальну форму для отримання тонкої стрічки.

Плити та листи формують методом пресування та спікання, де порошок PTFE спочатку пресують у форму, а потім спікають за високої температури.

Трубки та шланги також виробляють методом екструзії, а підшипники та втулки часто виготовляють шляхом механічної обробки готових заготовок із PTFE.

Ось деякі приклади того, що роблять із тефлону найчастіше:

• Підшипників та втулок у механізмах, де потрібне мінімальне тертя та висока зносостійкість.
• У високовольтних та високочастотних кабелях.
• Антикорозійне покриття для обладнання. У хімпромі для захисту резервуарів, труб та реакторів від агресивних речовин.
• Мембран та фільтрів у різних системах фільтрації.
• Прокладок та ущільнень у насосах, клапанах та трубопроводах для запобігання витоку.

В умовах малого та гаражного виробництва часто виготовляють ущільнювальні стрічки для сантехніки, прокладки та ущільнення для ремонту обладнання, а також підшипники та втулки для різних механізмів. PTFE легко піддається механічній обробці, що дозволяє виготовляти з нього деталі складної форми за допомогою токарних, фрезерних та свердлильних верстатів.

Тефлонове покриття, засноване на PTFE

Окрема тема для розгляду – антипригарне покриття PTFE, відоме як тефлон.

1938 року доктор Рой Планкетт, працюючи в компанії DuPont, намагався створити новий холодоагент. У ході експериментів він виявив, що один зі зразків газу тетрафторетилену полімеризувався у білу воскоподібну речовину. Ця речовина і стала PTFE.

Нагадаємо, хімічно PTFE або політетрафторетилен — це полімер, що складається з безлічі молекул тетрафторетилену (C₂F₄), з'єднаних у довгі ланцюги. У його структури лежать вуглецеві атоми, кожен із яких пов'язані з двома атомами фтору.

Матеріал виявився неймовірно стійким до хімічних дій, не прилипав ні до чого і витримував екстремальні температури. У 1941 році компанія DuPont запатентувала процес виробництва PTFE, а у 1945 році зареєструвала торгову марку Teflon.

Перші вагомі проєкти пов'язані з військовими потребами, зокрема, з так званим Манхеттенським проєктом. Вчені розробляли атомну зброю, і для цього потрібно було працювати з ураном гексафторидом — вкрай агресивною речовиною. PTFE використали для створення ущільнювальних матеріалів, тому що він не руйнувався під впливом цієї речовини.

Після війни PTFE почав активно використовуватись у мирних цілях. Справжня слава дійшла тефлону у 1960-х роках, коли його почали використовувати для покриття кухонного посуду. Хто б міг подумати, що матеріал, який спочатку був розроблений для військових цілей, стане основою для антипригарних сковорідок, які з'явилися майже в кожному будинку.

Пристрій та принцип дії тефлонового покриття

Отже, що таке тефлон, як покриття? Це тонкий шар PTFE, нанесений на поверхню виробу за кілька етапів:

1. Поверхня виробу очищається та піддається абразивній обробці для забезпечення кращого зчеплення покриття.
2. PTFE наноситься у вигляді суспензії чи порошку. Суспензія розпорошується на поверхню, а порошок може бути нанесений методом напилення.
3. Нанесений шар тефлону піддається термічній обробці при високій температурі (близько 350°C), що забезпечує полімеризацію та утворення міцного покриття.

Коли мова заходить про те, де використовується тефлон, кожен згадає про свої сковорідки та каструлі. Але тефлонові покриття широко застосовуються не тільки в кухонному посуді, а й у промисловості. У машинобудуванні тефлоном покривають підшипники та кільця ущільнювачів, щоб зменшити тертя і знос деталей. У текстильній промисловості його наносять на робочі поверхні машин, щоб запобігти налипанню тканин і полегшити їхню обробку.

Що стосується начиння: температура плавлення тефлону становить приблизно 327°C, тому вироби з тефлоновим покриттям можна використовувати у високотемпературних середовищах, таких як промислові печі, обладнання для хімічних реакцій та інших процесах, де матеріали піддаються значному нагріванню.

Тепер ви знаєте, що за матеріал PTFE, як і де ви можете його використовувати. При необхідності замовити матеріал можна всього за пару хвилин на сайті ВКФ Електропласт.