Что такое PTFE?

Политетрафторэтиле́н, или фторопла́ст-4 (-C₂F₄-)_n, также известный как тефлон — полимер тетрафторэтилена (ПТФЭ), пластмасса, обладающая редкими физическими и химическими свойствами и широко применяемая в технике и в быту.

Слово «Тефлон» является зарегистрированным товарным знаком корпорации DuPont. Непатентованное название вещества — «политетрафторэтилен» или «фторополимер». В СССР и России традиционное техническое название этого материала — фторопласт-4.

Политетрафторэтилен был открыт в апреле 1938 года 27-летним учёным-химиком Роем Планкеттом из компании Kinetic Chemicals, который случайно обнаружил, что закачанный им в баллоны под давлением газообразный тетрафторэтилен спонтанно полимеризовался в белый парафиноподобный порошок. В 1941 году компании Kinetic Chemicals был выдан патент на тефлон, а в 1949 году она стала подразделением американской компании DuPont.

Свойства Физические

Тефлон — белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Плотность по ГОСТ 10007-80 от 2,18 до 2,21 г/см³. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остаётся гибким и эластичным при температурах от −70 до +270 °C, прекрасный изоляционный материал. Тефлон обладает очень низкими поверхностным натяжением и адгезией и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей.

Фторопласт — мягкий и текучий материал, поэтому имеет ограниченное применение в нагруженных конструкциях. Обладает очень низкой адгезией (липучестью).

DuPont указывает температуру начала плавления согласно стандарту, ASTM D3418 для разных типов тефлона от 260 °С до 327 °С.

Свойства Химические

По своей химической стойкости превосходит все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот. Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора.

Применение

Фторполимеры применяют в химической, электротехнической и пищевой промышленности, для производства мембранной одежды, в медицине, в транспортных средствах, в военных целях, в основном в качестве покрытий. Наибольшую известность фторполимеры получили благодаря широкому применению в производстве посуды с противопригарным покрытием.

Промышленность и техника

В различных отраслях промышленности волокна, полученные из политетрафторэтилена (тефлон, полифен), нашли широкое применение в качестве высокотемпературных мешочных фильтров, разных типов теплостойких прокладок, нитей для текстильных тканей, а также в автомобильном оснащении, промышленных фильтрах общего назначения, элементах запорных и регулирующих клапанов, мешалок и насосов, оборудования для фильтрации и разделения.

В авиации, например, из фторопласта изготавливают гибкие металлопластиковые трубопроводы гидросистем, работающие под высоким давлением (более 200 кгс/см²) и с высокой температурой рабочей жидкости.

Из фторопласта марки Ф-4 можно изготовить: аппараты, ректификационные колонны, насосы, трубы, клапаны, сильфоны, облицовочные плитки, сальниковые набивки. Как диэлектрик, политетрафторэтилен успешно применяется в технике высоких и ультравысоких частот. Прокатанная фторопластовая плёнка используется при изготовлении высококачественных кабелей, проводов, конденсаторов, для изоляции катушек, пазов электрических машин. В качестве конструкционного материала политетрафторэтилен применяется при изготовлении различных деталей машин и аппаратов. Особенно широкое применение политетрафторэтилен находит при изготовлении подшипников, работающих без смазочного материала, с ограниченным количеством смазочного материала и при наличии коррозионной среды.

Благодаря химической инертности, гидрофобности (контактный угол натекания 108±2°) и текучести материал получил широкое распространение для уплотнения резьбовых и фланцевых соединений (лента ФУМ).

Смазочный материал

Фторопласт-4 (тефлон) — великолепный антифрикционный материал с коэффициентом трения скольжения, наименьшим из известных доступных конструкционных материалов (даже меньше, чем у тающего льда). Из-за мягкости и текучести цельные подшипники скольжения из фторопласта используют редко. В высоконагруженных узлах применяют металлофторопластовые подшипники-вкладыши и металлофторопластовые опорные ленты. Такой элемент скольжения выдерживает десятки килограммов на квадратный миллиметр и состоит из металлической основы, на которую нанесено фторопластовое покрытие. Также используется как антифрикционный присадочный материал (твердый смазочный материал) улучшающий свойства скольжения базовых полимеров, например, полиэфирэфиркетона (PEEK) или полифениленсульфида (PPS) и получить «подшипниковую» композицию, обладающую высокой прочностью, износостойкостью, стойкостью к ползучести и хорошими антифрикционными свойствами.

Известны смазочные материалы с введённым в их состав мелисперсным фторопластом. Их отличает то, что наполнитель, оседая на трущихся металлических поверхностях, позволяет в ряде случаев некоторое время работать механизмам с полностью отказавшей системой смазочного материала, только за счёт антифрикционных свойств фторопласта.

Электроника

Тефлон широко используется в высокочастотной технике, так как, в отличие от близких по свойствам полиэтилена или полипропилена, имеет очень слабо меняющийся с температурой коэффициент диэлектрической проницаемости, высокое напряжение пробоя, а также крайне низкие диэлектрические потери. Эти свойства, наряду с теплостойкостью, обусловливают его широкое применение в качестве изоляции проводов, особенно высоковольтных, всевозможных электротехнических деталей, при изготовлении высококачественных конденсаторов, печатных плат.

В электронной технике специального назначения широко используется проводка с изоляцией из фторопласта, стойкая к агрессивным средам и высокой температуре — провода марки МГТФ, МС и ряд других. Провод в тефлоновой изоляции невозможно проплавить паяльником. Недостатком фторопласта является высокая холодная текучесть: если держать провод во фторопластовой изоляции под механической нагрузкой (например, поставить на него ножку мебели), провод через некоторое время может оголиться.

Медицина

Благодаря биологической совместимости с организмом человека политетрафторэтилен с успехом применяется для изготовления имплантатов для сердечно-сосудистой и общей хирургии, стоматологии, офтальмологии. Тефлон считается наиболее пригодным материалом для производства искусственных кровеносных сосудов и сердечных стимуляторов.

В 2011 году впервые применён для пластики повреждённых носовой перегородки и стенок околоносовых пазух вместо титановых сеток. Через 12—15 месяцев имплантат полностью растворяется и замещается собственной тканью пациента.

Из-за низкого трения и несмачиваемости насекомые не способны ползти по тефлоновой стене. В частности, тефлоновая защита применяется при содержании нелетающих насекомых, чтобы они не смогли вылезти наружу.

Пищевая промышленность и быт

Из-за низкой адгезии и хорошей термостойкости тефлон используется в качестве антипригарного покрытия для сковородок и другой посуды.

Благодаря низкой адгезии, несмачиваемости и теплостойкости тефлон в виде покрытия широко применяется для изготовления экструзионных форм и форм для выпечки, а также сковород и кастрюль.

Тефлон также используется в производстве других бытовых приборов. Тефлоновое покрытие в виде тончайшей плёнки наносят на лезвия бритв, что значительно продлевает срок их службы и облегчает бритьё.

Технические характеристики

• Плотность -  2,2 г/см куб;
• Предел текучести - 11,8 МПа;
• Прочность при разрыве - 14-34 МПа;
• Относительное удлинение - 250-500%;
• Модуль упругости (при сжатии/растяжении) - 410/686 МПа
• Твердость по Бриннелю - 29-39 МПа;
• Теплоемкость - 1,04 Дж/(кг С);
• Теплопроводность - 0,25 Вт/(м С);
• Коэффициент линейного расширения -  а*10.0000: 8-25;
• Коэффициент трения -  0,04;
• Интервал рабочих температур  - от -269 до +260°С.