Свойства и характеристики фторопласта

Фторопласт создан в 1938 году. Он очень быстро стал популярным и востребованным материалом, который используется в самых разных отраслях – от медицины до военной промышленности. А все благодаря уникальным для полимеров свойствам. Чем же так хорош этот пластик? Предлагаем подробное описание свойств и физико-химических характеристик фторопласта, его преимуществ и недостатков.

Общие данные

Под названием «фторопласт» чаще всего имеется в виду Ф-4 (это самый распространенный и недорогой из всех фторопластов). Его химическая формула – (-C2F4-)n. В мире полимер известен по аббревиатуре PTFE (политетрафторэтилен, у нас ПТФЭ) и по многим фирменным названиям, которые прижились и стали общими (тефлон, галон, флубон, алгофлон, хостафлон, полифлон, гафлон, сорефлон).

Чистый фторопласт – это белый непрозрачный пластик, гладкий и скользкий на ощупь. Основные свойства, которые отличают его от других пластмасс:

• высочайшая химическая инертность – устойчивость к кислотам, щелочам, нефтепродуктам, растворителям (выдерживает даже кипячение в «царской водке»);
• устойчивость к воздействию водяного пара, полная неспособность к водопоглощению;
• стойкость к воздействию высоких и низких температур (начинает плавиться при 327 °С, но не переходит в текучее состояние).

Если дополнить эти характеристики еще и высокими диэлектрическими и антифрикционными показателями фторопласта, можно увидеть, что такое сочетание полезных свойств не встречается ни в одном другом материале. Но даже его можно улучшить. Поэтому сейчас, кроме чистого полимера, производят фторопласт с наполнителями (добавляют в композиции графит, стекловолокно, порошки металлов).

Популярные марки фторопласта Ф-4 (и область их применения):

• ПН (электротехника, изделия повышенной надежности);
• О (изделия общего назначения);
• Т (толстостенные изделия);
• А (изостатическое и компрессионное прессование при производстве изделий точного размера);
• С (специальные изделия высокой надежности).

Выпускают материал в виде готовых изделий, но чаще в форме заготовок – листов, пленок, втулок, стержней. Подробнее о разных марках полимера и особенностях его производства смотрите в нашей статье здесь.

Преимущества ПТФЭ:

• малая пористость;
• практически нулевое водопоглощение;
• низкая адгезия;
• низкий коэффициент трения;
• химическая инертность;
• биологическая инертность;
• огнестойкость;
• высокая электрическая прочность;
• сохранение свойств даже при критических изменениях температуры;
• низкая электропроводность (материал – диэлектрик, отличный электроизолятор);
• простота механической обработки.

Недостатки:

• низкая износостойкость;
• высокая холодная текучесть;
• способность образовывать летучие соединения, вредные для здоровья (правда, фторопласт выделяет их только при нагревании свыше 300 °С);
• материал не поддается склеиванию (это следствие низкой адгезии).

Физико-химические свойства

• Пластик не смачивается водой и не поддается ее воздействию даже при длительных испытаниях. Он также устойчив к поглощению других веществ, на нем не образуются отложения.
• Отлично переносит эксплуатацию в тропических условиях, не повреждается грибками и бактериями.
• Химическая и биологическая инертность дают возможность использовать ПТФЭ в медицине и пищевой промышленности. Он совершенно не опасен, в обычных условиях не взаимодействует с физиологическими жидкостями и не выделяет вредных соединений.
• Температурная устойчивость позволяет фторопласту сохранять стабильность и работоспособность в диапазоне -269…+260 °С.
• Химически разрушить материал можно, только используя расплавы щелочных металлов, элементарный фтор, трехфтористый хлор (при высокой температуре).
• Необычайно высокая химическая стойкость фторопластов – это результат высокого экранирующего эффекта, которым обладают электроотрицательные атомы фтора.
• Полимер способен пропускать ультрафиолетовые лучи, он устойчив к окислению и гидролизу.
• Высокая устойчивость к старению позволяет предоставлять длительный гарантийный срок хранения фторопласта без снижения качества – 20 лет и более.

Газопроницаемость ПТФЭ

Плавление и горение

• При температуре плавления (327 °С) материал теряет кристаллическую структуру, становится аморфным и прозрачным. Но вплоть до начала термического разложения (415 °С) он остается в высокоэластичном состоянии, не переходя в вязкотекучее.
• Материал горит только при доступе кислорода и наличии открытого огня (как только вытащить его из пламени, он потухнет). Фторопласт при горении не расплавляется, а обугливается и выделяет очень мало тепла – в 10 раз меньше, чем горящий полиэтилен. Во время горения в обычных условиях выделяются соединения фтора, который вреден для живых организмов (но в вакууме их выделения не происходит).
• Полимер начинает разлагаться при температуре выше 415 °С.

Механические свойства

• Низкая поверхностная адгезия материала – это следствие его исключительно низкой поверхностной энергии.
• При определенных условиях и без того низкий коэффициент трения может снижаться до 0,02.
• Одно из важных эксплуатационных преимуществ фторопласта – возможность легко обрабатывать его механически. Он режется, сверлится, шлифуется.

Физико-механические свойства фторопласта зависят от температуры. Вот так, например, меняются показатели нагрузки, необходимой, чтобы вызвать деформацию сжатия (в таблице приведены величины нагрузок в зависимости от температуры, кгс/см²):

А вот так изменяется предел текучести при растяжении:

Электроизоляционные свойства

• Высокие диэлектрические показатели фторопласта обусловлены тем, что полимер не полярен.
• При испытании на образцах миллиметровой толщины электрическая прочность составляет минимум 55 кВ/мм.