Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. Фторкаучуки и фторопласты. Часть 2

Их общими свойствами являются выдающаяся химическая инертность, устойчивость к температурам в широчайшем для пластиков температурном диапазоне: от -220 °C (-425 °F) до +260 °C (+500 °F), низкий коэффициент трения, хорошие электрические свойства, низкая проницаемость, практическое нулевое поглощение влаги и хорошая устойчивость к атмосферным воздействиям и озону. Существуют аморфные и кристаллические фторопласты: перфторопласты и фторопласты со стабилизированными концевыми группами, которые улучшают свойства поверхности и улучшают процесс обработки. Эксплуатационные свойства, на которые влияет содержание фтора во фторопластах, достаточно обширны: это коэффициент шероховатости, термостабильность, адгезивность, механическая прочность, температура размягчения, противоударные, когезивные свойства, ползучесть, химическая стойкость, электропроводность и многие другие. Их механические свойства обычно умеренны, но резко меняются, когда фторуглероды армируются стекловолокном, дисульфидными наполнителями молибдена и некоторыми другими соединениями.

Высокопроизводительные фторопласты не могут быть обработаны обычными процедурами, так как они имеют очень низкую характеристику текучести расплава (поэтому нередко обрабатываются без расплава). При модификации они могут использовать обычные процессы изготовления. В качестве примера, ПТФЭ чрезвычайно трудно обрабатывать путем экструзии расплава и формования. Поэтому он обрабатывается так же, как керамика. Материал обычно поставляется в форме порошка для компрессионного формования, экструзии, формования под давлением или в водных дисперсиях для нанесения покрытия и пропитки. У каждого отдельного типа операции есть свой особый метод, такой как формование, в том числе листовое формование, автоматическое предварительное формование, экструзия и некоторые другие. Также доступна обширная информация о свойствах фторопластов по сравнению с другими пластмассами. Переходим к описанию конкретных материалов из группы фторопластов.

Первый на очереди — политетрафторэтилен. Популярный высококристаллический ПТФЭ (PTFE) или ТФЭ (TFE) занимает уникальное положение в пластиковой и других отраслях промышленности благодаря своей химической инертности, термостойкости (до +288 °С или +550 °F), превосходным электроизоляционным свойствам, замечательной смазывающей способности и низкому коэффициенту трения в широком температурном диапазоне. ПТФЭ чрезвычайно устойчив к воздействию агрессивных реагентов или растворителей. Было обнаружено, что только щелочные металлы (либо расплавленные, либо растворенные в жидком аммиаке) воздействуют на пластик, предположительно, путем удаления атомов фтора из цепи. Для всех практических целей пластик не подвержен влиянию воды, и его термостойкость такова, что его электрические и механические свойства не изменяются в течение длительных интервалов (месяцев) при температурах до +250 °С.

Электрические применения включают изоляцию проводов и кабелей, изоляцию для двигателей и генераторы, и высокочастотное электронное оборудование. Химические изделия, такие как уплотнения трубопроводных систем, уплотнения насоса и клапана, а также детали клапана также изготавливаются из PTFE и используются достаточно активно там, где требуется обеспечить безопасность при транспортировке агрессивной среды (в том числе и при высоких температурах). Применения с низким коэффициентом трения и антипригарным покрытием включают в себя слои материала без смазки для противней для хлебобулочных изделий, а также для домашней посуды и оборудования для пищевой промышленности.

Следующий материал, который мы будем рассматривать, называется полихлортрифторэтилен или PCTFE. Повторяющаяся молекула PCTFE отличается от молекулы PTFE заменой атома фтора атомом хлора, что снижает гибкость цепей (более высокая температура стеклования), их склонность к кристаллизации (максимум от 40 до 65%) и уменьшает температуру плавления. PCTFE может быть сделан оптически прозрачным, с аморфоподобными характеристиками, толщиной до 3 мм (1/8 дюйма). Пониженная температура плавления и, как правило, меньший вес молекулы (от 100 000 до 200 000) делают его истинным термопластом. Он обладает лучшими механическими свойствами, чем PTFE (более жесткий, прочный и т. д.), но его фрикционные свойства не приближаются к свойствам PTFE. Он имеет чрезвычайно низкую пропускную способность водяного пара, даже с экструдированной тонкой прозрачной пленкой. Химическая стойкость, как правило, хорошая, хотя она не сопоставима с ПТФЭ и другими фторопластами. В частности, хлорированные растворители могут воздействовать на ПХТФЭ и материал при этом может подвергаться растрескиванию под напряжением при повышенных температурах.

Присутствие атомов хлора, используемых для повышения огнестойкости, удерживает ПХТФЭ в категории негорючих материалов вместе с ПТФЭ. Это вызывает, однако, серьезное увеличение диэлектрических потерь, особенно при высоких частотах. Обработка ПХТФЭ осуществляется обычными методами (экструзия, инжекция (впрыскивание) и т. д.); температура обработки высока, и любая деградация PTCFE может вызвать серьезную коррозию и проблемы с окружающей средой. Области применения включают изоляцию проводов и кабелей, электронные гибкие печатные схемы, упаковочные материалы (прозрачные пленки и листы), фармацевтическую продукцию, в частности, блистерные упаковки для таблеток и капсул и т. д. В химической промышленности PTCFE используется в качестве уплотнений, уплотнительных колец, седёлок клапанов, покрытия химических баков и т. д. В следующей части рассмотрим другие виды фторопластов, часть из которых активно используется для производства труб и отдельных элементов трубопровода. К таковым относится, например, поливинилиденфторид (PVDF), а также этиленхлортрифторэтилен (ECTFE).